Brevet FR2715222A1 — publié le 19950721

COMPTEUR AUTO-ALIMENTE La présente invention se rapporte à un compteur autoalimenté, notamment à un compteur comportant une pièce tournante. On connaît des compteurs comportant une pièce tournante dont la rotation génère ou modifie un courant électrique faible, les propriétés physiques du courant étant détectées par un circuit de traitement qui en déduit la valeur à mesurer. La pièce tournante comporte un élément en une matière magnétique qui en passant périodiquement devant les pôles d'un aimant modifie le flux magnétique et génère un courant extrêmement faible qui n'est pas suffisant pour assurer l'alimentation électrique du circuit de traitement, alimentation qui est assurée par un alternateur dans le cas d'un véhicule automobile ou par une pile au lithium dans le cas de compteurs kilométriques avec totalisateur pour bicyclettes. Dans ce dernier cas, le nombre de kilomètres parcourus n'est conservé que pendant la durée de la vie d'une pile au lithium et risque d'être effacé lors de son épuisement ou de son remplacement. Cela n'est pas acceptable pour des compteurs totalisateurs destinés à fonctionner durant des longues périodes ainsi que dans le cas de compteurs totalisateurs nécessitant une grande fiabilité, notamment pour les compteurs dont le résultat des mesures doit pouvoir être utilisé pour déterminer des montants financiers d'une transaction. C'est, par conséquent, un but de la présente invention d'offrir un compteur autonome et dont le circuit de traitement ne nécessite pas de générateur externe ni de générateur électrochimique. Toutefois, le compteur selon l'invention peut avantageusement être muni d'un générateur électrochimique permettant, d'une part, d'effectuer la mesure lors de l'établissement de l'écoulement avant que le générateur de mesure ne délivre une puissance suffisante pour assurer l'alimentation électrique des moyens de mesure et, d'autre part, I'alimentation des moyens d'affichage ou de lecture de la valeur mesurée, y compris pendant les périodes où le générateur de mesure ne délivre pas de courant électrique. C'est, également, un but de la présente invention d'offrir un compteur fiable. C'est, aussi, un but de la présente invention d'offrir un compteur totalisateur susceptible de conserver les valeurs mesurées, y compris pendant des périodes où le générateur de mesure ne délivre pas de courant. Ces buts sont atteints selon l'invention par un compteurtotalisateur comportant un générateur électrique délivrant un courant qui assure l'alimentation électrique d'un circuit de traitement qui déduit, des propriétés physiques du courant provenant de ce générateur, la valeur à mesurer. Cette valeur mesurée est mémorisée dans une mémoire permanente entre deux mesures ou pendant les périodes où le générateur ne délivre pas de courant. Avantageusement, le compteur comporte un générateur auxiliaire, par exemple une pile, permettant la lecture de la valeur du compteur totalisateur pendant les périodes où le générateur ne délivre pas de courant. L'alimentation du circuit de traitement par le générateur de mesure a été rendue possible par au moins une, avantageusement les deux caractéristiques suivantes: a) augmentation de la puissance du courant électrique délivré par le générateur de mesure; b) diminution de la consommation du circuit de traitement. L'invention a principalement pour objet un compteur comportant un générateur électrique de mesure entraîné par un phénomène physique à détecter et/ou à mesurer, un circuit de traitement du courant de mesure délivré par ledit générateur et des moyens d'affichage du résultat de mesure, caractérisé en ce que le générateur électrique de mesure assure l'alimentation électrique du circuit de traitement. L'invention a également pour objet un compteur, caractérisé en ce que ledit compteur est un compteur totalisateur et en ce qu'il comporte une mémoire permanente, notamment une mémoire morte programmable effaçable électriquement, et en ce que le circuit de traitement comporte des moyens de détection de la baisse de la puissance du courant électrique délivré par le générateur entraînant l'inscription du résultat de mesure dans la mémoire permanente. L'invention a également pour objet un compteur, caractérisé en ce que