Brevet FR2719738A1 — publié le 19951110

MODULE ADDITIF CONNECTABLE SUR UN APPAREIL ELECTRIOUE PORTATIF ET AUTONOME. La présente invention concerne un module additif spécialement conçu pour se connecter à un appareil électrique et électronique portatif et autonome tel que, par exemple, un appareil pour l'analyse in situ d'une composition gazeuse. Ce module a plus particulièrement pour but de compléter et/ou de modifier les fonctions de l'appareil par exemple pour effectuer des lectures mémoires, des téléchargements, des transmissions à distance d'informations ainsi que des tests de fonctionnement et/ou des diagnostics de pannes. Elle s'applique plus particulièrement aux appareils portatifs et autonomes utilisant une source d'alimentation amovible telle que, par exemple, une batterie de piles ou d'accumulateur venant se loger dans un magasin réalisé dans le boîtier de l'appareil. En général, ce magasin est accessible de l'extérieur grâce à une trappe refermée par un couvercle amovible que l'on peut ouvrir pour introduire ou pour ôter la source d'alimentation. La trappe peut être ensuite refermée de manière à obturer, de préférence de façon étanche, le magasin. Bien entendu, ce dernier est équipé de moyens de - 2 - 2719738 connexion coopérant avec un connecteur prévu sur la source. Un avantage de cette solution consiste en ce que la source d'alimentation de même que les connexions électriques entre cette source et les circuits électriques de l'appareil, se trouvent efficacement protégés aussi bien contre les chocs que vis-à-vis de l'eau et de l'humidité. Habituellement, la connexion d'additifs sur des appareils de ce genre font nécessairement intervenir des éléments de connexion accessibles de l'extérieur du boitier. La réalisation de tests implique quant à elle, soit un démontage de l'appareil pour pouvoir accéder aux bornes de test situées à l'intérieur du boîtier, soit la présence de connecteurs extérieurs dont les broches sont reliées aux bornes de test du circuit de l'appareil. Il est clair que l'usage de connecteurs extérieurs complique la réalisation du boîtier, lequel doit en outre comprendre des moyens de protection et d'étanchéité de ces connecteurs. Par ailleurs, le démontage de l'appareil en vue d'accéder à ses circuits est proscrit en dehors de zones protégées notamment contre la poussière, l'humidité, etc... L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose un additif modulaire dont la connexion à l'appareil n'implique aucune complication du boîtier, et est cependant assurée avec un maximum de protection, notamment contre l'humidité, à l'aide de connecteurs eux-mêmes protégés lorsqu'ils ne sont pas utilisés. Pour parvenir à ces résultats, l'invention propose un module additif comprenant, portés par une structure conformée de manière à pouvoir s'engager, à la façon d'un -3- tiroir, à l'intérieur du susdit magasin, en remplacement de la source d'alimentation usuelle, un circuit électronique apte à effectuer des compléments et/ou des modifications de fonction dudit appareil, des moyens d'alimentation dudit circuit électronique en énergie électrique ainsi que des moyens de connexion électrique aptes à coopérer avec des moyens de connexion correspondants prévus dans le magasin pour assurer des liaisons électriques entre ledit circuit et celui de l'appareil afin d'alimenter et de pouvoir effectuer les compléments et/ou lesdites modifications de fonction. Avantageusement, le module additif pourra en outre comprendre des moyens de dialogue avec un opérateur, disposés de manière à être situés à l'extérieur du boitier de l'appareil et donc à être visibles de l'extérieur lorsque le module est engagé à fond dans le magasin et qu'en conséquence, les connexions électriques entre le module et l'appareil sont établies. Il est clair que grâce à ces dispositions, en fonctionnement normal de l'appareil, les éléments de connexion sont protégés à l'intérieur du magasin, lequel est fermé, de façon étanche, par le couvercle. De même, lorsque le module est engagé à fond dans le magasin, la protection des connexions module/appareil peut être facilement renforcée en prévoyant des garnitures d'étanchéité entre le boîtier du module et celui de l'appareil. Un autre avantage de cette solution consiste en ce que l'additif peut comprendre des moyens d'alimentation calibrés, de