Brevet FR2664978A1 — publié le 19920124

L'invention se rapporte à un dispositif de détection et de transmission d'un micro signal pneumatique pour émission de signal analogique ou numérique, plus précisément pour la transmission de signaux générés par des transmetteurs de pression, ou de pression différentielle ou encore de dépression. On connaît des détecteurs de pression ou de dépression à micro-onde d'air qui utilisent un tube de faible dimension renfermant une petite bille mobile susceptible de se déplacer dans le tube sous l'action d'une pression ou d'une dépression appliquée à l'une ou l'autre de ses extrémités. Le mouvement de la bille est décelé par un ou plusieurs détecteurs qui fournissent un signal analogique ou numérique reflétant la micro-onde d'air émise. L'extrême sensibilité de ce type de détecteur, et le fait qu'il ne nécessite qu'une très faible consommation d'air le rend apte à un usage dans une zone éloignée d'une source d'énergie électrique. Mais l'alimentation en air, si faible soit-elle doit être très finement réglée pour que le détecteur en question puisse être utilisé dans les meilleurs conditions possibles et dans des applications particulières. C'est un des mérites de la Demanderesse d'avoir justement imaginé un montage particulier du détecteur à bille à micro-onde d'air, lui permettant la conversion d'un micro signal recueilli en signal opto électronique analogique ou numérique. L'invention a donc pour objet un dispositif de détection et de transmission d'un micro signal pneumatique pour émission d'un signal analogique ou numérique utilisant un tube détecteur à micro-onde d'air renfermant une bille déplaçable, dont le mouvement de va-et-vient est décelé et transmis par un bloc de détection utilisant une pluralité de fibres optiques, ledit tube recueillant les variations de pression et/ou de dépression à contrôler, dispositif selon lequel le tube détecteur est alimenté en air à une pression réglable qui est équilibrée par au moins deux débits de fuite ajustables, l'un au moins sur un conduit en amont du tube et l'autre sur un conduit en aval, pour régler la position de la course de la bille dans le tube, un moyen complémentaire de réglage de la position de la bille étant assuré par l'inclinaison manuelle du tube entre une position extrême verticale et une position légèrement inclinée sur l'horizontale. Selon une autre caractéristique de l'invention le tube est intégré dans un boîtier constituant le module convertisseur d'un signal pneumatique modulé de 3 à 15 PSI, en micro signal modulé, et pouvant émettre un signal analogique ou numérique transmis par les fibres optiques, ou encore le tube est intégré dans un boîtier constituant le module de transmission de micro pressions et de microdébits d'air à sortie analogique ou numérique transmis par les fibres optiques, une source de pression d'air étant admise au boîtier qui dispose d'un débitmètre régulateur de précision. Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, deux tubes en U terminés par deux petits compartiments remplis d'eau servent d'interface entre une prise de mesure et le module de transmission, la prise de mesure étant assurée en deux points d'un conduit raccordés chacun à la tête fermée d'un compartiment, chaque autre compartiment étant relié au module par une canne de bullage plongeant dans le compartiment correspondant mis à l'air libre par un orifice.. D'autres caractéristiques particulières, les avantages et applications préférentielles apparaîtront à la lecture de la description suivante, faisant référence aux dessins annexés qui représentent. Figure 1 et 2 des vues schématiques en élévation de boîtiers constituant les modules convertisseur et de transmission du dispositif. Figure 3 une vue schématique d'un interface de mesure constitué de tubes en U. Figure 4 une vue schématique d'un autre interface de mesure. Figure 5 une vue schématique d'une application de mesure en dépression, à un plancher sensible. Figure 6 une vue à plus grande échelle du tube du détecteur. On a représenté à la figure 1 un élément essentiel du dispositif de détection et de transmission d'un micro signal pneumatique qui est un module convertisseur d'un signal pneumatique modulé de 3 à 15 