le circuit de traitement est réalisé dans une technologie ayant une faible consommation électrique. L'invention a également pour objet un compteur, caractérisé en ce que le circuit de traitement comporte un micro-contrôleur. L'invention a également pour objet un compteur, caractérisé en ce qu'il comporte une pile permettant la lecture du compteur pendant les périodes où le générateur électrique de mesure ne fournit pas de courant au circuit de mesure. L'invention a également pour objet un compteur, caractérisé en ce que le générateur électrique de mesure comporte des moyens pour alternativement fermer et ouvrir un circuit magnétique. L'invention a également pour objet un compteur, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine enroulée autour d'un circuit magnétique. L'invention a également pour objet un compteur, caractérisé en ce que le générateur électrique de mesure comporte un rotor comprenant une lame magnétique passant, dans une première condition, à proximité des extrémités des pièces polaires en U et assurant la fermeture du circuit magnétique et, dans une seconde condition, s'éloignant des extrémités des pièces polaires en U de manière à ouvrir le circuit magnétique. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs et sur lesquelles - la figure 1 est un synoptique général d'un exemple de réalisation d'un compteur selon la présente invention - la figure 2a est une vue en perspective de l'exemple préféré de réalisation d'un générateur de mesure selon l'invention susceptible d'être mis en oeuvre dans le compteur de la figure 1 ; - la figure 2b est une vue en coupe transversale du générateur de la figure 2a selon la ligne b-b (figure 2d), dans une condition dans laquelle le circuit magnétique est fermé - la figure 2c est une vue analogue à la figure 2b mais dans une condition dans laquelle le circuit magnétique est ouvert - la figure 2d est une vue en coupe selon la ligne d-d de la figure 2b; - la figure 3 est une vue en plan d'un exemple de réalisation d'un rotor susceptible d'être mis en oeuvre dans un compteur selon la présente invention - la figure 4 est une vue en plan d'un disque susceptible d'être mis en oeuvre dans un compteur selon la présente invention - la figure 5 est un synoptique d'un circuit de traitement et d'affichage selon l'invention susceptible d'être mis en oeuvre dans le compteur de la figure 1. Sur les figures 1 à 5, I'on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Sur la figure 1, I'on peut voir un exemple de réalisation d'un compteur selon la présente invention comportant un générateur de mesure 1 entraîné par un arbre 2, par exemple muni d'une hélice 3 elle-même entraînée par le flux 4 d'un fluide passant dans une canalisation 5. La sortie du générateur 1 est reliée, d'une part, à un circuit d'alimentation 6 et, d'autre part, à l'entrée de mesure d'un circuit de traitement 7. La sortie du circuit 6 est reliée à une première entrée d'alimentation du circuit de traitement 7 et, éventuellement, à l'entrée d'alimentation d'un dispositif d'affichage 8. Avantageusement, le circuit de traitement 7 peut également être alimenté sur commande d'un interrupteur 9 par une pile 10, par exemple une pile au lithium. La sortie du circuit de traitement 7 est reliée, d'une part, au dispositif d'affichage 8 et, d'autre part, à une mémoire permanente 11. Dans un exemple de réalisation avantageux, la mémoire 11 est une mémoire morte programmable effaçable électriquement (EEPROM en terminologie anglosaxonne). Avantageusement, les moyens d'affichage 8 comportent un afficheur à cristaux liquides (LCD en terminologie anglo-saxonne). Toutefois, la mise en oeuvre de moyens de comptage électromécaniques entraînés par des impulsions transmises par le circuit de traitement 7 et remplaçant les moyens d'affichage 8 et la mémoire 11, ne sort pas du cadre de la présente invention. Le flux 4 du fluide entraîne l'hélice 3 montée sur l'arbre 2 qui, à son tour, entraîne le rotor du générateur 1. Le courant produit par le générateur 1 est, d'une part, redressé par le circuit 6 en vue de l'alimentation du circuit de traitement 7 et, éventuellement, de l'afficheur 8 et, d'autre part, est utilisé en tant que courant de mesure. Le circuit de traitement 7, avantageusement de type micro-contrôleur, déduit