manière à s'affranchir des défectuosités de la source d'alimentation usuelle, notamment lorsqu'on effectue les tests. A4 _ 2719738 Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci- après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une coupe axiale dans un premier plan d'un additif modulaire conçu de manière à venir s'engager dans le magasin à piles d'un appareil électrique; La figure 2 est une coupe axiale dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 1 de la tête de l'additif modulaire incluant des moyens de dialogue; La figure 3 est une coupe longitudinale dans un plan horizontal d'une variante d'exécution d'un additif modulaire dont les deux parties sont désassemblées; Les figures 4 et 5 représentent en coupe longitudinale et vue de face, la tête de l'additif de la figure 3; La figure 6 est une vue partiellement en coupe axiale verticale de l'additif représenté figure 3 avec ses deux parties assemblées l'une à l'autre. Les additifs modulaires représentés sur ces figures sont destinés à se connecter sur un appareil portatif et autonome pour l'analyse d'une composition gazeuse par spectrométrie de flamme tel que celui qui se trouve décrit dans le brevet FR No 87 02762 au nom de PROENGIN. Un tel appareil comprend un brûleur muni d'une fenêtre dans l'axe de laquelle est disposé un dispositif de spectrométrie de flamme comportant: - 5 -2719738 -- 5 -- - une optique focalisatrice du rayonnement émis par la flamme; - un hacheur faisant intervenir une pluralité de filtres optiques, à raison de un par raie spectrale caractéristique de l'élément recherché; - une cellule optoélectronique placée dans la zone de focalisation de ladite optique; - un ensemble de démodulation du signal électrique délivré par ladite cellule; et - des moyens d'amplification et d'affichage du signal électrique délivré par ledit ensemble. La combustion du gaz à l'intérieur du brûleur s'effectue dans un courant d'hydrogène à débit constant obtenu par le chauffage d'éléments tels que des granulés de lanthane-nickel imprégnés d'hydrogène et contenus dans une cartouche interchangeable de faible volume. Dans ce dispositif, le dispositif de chauffage est asservi à la pression d'hydrogène d'un régulateur qui alimente à débit constant le brûleur en hydrogène. L'alimentation en énergie électrique du brûleur est habituellement assurée par des piles ou des batteries d'accumulateur venant se loger dans un magasin obturé, de façon étanche, par un couvercle. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, seule la partie arrière 1 du boitier de l'appareil incluant le magasin 2 a été représentée schématiquement. Ce magasin 2 présente une forme prismatique, de section sensiblement rectangulaire dont le fond 3 est muni d'un premier élément de connexion 4 dont les broches sont respectivement connectées en différents points du circuit de l'appareil et, en particulier, des points concernés par les tests. Au moins deux de ces broches sont connectées à deux bornes d'alimentation correspondantes du circuit de l'appareil. 6 - En fonctionnement normal, l'appareil peut recevoir une cartouche 5 de piles Pi, P2, P3 ou de batteries (en traits interrompus) de forme sensiblement complémentaire, munie d'un élément de connecteur 6 apte à venir s'accoupler à l'élément de connecteur 4 de manière à assurer une connexion électrique entre les bornes d'alimentation du circuit et les piles P1-P3. Le magasin est alors refermé de façon étanche grâce à un couvercle C pouvant éventuellement faire corps avec la cartouche 5. Conformément à l'invention, ce magasin est en outre destiné à recevoir à la place de la cartouche 5 un module additif par exemple du type de celui représenté sur les figures 1 et 2 ou celui représenté sur les figures 3 à 6. Le module additif 7 représenté sur les figures 1 et 2 est destiné à la réalisation de tests et au diagnostic des pannes de l'appareil. Il permet non seulement de confirmer l'autotest interne de l'appareil, mais aussi le contrôle de bon fonctionnement des paramètres électriques accessibles grâce à l'élément de connexion. Il procède à des séquences de tests au cours desquelles il simule des conditions de fonctionnement différentes et vérifie la réaction et l'adaptation de l'appareil à ces configurations. Il comporte également ses propres capteurs de pression atmosphérique