Brevet FR2722578A1 — publié le 19960119

Cette invention concerne de façon générale des appareils de mesure du type comportant une sonde tenue à la main pour détecter un ou plusieurs paramètres, et une unité de mesure capable de produire des présentations indiquant des valeurs des paramètres détectés, au profit d'un opérateur humain. Les présentations peuvent être audibles ou visuelles, ou les deux, au choix de l'opéra- teur. L'invention concerne plus particulièrement un appareil de mesure du type décrit, dans lequel la sonde n'est pas directement connectée à l'unité de mesure par un fil ou un cable conducteur de l'électricité, et des données représentatives des valeurs de paramètres détectés sont fournies par la sonde à l'unité de mesure par l'intermédiaire d'énergie ondulatoire, comme des ondes lumineuses ou des ondes hertziennes. Cette invention concerne en outre un moyen pour améliorer la sûreté et la commodité d'appareils de mesure tels que des multimètres et des pyromètres qui comportent un système d'annonce vocale, dans la mesure o il n'y a pas de conducteurs métalliques ou de moyens de connexion entre les points de mesure et l'appareil de mesure, lorsqu'on désire activer la fonction vocale. Des appareils de mesure comportant des sondes de détection mobiles et tenues à la main, sont bien connus et largement utilisés dans les domaines de la fabrication, du dépannage électronique, de la recherche, du développement et autres. Dans l'art antérieur, de tels appareils de mesure ont été régulièrement "attachés" ou connectés directement à la sonde mobile au moyen d'un fil ou d'un câble conducteur de l'électricité qui procure un chemin de couplage électrique depuis les capteurs dans la sonde vers les circuits électroniques dans l'unité de mesure. Un tel appareil de mesure est décrit clairement et présenté de façon complète dans le brevet des E.U.A. n 4 949 274, délivré le 4 août 1990 et cédé à la demanderesse de la présente demande. On fera référence ici à la description et aux dessins de ce brevet et on considérera donc qu'ils sont incorporés par référence dans la présente demande. La pratique de l'art antérieur qui consiste à coupler une unité de mesure à une sonde de test/détection au moyen de fils ou de câbles conducteurs de l'électricité fait inévitablement intervenir diverses considérations qui affectent directement ou indirectement la sûreté et la commodité d'utilisation de tels appareils de mesure. Des considérations de sécurité comprennent la possibilité qu'un chemin conducteur de l'électricité entre la sonde et l'unité de mesure puisse venir accidentellement en contact avec une source d'énergie électrique qui serait suscepti- ble de blesser l'opérateur ou d'endommager ou de détruire l'unité de mesure ou la sonde, ou les deux. Le même chemin conducteur peut affecter la commodité d'utilisation de l'appareil en imposant la nécessité de garantir que le conducteur ne vienne pas en contact avec une source d'énergie non désirée quelconque, en plus de la nécessité de garantir que la position du conducteur par rapport à un autre équipement électrique ne le soumet pas à la circula- tion d'un courant électrique non dési:ée, qui est induit de façon magnétique. Un but de l'invention est donc de procurer un appareil de mesure qui n'expose pas un opérateur au danger de la circulation d'un courant électrique ou d'une tension appliquée, non désirée. Un autre but de l'invention est de procurer un appareil de mesure qui ne soit pas sujet à la possibilité de création/transmission d'un signal électromagnétique parasite entre la sonde et l'unité de mesure. Un autre but encore de l'invention est de procurer un appareil de mesure qui transmette des signaux de la sonde de détection vers l'unité de mesure par l'intermédiaire d'un chemin non conducteur. Une caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation d'énergie sous la forme d'une onde de rayon- nement pour transmettre des signaux de données et des signaux de commande de la sonde de détection vers l'unité de mesure. Ces buts, caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres, apparaîtront à l'homme de l'art à la lecture de la description qui suit, qui est à considérer en association avec les dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique partiel d'un appareil de mesure montrant la configuration de composants de circuit pour