des caractéristiques du courant 7 et, éventuellement de la valeur précédente du compteur totalisateur, la nouvelle valeur de la mesure. Cette valeur est avantageusement affichée sur l'afficheur 8. Lorsque le circuit de traitement 7 détecte une baisse de la puissance du courant électrique délivré par le générateur 1, il mémorise la valeur de mesure dans la mémoire permanente 11. Si l'on veut lire la valeur du compteur lorsque le générateur 1 ne fournit pas de courant, il suffit de fermer l'interrupteur 9, ce qui provoque l'alimentation du circuit de traitement 7 et éventuellement de l'afficheur 8. Le circuit de traitement 7 effectue une lecture en mémoire 11 et un affichage de la valeur lue sur le moyen d'affichage 8. Ainsi, la pile 10 est très peu sollicitée et sa décharge est donc lente. De plus, une panne de la pile 10 n'affecte pas la valeur stockée dans la mémoire 11. Ainsi, après le remplacement de la pile, I'on pourra de nouveau effectuer la lecture de cette mémoire, par exemple en vue de contrôler la consommation d'eau ou pour relever le compteur. Avantageusement, la pile 10 assure l'alimentation du circuit de traitement 7 lors du démarrage du rotor du générateur 1 avant que sa vitesse de rotation ne soit suffisante pour permettre au générateur 1 de fournir au circuit de traitement 7 la puissance électrique nécessaire. Avantageusement, I'hélice 3 ne perturbe pas de façon notable le flux 4 du fluide. Pour ce faire, I'on met en oeuvre le générateur 1 illustré sur la figure 2 ayant une grande efficacité et/ou un circuit de traitement illustré sur la figure 3 dont la consommation électrique est faible, avantageusement réalisé en technologie à transistors complémentaires à un métal oxyde semiconducteur (CMOS en terminologie anglo-saxonne) fonctionnant sous une faible tension d'alimentation avantageusement inférieure à 3 V, par exemple comprise entre 1,5 et 1,2 V. L'on peut, par exemple, mettre en oeuvre le circuit HC MOS à la demande (ASIC en terminologie anglo-saxonne) de EM MICROELECTRONIC-MARIN S.A. ou CSEM (vendu sous la marque PUNCH). Sur la figure 2, I'on peut voir l'exemple préféré du générateur de mesure 1 selon la présente invention comportant un circuit magnétique 12 autour duquel est enroulée une bobine 13. Dans l'exemple illustré, le circuit magnétique 12 comporte un aimant permanent 14 en contact avec des pièces polaires en U 15 ainsi qu'une plaque rectangulaire 16 appartenant au rotor et tournant autour d'un axe 17. Dans une première configuration illustrée sur la figure 2b, les deux extrémités de la plaque 16 se trouvent en vis-à-vis des extrémités du U avec un entrefer, par exemple égal à 0,8 mm. Dans une seconde configuration illustrée sur la figure 2c, la plaque 16 a tourné autour de l'axe 17 de 90 assurant l'ouverture du circuit magnétique 12. II peut être avantageux de pouvoir directement immerger le générateur 1 dans le flux 4, par exemple afin d'équiper un boîtier de compteur de type connu (ayant des dimensions standards) avec un compteur selon la présente invention. Dans un tel cas, I'on peut assurer l'isolation électrique du générateur 1 par une paroi d'étanchéité, par exemple en plastique ou en bronze. Avantageusement, le stator du générateur 1 est directement noyé dans une résine plastique dont dépassent des fils électriques isolés connectés aux circuits 6 et 7. Le générateur 1 selon la présente invention présente de nombreux avantages. Tout d'abord, I'on peut mettre en oeuvre des rotors de faible masse susceptibles d'être mis en rotation avec une énergie faible et par suite ne perturber que faiblement le flux 4 à mesurer. L'ouverture et la fermeture du circuit magnétique permettent de générer une puissance électrique suffisante pour alimenter le circuit de traitement. Le générateur peut être rendu compact et fiable. Dans l'exemple préféré de réalisation, la bobine 13 comportait 6000 tours de fil de cuivre isolé de 10/100 mm, la lame métallique 16 était réalisée en acier inoxydable magnétique et les pièces polaires en U en tôle au silicium. La rotation de la lame 16 à 1000 tours par minute délivrait une tension de 3 V permettant une écriture dans EEPROM. Sur la figure 3, I'on peut voir un exemple de réalisation d'un rotor susceptible d'être mis en oeuvre dans le compteur