et de température afin de valider les mesures réalisées par l'appareil. Le module additif permet notamment, en plus de la visualisation du numéro de fabrication de l'appareil et de son numéro de série, l'affichage du nombre d'heures d'utilisation de l'appareil. Il permet ainsi d'assurer le suivi et le déclenchement des opérations de maintenance préventive selon la périodicité souhaitée. Enfin, le module additif permet l'affichage en clair des concentrations en substances recherchées des gaz analysés par l'appareil. - 7 -2719738 Dans cet exemple, le module 7 est réalisé en deux parties, à savoir: - un tiroir 8, structuralement similaire à la cartouche de piles ou de batteries 5, et qui présente donc une forme sensiblement complémentaire à celle du magasin 2 dans lequel il peut venir s'engager, et - une tête 9 destinée à demeurer à l'extérieur lorsque le tiroir 8 se trouve engagé à fond dans le magasin 2, cette tête 9 comprenant un afficheur de type à cristaux liquides ainsi que des moyens de commande tels que des touches. Le tiroir 8 renferme des piles ou des batteries servant aussi bien au fonctionnement de l'appareil qu'à l'alimentation du circuit électronique logé dans la tête 9. De la même façon que la cartouche 5, il comprend, en saillie sur sa face antérieure, un élément de connecteur multibroches 10 apte à venir s'engager sur l'élément de connecteur 4. Les broches de cet élément de connecteur 4 qui ne sont pas reliées aux piles ou aux batteries sont reliées au circuit électronique inclus dans la tête 9, par exemple au moyen d'un circuit imprimé souple multipistes 12. Le verrouillage du tiroir 8 dans le magasin est assuré au moyen de deux verrous 13, 13' mobiles transversalement au travers de deux parois opposées du tiroir, de manière à pouvoir s'engager dans deux logements respectifs formant gâches 14, 14' des parois P2, P'2 du magasin 2. L'actionnement des deux verrous 13, 13' est assuré par deux broches respectives 17, 17' actionnées par deux bouton-poussoirs correspondants 15, 15' rappelés par ressort 16, 16', qui passent au travers de deux parois opposées Pl, P'i de la tête 9, en correspondance avec les parois P2, P'2. - 8 -2719738 En position verrouillée, l'étanchéité entre le tiroir et les parois du magasin est obtenue au moyen d'un joint d'étanchéité J partiellement logé dans une gorge périphérique du boitier du tiroir. La tête 9 renferme une carte électronique 19 équipée d'un microcontrôleur ainsi que des capteurs internes 20 notamment de pression et de température. Grâce à un logiciel spécifique, ce microcontrôleur gère les échanges d'informations entre l'appareil et le module additif, par exemple par une liaison de type RS 232, notamment en ce qui concerne les acquisitions et les mesures des différents signaux prélevés sur l'élément de connecteur 4 ainsi qu'au niveau des capteurs internes de l'appareil. Il procède en outre à la visualisation, sur l'afficheur, des différentes informations. Dès la mise sous tension, le microcontrôleur entreprend une séquence de dix tests réalisés en synchronisme avec l'allumage de l'appareil, cette séquence comprenant plus particulièrement: - la vérification des paramètres d'étalonnage, - la vérification des mesures d'environnement, la vérification de la tension de commande de la turbine de circulation d'air dans le brûleur, - la vérification du chauffage du générateur d'hydrogène, - la vérification de l'horloge de l'échantillonneur, - la vérification de la pression d'hydrogène, - la vérification de l'allumage, - la vérification de la flamme, - la vérification des signaux d'analyse, la vérification de l'indicateur de pannes de l'appareil. Le microcontrôleur confirme ensuite la validité des paramètres d'étalonnage, positionne l'appareil dans des - 9 - 2719738 configurations de fonctionnement extrêmes, compare la validité des mesures atmosphériques, affiche des messages de diagnostic de même que des messages et des codes d'aide à la séparation, ainsi que le numéro de l'appareil et sa série. Il peut en outre afficher le nombre d'heures d'utilisation de l'appareil ainsi que les concentrations en agents recherchés. Le module additif illustré sur les figures 3 à 6 est plus particulièrement destiné à transformer l'appareil d'analyse de composition gazeuse précédemment mentionné, en un détecteur d'alerte portatif et/ou