un mode de réalisation préféré de l'invention; La figure 2 est une vue en élévation latérale d'une sonde de détection universellement mobile, conforme à l'invention; La figure 3 est une vue en élévation latérale d'un sous-ensemble de poignée/fiche détachable pour connecter sélectivement une alimentation électrique externe à la sonde de la figure 2, conforme à l'invention; La figure 4 est une vue en élévation latérale d'une sonde comportant un émetteur infrarouge et d'un récep- teur de signal infrarouge associé à l'appareil de mesure conforme à l'invention; La figure 5 est une vue en élévation latérale d'une sonde comportant un émetteur de signal à fibre optique couplé au moyen d'une longueur de cable à fibre optique à un récepteur de signal à fibre optique associé à un appareil de mesure conforme à l'invention; La figure 6 est une vue en plan de dessus d'une paire de sondes de détection couplées ensemble, que l'on peut utiliser conformément à l'invention; La figure 7 est une vue en élévation latérale d'une sonde ayant un émetteur acoustique et d'un récepteur de signal acoustique associé à l'appareil de mesure conforme à l'invention; et La figure 8 est une vue en plan de dessus d'une sonde ayant un émetteur de signal électromagnétique placé de façon générale à l'intérieur d'une bobine de fil électromagnétique, pour induire des signaux dans celle-ci, conformément à l'invention. On verra que le mode de réalisation de l'inven- tion qui est illustré en partie par le schéma synoptique de la figure 1 de la présente demande, qui est à consi- dérer en se référant aux dessins et à la description du brevet des E.U.A. n 4 949 247 (que l'on désigne ci-après par: '247), comprend une sonde de détection 16, univer- sellement mobile, dans laquelle sont incorporés une antenne émettrice radiofréquence 1600 ainsi qu'un émetteur radiofréquence 1650, et une unité de mesure 1000 dans laquelle sont incorporés un récepteur radiofréquence 1200 et une antenne de réception 1610, pour recevoir des signaux consistant en ondes hertziennes classiques qui proviennent de l'antenne émettrice 1600. Les signaux qui sont émis par l'antenne 1600 représentent des signaux de commande ou des valeurs de paramètres que détecte la sonde 16, de la manière décrite dans le brevet '274. Des signaux de commande ou une information concernant les valeurs détectées peuvent être émis sous n'importe quelle forme de signal classique, comme sous la forme de signaux codés analogiques ou numériques. Le choix de la forme de signal exige seulement que des composants récepteurs correspon- dants soient associés au récepteur radiofréquence 1200, pour convertir les signaux reçus sous une forme appropriée pour un traitement ultérieur, de la manière qui est décrite de façon générale pour le fonctionnement d'un microprocesseur 500 dans la description du brevet '274. Bien qu'une seule sonde 16 soit représentée sur la figure 1, il faut noter qu'une seconde sonde 16' peut être couplée à la première sonde 16 par un cable relative- ment court et commode, 17, dans le cas o on désire que les sondes interagissent entre elles; une telle inter- action est particulièrement souhaitable et/ou nécessaire pour détecter des paramètres qui exigent des emplacements de détection espacés utilisés simultanément, comme par exemple une différence de tension ou de potentiel, ou une résistance électrique ou la circulation d'un courant. Les sondes 16, 16' couplées ensemble peuvent être pratiquement identiques l'une à l'autre en ce qui concerne leur fonction de détection, bien qu'une seule des sondes doive être équipée de moyens de commutation de commande, comme décrit dans le brevet '274, et d'une antenne émettrice 1600 et d'un émetteur 1650 associé. Pour détecter des paramètres tels qu'une tension, des ampères, des ohms et autres, les sondes 16, 16', comme représenté sur la figure 6, sont équipées de capteurs à "contact" 18, 18', se présentant sous la forme de tiges allongées, ayant des éléments de détection 19, 19' à leurs extrémités libres, habituellement sous la forme de pointes conductrices de l'électricité. Les éléments de pointes 19, 19' sont connectés électriquement aux composants de circuits à l'intérieur de l'une des sondes 1., 16' de n'importe gqlleimnièe connue, pour fournir un signal approprié pour l'émission par l'intermédiaire de l'antenne 1600, comme décrit ici. On