selon la présente invention. Le rotor comporte des moyens 3 entraînés par le fluide, par exemple une roue à aubes solidarisée par un axe 2 avec une croix dont les branches ferment et ouvrent périodiquement le circuit magnétique. En variante, la plaque ou la croix 16 peut être remplacée par un disque 46 comportant des lames diamétralement opposées séparées par des fentes 47. Sur la figure 5, I'on peut voir un exemple d'un circuit de traitement selon la présente invention. Les bornes de sortie du générateur 1 sont reliées à des bornes d'entrée 19 et 20 du circuit de la figure 3. La borne 20 est, par exemple, mise à la masse M. Les bornes 19 et 20 sont reliées, d'une part, à un doubleur de tension 21 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un comparateur 22, à l'entrée de comptage d'un micro-contrôleur 23. Le comparateur 22 comprend, par exemple, un comparateur à seuil C dont une première borne est reliée à la borne 19 et dont une seconde borne reçoit un signal de référence. Le signai de référence est, par exemple, délivré par un pont diviseur comportant deux résistances R1 et R2 connectées en série entre la borne Vcc et la masse M, la tension de référence étant fournie par le point d'interconnexion des deux résistances. Dans un mode de réalisation, le microcontrôleur 23 incrémente un compteur à chaque impulsion délivrée par le comparateur 22. Avantageusement, le micro-contrôleur 23 n'incrémente pas le compteur à chaque impulsion mais assure une mise à l'échelle permettant d'afficher le résultat du comptage en litres ou en m3. La borne 19 est reliée à l'entrée d'un condensateur 24. La borne 20, c'est-à-dire la masse M, est reliée, d'une part, à l'entrée d'une diode 26 et, d'autre part, à l'entrée d'un condensateur 27. Les sorties du condensateur 24 et de la diode 26 sont reliées à l'entrée d'une diode 25. Les sorties de la diode 25 et du condensateur 27 sont reliées en un point 28 formant la sortie du doubleur de tension 21 à un dispositif de redressement, par exemple à une diode 29 ou à un pont redresseur (non représenté) ainsi qu'à l'entrée d'un dispositif 30 de détection de la puissance fournie par le générateur de mesure 1. Avantageusement, le dispositif 30 comporte par exemple deux résistances 31 et 32 connectées en série dont le point d'interconnexion est relié à la base d'un transistor NPN 33 dont le collecteur est relié à la masse M et dont l'émetteur est relié à la borne d'alimentation Vcc. La sortie de la résistance 32 est reliée à une sortie du micro-contrôleur 23 dit d'autoentretien. Au démarrage du micro-contrôleur, cette sortie positionnée à + Vcc lui permet de garantir son alimentation, soit par la pile 38, soit par le générateur 1. Ainsi, à la disparition du flux 4 (plus d'impulsions sur l'entrée comptage), il peut sauvegarder la valeur de mesure dans la mémoire permanente 11 avant de couper lui même son alimentation. Avantageusement, un circuit 34 assure l'initialisation du microcontrôleur 23 lors de la remise en marche du générateur 1. Le circuit 34 comporte par exemple une résistance 35 dont l'entrée est reliée à la borne d'alimentation Vcc et dont la sortie est reliée, d'une part, à une borne 36 d'initialisation du micro-contrôleur 23 (RESET en terminologie anglo-saxonne) et, d'autre part, à la masse M par l'intermédiaire d'un condensateur 37. Avantageusement, le circuit de la figure 3 comporte une alimentation de secours permettant la lecture de la valeur de mesure lors des périodes où le générateur 1 ne fournit pas de courant électrique. Le générateur auxiliaire comporte, par exemple, une pile 38 ayant une très longue durée de conservation, avantageusement une pile au lithium 38. La pile 38 est par exemple connectée par une diode 39 à la borne d'alimentation Vcc et par l'intermédiaire d'un interrupteur 9 à la masse M. Avantageusement, l'électrode de la pile 38 opposée à la diode 39 est reliée à l'émetteur du transistor 33. Avantageusement, le circuit de la figure 3 comporte des moyens de test de l'état de la pile 38. Par exemple, le dispositif d'affichage 8 comporte des afficheurs numériques 40 à 7 segments ainsi qu'un indicateur 41 indiquant que la pile 38 devra bientôt être remplacée. Par exemple, I'indicateur 41 comporte l'inscription "low batt". L'indicateur 41 est actionné