en un appareil de contrôle de contamination chimique qui déclenche une alerte lorsque le débit de dose détecté dépasse un seuil prédéterminé. Il comprend un tiroir 8 de forme similaire à celui précédemment décrit mais qui renferme au lieu des piles ou des batteries d'accumulateur, un circuit d'alimentation 20 dont la sortie est connectée à des broches correspondantes du connecteur 10 tandis que son entrée est reliée à un connecteur multibroches 21 prévu sur la face antérieure de la tête. Ce connecteur 21 de type classique est refermé par un capot de protection 22, permet une connexion électrique par exemple à une source d'énergie électrique équipant un véhicule. Dans cet exemple, la tête 9' comprend au niveau de sa face antérieure, en plus du connecteur 21, un voyant lumineux 23, une alarme sonore 24 et un interrupteur 25. Elle loge un microcontrôleur apte à intégrer dans le temps la concentration en agent recherché et à déclencher une alarme à la fois optique et sonore lorsque le débit de dose ainsi déterminé a dépassé le susdit seuil. L'alerte peut être ensuite acquittée en actionnant l'interrupteur 25 pendant une durée prédéterminée, par - 10 - 2719738 exemple six secondes, ou de façon automatique lorsque la dose est repassée au-dessous d'une valeur prédéterminée. Le connecteur multibroches équipant la tête peut en outre recevoir un élément de connexion d'un dispositif permettant d'effectuer un report à distance d'informations telles que, par exemple: - un report d'alerte par liaison bifilaire, - un report d'affichage d'informations pouvant comprendre les paramètres internes de l'appareil et les paramétrages des seuils de contamination, - un report de l'acquittement des alertes, - une liaison numérique permettant le report d'informations. Dans cet exemple, le circuit imprimé souple multipistes 12 est en outre relié à un élément de connecteur 26 pouvant s'engager dans un élément de connecteur correspondant prévu dans la tête 9'. Avantageusement, des moyens d'isolation galvanique tels que des optocoupleurs pourront être prévus de manière à ce que les informations transitant par la tête 9' soient sujettes à des perturbations (interférences). - 1 - 2719738 Revendications 1. Module additif connectable à un appareil électrique ou électronique portatif et autonome alimenté par une source d'énergie électrique amovible (5) se logeant dans un magasin (2) dudit appareil accessible de l'extérieur, caractérisé en ce qu'il comprend, portés par une structure (8) conformée de manière à pouvoir s'engager, à la façon d'un tiroir, à l'intérieur dudit magasin (2), en remplacement de ladite source, un circuit électronique (19) apte à effectuer des compléments et/ou des modifications de fonction dudit appareil, des moyens d'alimentation dudit circuit électronique (19) en énergie électrique ainsi que des moyens de connexion électrique (10) aptes à coopérer avec des moyens de connexion correspondants (4) prévus dans le magasin (2) pour assurer des liaisons électriques entre ledit circuit (19) et celui dudit appareil, afin d'alimenter ce dernier et de pouvoir effectuer lesdits compléments et/ou lesdites modifications de fonction. 2. Module additif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de dialogue (10) situés de manière à être visibles de l'extérieur de l'appareil lorsque le module est engagé à fond dans le magasin (2) et, qu'en conséquence, les connexions électriques entre le module et l'appareil sont établies. 3. Module additif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les susdits moyens d'alimentation consistent en une batterie de piles ou d'accumulateurs. 4. Module additif selon l'une des revendications 1 et 2, - 12 - 2719738 caractérisé en ce que les susdits moyens d'alimentation consistent en un circuit d'alimentation (20) connecté à une source d'énergie électrique extérieure par l'intermédiaire d'un connecteur (21) prévu sur la partie du boîtier du module ressortant du susdit magasin. 5. Module additif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant d'assurer une étanchéité entre ses parois latérales et celles du magasin (2). 