considère que l' h rTe e l'art ru d aiEt la relation entre le fonctionnement d'un appareil de mesure conforme à l'invention, et l'invention qui est décrite dans le brevet de référence '274 qui est incorporé. Des émetteurs et des récepteurs radiofréquences appropriés sont illustrés par exemple par les numéros de modèles respectifs V-1001 et F-2003, commercialisés par Binsfield Engineering. On notera que des dispositifs de présentation de type sonore et visuel, qui sont illustrés schématique- ment par la référence 1700, sur la figure 1 de la présente demande, correspondent de façon générale à la fonction et au fonctionnement de composants tels que le dispositif de visualisation à cristal liquide 530 et le synthétiseur de parole 540 et des composants associés, qui sont repré- sentés sur la figure 6 du brevet '274 et sont décrits de facon complète dans le texte correspondant de ce brevet. On reconnaîtra que la sonde 16 qui est repré- sentée sur la figure 2 de la présente invention correspond fonctionnellement à tous égards significatifs, à la sonde 16 qui est mentionnée dans le brevet '274, avec l'ajout d'un émetteur radiofréquence 1650 approprié, qinsi qeoe aluii moyens d'alimentation associés appropriés, 1602 et/ou 1603 (représentés sur la figure 3), pour fournir l'énergie d'alimentation pour l'émetteur 1650. Les moyens d'alimentation 1602 ou 1603 qui sont représentés sur les figures 2 et 3 de la présente demande comprennent une ou plusieurs batteries de stockage d'éner- gie disponibles de façon habituelle (non représentées),qui peuvent être rechargeables ou non rechargeables, sans affecter le cadre ou le fonctionnement de l'invention; et une connexion électrique 1604, 1605, pour connecter la sonde, lorsqu'on le désire, à une source électrique fournissant de l'énergie électrique d'alimentation ou de recharge, de l'une quelconque des manières et des formes qui sont largement utilisées et disponibles à l'heure actuelle pour des équipements électriques et électroniques portables alimentés par batterie. Dans l'autre mode de réalisation de l'invention qui est représenté par le schéma synoptique partiel de la figure 4, la sonde 16 est connectée à l'unité de mesure 1000 par un émetteur infrarouge 1650A associé à la sonde, et par un récepteur infrarouge 1200A associé à l'unité de mesure 1000. L'émetteur 1650A et le récepteur 1200A fonc- tionnent d'une manière classique et bien connue de façon à transmettre des signaux d'information, par l'intermédiaire d'énergie ondulatoire rayonnante infrarouge, de la sonde 16 vers l'unité de mesure 1000. Des émetteurs et des récepteurs infrarouges appropriés sont illustrés par exemple par les numéros de modèles respectifs 110-100 et 110-200, des équipements d'émission et de réception infra- rouge de la Série 110, fabriqués par Novalynx. On notera que la transmission de signal infrarouge est en fait un phénomène de transmission en visibilité directe; par conséquent, pour des applications dans lesquelles il peut ne pas être commode de maintenir une orientation alignée appropriée lorsque l'émetteur est monté sur une sonde mobile, la sonde peut être couplée à un émetteur pratique- ment fixe au moyen d'une relativement courte longueur de câble flexible qui ne sera pas soumis aux problèmes associés à des câbles conducteurs notablement plus longs qui acheminent des signaux d'information primaires entre la sonde et une unité de mesure, dmsds diceitifsà ameilsde mesure de l'art antérieur. L'émetteur fixe peut alors être pointé directement et de façon précise vers le récepteur relativement fixe qui est associé à l'unité de mesure 1000. Dans le mode de réalisation supplémentaire de l'invention qui est représenté par le schéma synoptique partiel de la figure 5, la sonde 16 est couplée à l'unité de mesure 1000 par un câble à fibre optique 1800 qui achemine des signaux sous la forme d'ondes lumineuses à partir d'un émetteur optique 1650B associé à la sonde, vers un récepteur de signal optique 1200B associé à l'unité de mesure 1000. L'émetteur 1650B et le récepteur 1200B fonctionnent d'une manière classique et bien connue pour transmettre des signaux d'information en utilisant de l'énergie ondulatoire lumineuse qui se propage le long de fibres optiques de la sonde 16 vers l'unité de mesure 1000. Des émetteurs et des récepteurs infrarouges appro- priés sont illustrés par exemple