PSI en micro signal modulé, et émission de signal analogique ou numérique, transmis par fibres optiques. I1 se présente sous la forme d'un boitier ou d'un coffret 1 auquel peut se raccorder par un embout 2 d'alimentation, la sortie 3, 15 PSI d'un transmetteur pneumatique traditionnel 3 représenté en pointillés. L'embout 2 établit une pression (de 3 à 15 PSI issue du transmetteur) à un conduit 4 de distribution vers un détecteur à micro-onde d'air désigné dans son ensemble par la référence 5.Celui-ci est constitué d'un petit tube de verre 6 raccordé à une de ses extrémités au conduit 4 et à l'autre extrémité à un conduit de fuite 7 réglé par une microvanne ou par un robinet à aiguille ou à pointeau ou encore par un orifice calibré 8. La longueur du tube de verre 6 est déterminée en fonction de la sensibilité recherchée. Une double nappe 10 de fibres optiques émettrices et réceptrices, se terminant en paroi du coffret par une prise de connexion 11, est alignée de part et d'autre du tube 6 renfermant une petite bille 9. Le raccordement des conduits 4 et 7 au tube 6 se fait par des sections flexibles pour permettre au tube 6 de tourner avec la platine 12 qui supporte l'ensemble, autour d'un axe horizontal. On peut ainsi manoeuvrer manuellement le détecteur pour donner au tube l'inclinaison souhaitée entre une position verticale et une position voisine de l'horizontale.La pression d'air dans le conduit 4 est donc équilibrée par le conduit de fuite ajustable 7 en aval du détecteur, mais aussi par un conduit de fuite ajustable 13 en amont, éventuellement complété par un conduit de fuite ajustable complémentaire 14 et voisin du précédent, chacun équipés d'une microvanne de réglage ou d'un robinet à aiguille où à pointeau 15. Enfin un niveau 16 permet d'ajuster l'horizontabilité du coffret. Le diamètre intérieur du tube de verre 6 est rigoureusement cylindrique pour permettre d'obtenir une sensibilité maximum dans la détection des micro pressions ou microdébits ; dans le tube se déplace une bille 9 légère, avantageusement en matière plastique, ajustée avec un jeu minimum ; sa course est limitée par deux petites butées 26, percées et échancrées pour laisser passer l'air, placées de part et d'autre de la course de la bille.Dans certains cas particuliers d'utilisation, le tube n'est pas rigoureusement cylindrique mais pourrait avoir un profil légèrement conique, de bas en haut, pour obtenir une échelle de mesure plus étendue qu'avec un tube cylindrique. On a représenté à la figure 6 une vue agrandie de l'ensemble détecteur utilisant un tel tube conique 6, dont le diamètre de base d est inférieur au diamètre supérieur D et dont la longueur est déterminée en conséquence. On dispose en outre de différentes posibilités de réglage et d'étalonnage offertes par le dispositif, en jouant sur la longueur du tube de verre et sa conicité, ainsi que le poids et le diamètre de la bille et son jeu dans le tube. Le réglage des débits de fuite en question ainsi que le réglage de l'inclinaison du tube 6 permettent pour un débit variable, au choix de l'utilisateur de régler la sensibilité du détecteur et l'immobilisation de la bille dans le tube, par exemple en son milieu. Une variante de réalisation du coffret est illustrée à la figure 2 qui montre un module de transmission sur lequel les mêmes éléments possédent les mêmes références. Toutefois l'alimentation en air (3 à 15 PSI) est remplacée par une source de pression d'air au niveau de l'embout 2. Un débimètre régulateur de précision 17 est intégré sur le conduit 4 et réglable par un robinet à aiguille 18. On retrouve aussi le conduit de fuite réglable 13, 15 sur le conduit 4.Le conduit de sortie 7 permet le raccordement du coffret à une prise de pression ou dépression appropriée comme cela apparaîtra maintenant notamment en se référant à la figure 3 dans lequel le coffret est utilisé en vue de détecter une différence de pression en deux points d'une gaine 19 de circulation de fluide, notamment d'air. I1 s' agit en l'occurence de détecter le colmatage d'un filtre 20 situé sur la gaine en faisant un piquage de pression en deux points A et B respectivement en amont et en aval dudit filtre. Ou encore comme représenté en pointillé, on mesure le