6. Module additif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé en deux parties déconnectables, à savoir: - un tiroir (8) présentant une forme sensiblement complémentaire à celle du magasin (2) dans lequel il peut venir s'engager, ce tiroir (8) renfermant les susdits moyens d'alimentation et comprenant, en saillie sur sa face antérieure, un élément de connexion multibroches (10) apte à venir s'engager sur un élément de connexion correspondant (4) équipant le fond (3) du magasin (2), et - une tête (9) qui demeure à l'extérieur de l'appareil lorsque le tiroir (8) est engagé à fond dans le magasin (2), cette tête (9) comprenant un afficheur (10), des moyens de commande tels que des touches et un microcontrôleur qui gère les échanges d'informations entre l'appareil et le module. 7. Module additif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que son verrouillage dans le magasin (2) est assuré au moyen de deux verrous (13, 13'), mobiles transversalement au travers de deux parois opposées du tiroir, de manière à pouvoir s'engager dans - 13 - 2719738 deux logements respectifs (14, 14') des parois (P2, P'2) du magasin (2), ces verrous (13, 13') étant actionnés par deux broches (17, 17') mues par deux bouton-poussoirs (15, 15') rappelés par ressort (16, 16') qui passent au travers de deux parois opposées (P1, P'i) de la tête (9). 8. Module additif selon la revendication 7, permettant d'effectuer des tests de fonctionnement et/ou des diagnostics de pannes d'un appareil portatif et autonome pour l'analyse d'une composition gazeuse par spectrométrie de flamme comportant un brûleur muni d'une fenêtre dans l'axe de laquelle est disposé un dispositif de spectrométrie de flamme comportant: - une optique focalisatrice du rayonnement émis par la flamme, - un hacheur faisant intervenir une pluralité de filtres optiques, à raison de un par raie spectrale caractéristique de l'élément recherché, - une cellule optoélectronique placée dans la zone de focalisation de ladite optique, un ensemble de démodulation du signal électrique délivré par ladite cellule, et - des moyens d'amplification et d'affichage du signal électrique délivré par ledit ensemble, caractérisé en ce que dès la mise sous tension, le microcontrôleur entreprend une séquence de tests réalisés en synchronisme avec l'allumage de l'appareil, cette séquence comprenant plus particulièrement: - la vérification des paramètres d'étalonnage, - la vérification des mesures d'environnement, - la vérification de la tension de commande de la turbine de circulation d'air dans le brûleur, - la vérification du chauffage du générateur d'hydrogène, - la vérification de l'horloge de l'échantillonneur, - la vérification de la pression d'hydrogène, - 14 - 2719738 - la vérification de l'allumage, - la vérification de la flamme, - la vérification des signaux d'analyse, et/ou - la vérification de l'indicateur de pannes de l'appareil. 9. Module additif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la séquence effectuée par le microcontrôleur comprend en outre: - la confirmation de la validité des paramètres d'étalonnage, - le positionnement de l'appareil dans des configurations de fonctionnement extrêmes, - la comparaison de la validité des mesures atmosphériques, et/ou - l'affichage des messages de diagnostic et d'aide à la réparation et, éventuellement du numéro de l'appareil et de sa série, 20. du nombre d'heures d'utilisation, des concentrations ou agents recherchés. 10. Module additif selon l'une des revendications 1 à 7 permettant de transformer un appareil d'analyse de composition gazeuse en un appareil de contrôle et de détection de contamination chimique qui déclenche une alerte lorsque le débit de dose détecté dépasse un seuil prédéterminé, caractérisé en ce que la tête (9) comprend, au niveau de sa face antérieure, un connecteur (21), un voyant lumineux (23) et/ou une alarme sonore (24) ainsi qu'un interrupteur (25), et en ce que le microcontrôleur est conçu de manière à pouvoir intégrer dans le temps la concentration en agents recherchés et à déclencher une alarme optique et/ou sonore lorsque la dose ainsi déterminée dépasse un seuil prédéterminé. - 15 - 2719738 11. Module additif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le susdit connecteur (21) est conçu de manière à pouvoir recevoir un élément de connexion d'un dispositif permettant d'effectuer un report à distance d'informations telles que les alertes, les paramètres internes de l'appareil, les paramétrages des seuils de contamination, les acquittements des alertes.