directement (comme illustré sur la figure 3) ou par l'intermédiaire du micro-contrôleur 23 par un comparateur 42 de structure semblable au comparateur 22. Dans l'exemple avantageux de la figure 5, lors du démarrage du générateur 1, la résistance 31 polarise le transistor 33 et met en circuit la pile 10 qui alimente le micro-contrôleur 23. En fonctionnement, le microcontrôleur 23 polarise le transistor 33 par l'intermédiaire de la résistance 32. Puis, lorsque le générateur 1 génère une puissance suffisante, il assure l'alimentation du micro-contrôleur 23 par l'intermédiaire de l'entrée Vcc. Lorsque la tension générée par le générateur 1 est suffisante, la diode 39 est bloquée empêchant la pile 38 de se décharger inutilement. En fin de mesure (flux 4 nul), après écriture dans la mémoire 11, le micro-contrôleur 23 décide de couper son alimentation et ne délivre plus de tension à la sortie de la résistance 32, ce qui provoque le blocage du transistor 33. Le condensateur 27 se charge à la tension du doubleur de tension 21 et assure l'alimentation du micro-contrôleur 23 lors de la baisse de puissance générée par le générateur 1 permettant notamment l'écriture dans la mémoire 11. Avantageusement, la valeur de mesure est écrite alternativement dans deux emplacements distincts de la mémoire 11, de manière à disposer au moins de la valeur de mesure précédente dans le cas où un incident pendant la phase d'écriture provoquerait la perte de la valeur de mesure actuelle. Avantageusement, le circuit de traitement et d'alimentation 7, et y compris la mémoire permanente 11, sont réalisés sous forme d'un circuit personnalisé (ASIC en terminologie anglo-saxonne) auquel il suffit de connecter le générateur 1, le doubleur de tension 21, la commande de l'interrupteur 9, la pile 38 et le dispositif d'affichage 8. Avantageusement, contrairement aux compteurs de type connu, en plus de la quantité d'eau consommée, le compteur selon la présente invention assure l'affichage du débit instantané. La présente invention s'applique au compteur ou capteur comportant une pièce en mouvement, notamment un rotor. L'invention s'applique principalement à la réalisation de compteur d'eau pour l'irrigation agricole. REVENDICATIONS 1. Compteur comportant un générateur électrique de mesure (1) entraîné par un phénomène physique à détecter et/ou à mesurer, un circuit (7) de traitement du courant de mesure délivré par ledit générateur (1) et des moyens d'affichage (8) du résultat de mesure, caractérisé en ce que le générateur électrique de mesure (1) assure l'alimentation électrique du circuit de traitement (7). 2. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit compteur est un compteur totalisateur et en ce qu'il comporte une mémoire permanente (11), notamment une mémoire morte programmable effaçable électriquement, et en ce que le circuit de traitement (7) comporte des moyens (30) de détection de la baisse de la puissance du courant électrique délivré par le générateur (1) entraînant l'inscription du résultat de mesure dans la mémoire permanente (11). 3. Compteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de traitement est réalisé dans une technologie ayant une faible consommation électrique. 4. Compteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de traitement (7) comporte un micro-contrôleur (23). 5. Compteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pile (38) permettant la lecture du compteur pendant les périodes où le générateur électrique de mesure (1) ne fournit pas de courant au circuit de mesure (7). 6. Compteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur électrique de mesure (1) comporte des moyens (16) pour alternativement fermer et ouvrir un circuit magnétique (12). 7. Compteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine (13) enroulée autour d'un circuit magnétique (12). 8. Compteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le générateur électrique de mesure (1) comporte un rotor comprenant une lame magnétique (16) passant, dans une première condition, à proximité des extrémités des pièces polaires en U (15) et assurant la fermeture du circuit magnétique et, dans une seconde condition, s'éloignant des extrémités des pièces polaires en U (15) de manière à ouvrir le circuit magnétique.