débit en deux points A et B sur un organe déprimogène 21.Dans l'un et l'autre cas on utilise deux tubes en U désignés par la référence 22 terminés par deux petits compartiments remplis de liquide désignés par la référence 23. Les piquages A et B se raccordent chacun à la tête fermée d'un des compartiments de chaque tube en U. L'autre compartiment du côté du piquage A est relié au conduit de fuite 13 du module 1, par une canne de bullage 24 plongeant dans ledit compartiment tandis que l'autre compartiment du coté du piquage B est relié au conduit de sortie 7, par une autre canne de bullage 25 plongeant dans ledit compartiment comportant un orifice de mise à l'air libre. Ainsi les compartiments 23 servent d'interface entre la prise de mesure et le module de transmission. Le dispositif fonctionne de la façon suivante Au départ l'utilisateur règle le débit de fuite de l'air émis par le régulateur 17 dans le conduit 4 grâce aux cannes de bullage (24,25) en les faisant plonger plus ou moins dans le liquide des compartiments. Ainsi la pression de liquide s'établissant à l'embouchure des cannes influe sur le débit des bulles d'air provenant des conduits 13 et 7 en légère surpression. Quand l'équilibre de la bille 9 au milieu du tube 6 est obtenu, l'appareil est prêt à fonctionner. Si aucune différence de pression n'existe entre A et B, les niveaux de liquide sont équilibrés dans chaque paire des compartiments 23 et le bullage continue de s'effectuer normalement, la bille 9 restant en équilibre. Si une différence de pression apparait entre les deux points, par exemple par suite du colmatage du filtre 20, et que la pression en B diminue par rapport à A, cette dépression va s'exercer dans le compartiment 23 correspondant dans le sens d'une montée de liquide, et par conséquent de la descente de liquide dans le compartiment voisin. La hauteur de liquide au-dessus de l'orifice de la canne de bullage 25 diminuant, la baisse de pression qui en découle favorisera le bullage et par conséquent le débit d'air bullé ; la bille 9 va donc se déplacer vers le haut dans son tube, proportionnellement à la différence de pression, et sera donc détectée par le système optoélectronique. Le processus est complété par un phénomène inverse au niveau du piquage B, dont la surpression relative diminuera le bullage de la canne 24 et favorisera le débit d'air dans le même sens, dans le tube à bille. On notera que l'on peut aisément régler ce bullage en réglant les différents débits de fuite. On peut aussi jouer sur la nature du liquide de bullage ainsi que sur celle du gaz d'alimentation en pression du dispositif. Un dispositif interface entre le module convertisseur 1 et une prise de pression ou dépression peut être réalisé comme représenté à la figure 4. On y trouvera le module 1 de la figure 3 mais le débit de fuite du conduit 13 est cette fois assuré par le robinet à pointeau 15. Le conduit de fuite 7, dans ce cas, est raccordé à un capillaire 27 qui plonge dans un compartiment 29 d'une cuve 28 de plus grande dimension, plus ou moins remplie de liquide. Le second compartiment 30 de la cuve est séparé du premier par une cloison 31 munie toutefois d'un orifice de passage 32. Les deux compartiments (29, 30) se comportent donc comme des vases communiquants.la cuve 28 est fermée par un couvercle 45 muni d'un orifice 44 de mise à l'air libre permettant la décompression dans la chambre étanche de la cuve. Un piston profilé 33, plus petit en dimension que le compartiment 30 peut se déplacer dans ledit compartiment sous l'action d'une tige 34 elle-même liée au mouvement d'un fléau 35 pivotant sur un axe support 36. L'autre extrémité du fléau est asservie au déplacement d'un soufflet 37 de mesure de pression ou de dépression. Enfin des petits ressorts 38 d'équilibrage tendent à ramener le fléau en position d'équilibre et sont réglables pour l'étalonnage du convertisseur. Il fonctionne de la façon suivante Le débit de fuite 15 étant réglé de façon habituelle et la bille en équilibre, un bullage s'effectue dans la chambre 29 à la base du capillaire 27. Si une dépression ou une surpression s'exerce pour comprimer ou dilater le soufflet 37, le fléau 35 va se déplacer vers le bas ou vers le haut à l'encontre des ressorts 38 et faire plus ou moins sortir ou pénétrer le piston 33 dans le compartiment 30, sous l'action de la tige 34. Ce mouvement va entraîner, dans un sens ou dans l'autre un déplacement de liquide entre les chambres 29 et 30 et une modification correspondante du niveau dans la chambre 29. Le bullage du capillaire est modifié en conséquence, et la variation de pression qui en résulte se traduit immédiatement par le déplacement de la bille dans le tube, déplacement converti en signaux détectés par le système opto électronique comme dans l'application précédente. Le dispositif décrit peut aussi, en variante, être utilisé pour la mesure en dépression. On a représenté à la figure 5 un module de transmission fonctionnant de cette façon et adapté à une application particulière à un plancher de détection, dit plancher sensible. Dans le module 1 représenté se retrouvent le tube 6 et la nappe détectrice à fibres optiques 10. Dans ce cas le conduit prolongeant le tube se termine par un conduit de fuite ajustable 13 équipé d'un robinet à pointeau 15. De l'autre côté le conduit 7 d'alimentation est raccordé en amont du tube 6 à un plancher sensible 39 par un conduit 60 sur lequel est prévu un autre conduit 41 à débit de fuite réglable par un robinet à pointeau ou analogue 15. Le plancher 39 est parcouru par un serpentin 42 relié d'un côté au conduit 40 et d'un autre côté à une prise réglable de dépression 43. Le plancher est constitué de deux couches de matériau souple ou rigide maintenant en sandwiche le tube souple 42 en forme de serpentin, qui a une consistance élastique. Celui-ci est en outre équipé d'une pluralité de pinces 44. Lorsque ledit plancher est en surveillance et que la bille a été préalablement réglée à l'aide des débits de fuite (13, 41) à la dépression, dès qu'une personne pose le pied sur le plancher 39, la micro-onde d'air positive ou négative générée fait changer la bille de position. Comme dans les autres exemples, le dispositif optique associé détecte ce mouvement et peut déclencher une alarme avec transmission du signal en tout ou rien ou analogique ou numérique. Si une personne reste immobile sur le plancher ou si un objet statique y demeure, les pinces 44 stoppent ou diminuent la dépression qui, ne s'exerçant plus sur la bille, fait tomber celle-ci sous l'effet de son propre poids, vers la partie basse du tube. Cette position non équilibrée est interprétée aussi comme une anomalie qui déclenche une alarme qu'un dispositif de mesure analogique peut discriminer de la précédente.Dans une version simplifiée non représentée le tube 6 est directement raccordé au conduit 40 sans réglage de débit de fuite à ce niveau. Grâce au dispositif précédemment décrit, on dispose d'un transmetteur de micropression, ou de microdépression de grande sensibilité, fournissant un signal analogique ou numérique transmis par fibres optiques et donc sans limitation de distance ce qui confère au dispositif une multitude d'applications, du fait aussi de sa faible consommation d'air et de la possibilité de l'employer dans des lieux isolés ou éloignés de toute source d'énergie électrique, ainsi qu'en atmosphère dangereuse. On détecte et mesure ainsi toute variation de microdébit ou micropression d'air. On cite à titre d'exemple ici la mesure de débits respiratoires en exploration fonctionnelle ou pour la détection de la respiration, ou la mesure des mouvements mécaniques du coeur. On notera aussi que les débits de fuite précédemment mentionnés peuvent être régulés directement par un transmetteur pneumatique traditionnel pour générer le déplacement de la bille dans le tube de verre. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de détection et de transmission d'un micro signal pneumatique pour émission d'un signal analogique ou numérique utilisant un tube détecteur renfermant une bille déplaçable, dont le mouvement de va et vient est décelé et transmis par un bloc de détection ledit tube recueillant les variations de pression et/ou de dépression à contrôler caractérisé en ce que le tube détecteur (6) est un tube à micro-onde d'air alimenté en air à une pression réglable qui est équilibrée par au moins deux débits de fuite ajustables, l'un au moins sur un conduit (4) en amont du tube et l'autre sur un conduit (7) en aval, pour régler la position de la course de la bille (9) dans le tube et en ce que un moyen complémentaire de réglage de la position de la bille est assuré par l'inclinaison manuelle du tube entre une position extrème verticale et une position légèrement inclinée sur 1 'horizontale. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (6) est intégré dans un boîtier (1) constituant le module convertisseur d'un signal pneumatique modulé de 3 à 15 PSI en micro signal modulé, et pouvant émettre un signal analogique ou numérique transmis par des fibres optiques. 3.- Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le tube (6) est intégré dans un boîtier (1) constituant le module de transmission de micro pressions et de microdébits d'air à sortie analogique ou numérique transmis par les fibres optiques et en ce que une source de pression d'air est admise au boîtier qui dispose d'un débitmètre régulateur de précision (17). 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (6) est monté sur une platine 12 pouvant tourner autour d'un axe horizontal, permettant de manoeuvrer manuellement le détecteur pour lui donner l'inclinaison voulue. 5.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les débits de fuite et les réglages de pression sont assurés par des robinets à aiguilles ou pointeaux (8, 15) ou des orifices calibrés. 6.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les débits de fuite et les réglages de pression sont assurés par des cannes de bullage (24, 25, 27) plongeant dans un liquide. 7.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (6) présente un profil légèrement conique de bas en haut pour obtenir une échelle de mesure plus étendue qu'avec un tube cylindrique. 8.- Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que deux tubes en U (22) terminés par deux petits compartiments (23) remplis de liquide servent d'interface entre une prise de mesure et le module de transmission (1) et en ce que la prise de mesure est assurée en deux points A et B d'un conduit (19) raccordés chacun à la tête fermée d'un compartiment, chaque autre compartiment étant relié au module par une canne de bullage (24,25) plongeant dans le compartiment correspondant, celui-ci étant mis à l'air libre par un orifice. 9.- Dispositif selon les revendications (6 et 8) caractérisé en ce que la régulation est effectuée par la variation de hauteur de liquide dans les tubes en U (22), qui affecte la pression à l'orifice des cannes de bullage (24, 25), et modifie leur débit de fuite. 10.- Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que l'interface entre une prise de mesure et le module de transmission (1) est assuré par un piston (33) se déplaçant dans le liquide d'une cuve (28) qui est asservi au mouvement d'un soufflet (37) de mesure, de pression ou de dépression, ledit déplacement modifiant le niveau du liquide dans un compartiment (29) dans lequel plonge un capillaire (27) jouant le rôle de canne de bullage. 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la cuve (28) comporte deux compartiments (29) et (30) séparés par une cloison (31), mais communiquant par un orifice de passage (32), le piston (33) se déplaçant avec faible jeu dans le compartiment (30). 12.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que un fléau (35) rappelé par des ressorts (38) assure la transmission du mouvement du soufflet (37) au piston (33). 13.- Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que un piquage supplémentaire (14) équipé d'un robinet à pointeau (15) est prévu sur le conduit (4) d'admission au détecteur, dans le module convertisseur (1). 14.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le module de transmission (1) est utilisé en dépression et raccordé en amont du détecteur par un conduit (40) équipé d'un conduit (41) à débit de fuite réglable pour la mesure d'une dépression produite artificiellement dans un tube souple (42). 15.- Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que le tube souple (42) est intégré dans un plancher sensible (39) entre deux couches de matériau rigide, et en ce que des pinces (44) fixées au tube souple diminuent la dépression quand un poids statique repose sur le plancher.