par les numéros de modèles respectifs 5843 et 5844 de la gamme d'équipements d'émission et de réception à fibre optique qui sont fabri- qués par Dymec Inc. Il apparaîtra à l'homme de l'art que le câble à fibre optique peut être fabriqué avec une longueur, un diamètre et un degré de flexibilité suffi- sants pour permettre l'utilisation commode et la manipula- tion de la sonde 16 tenue à la main, pour son application prévue dans divers environnements de mesure. Dans l'autre mode de réalisation supplémentaire de l'invention qui est représenté par le schéma synoptique partiel de la figure 7, la sonde 16M est couplée à l'unité de mesure 1000M par un émetteur de signal acoustique 1650M associé à la sonde, et par un récepteur de signal acousti- que 1200M associé à l'unité de mesure 1000M. L'émetteur 1650M et le récepteur 1200M fonctionnent d'une manière classique et bien connue pour transmettre des signaux d'information par l'intermédiaire d'énergie ondulatoire rayonnante sonore, de la sonde 16M vers l'unité de mesure 1000M. Des émetteurs de signal acoustique appropriés sont illustrés par exemple par le modèle HHM1 de la firme OMEGA, ou le modèle PTVC-756 (Portable Transaction Voice Computer), fonctionnant dans le mode de synthèse vocale, qui est fabriqué par Voice Connection/CCSI, 8258 Kingslee Road, Bloomington, MN 55438 (E.U.A.), et des récepteurs de signal acoustique appropriés sont illustrés par exemple par le modèle IntroVoice V qui est également fabriqué par Voice Connection/CCS1. Dans l'autre mode de réalisation supplémentaire et final de l'invention, qui est représenté par le schéma synoptique partiel de la figure 8, la sonde 16P est couplée à l'unité de mesure 1000P par un émetteur de signal électromagnétique 1650P associé à la sonde, et par un récepteur de signal électromagnétique 1200P associé à l'unité de mesure 1000P. L'émetteur 1650P et le récepteur 1200P fonctionnent d'une manière classique et bien connue pour transmettre des signaux d'information par l'intermé- diaire d'énergie ondulatoire rayonnante couplée de façon électromagnétique, de la sonde 16P vers l'unité de mesure 1000P. Des émetteurs de signal électromagnétique appro- priés sont illustrés par exemple par un amplificateur audio d'une puissance suffisante, comme par exemple un modèle CTS1100 de la firme Bogen, avec sa sortie connectée électriquement à environ 12 spires de fil de cuivre isolé de 1,02 mm de diamètre, bobiné sous la forme d'une boucle qui est placée autour de la zone à exciter. L'impédance de la boucle sera adaptée à l'impédance de sortie de l'ampli- ficateur pour obtenir le rendement maximal. Des récepteurs de signal électromagnétique appropriés sont illustrés par exemple par une bobine réceptrice (elxarioe) tile qe oelld'un récepteur téléphonique de type standard, comme le modèle n 44-533 de Radio Shack, avec sa bobine orientée dans le même plan que la boucle émettrice et située à l'intérieur de la zone excitée de celle-ci. La sortie de la bobine téléphonique serait connectée à l'entrée de microphone à bas niveau d'un amplificateur audio standard, similaire à l'amplificateur de la firme Bogen qui est utilisé pour l'émetteur. Le signal de sortie de l'amplificateur de réception reproduirait le signal d'entrée de l'amplifica- teur d'émission. Dans ce mode de réalisation de l'inven- tion, des signaux électromagnétiques sont produits dans une boucle magnétique 1651P qui est entourée par une plus grande boucle ou bobine de fil magnétique ou d'un conduc- teur approprié, 1201P, remplissant la fonction d'un moyen de réception dans lequel des signaux électromagnétiques représentatifs des signaux qui sont présents dans la boucle d'émission 1651P sont reproduits par induction électromagnétique, d'une manière bien connue. Il apparaî- tra à l'homme de l'art que les positions relatives de la boucle d'émission 1651P et de la boucle de réception 1201P peuvent être échangées si on le désire, et que la boucle la plus extérieure peut être disposée de façon à entourer pratiquement une zone de travail désirée, de façon que la sonde puisse être déplacée librement à l'intérieur de la zone de travail, sans affecter défavorablement le couplage désiré des signaux électromagnétiques de la sonde vers l'unité ou appareil de mesure. La sonde 16, qui est illustrée sur la figure 2, contient des moyens d'alimentation 1602, 1603, comme mentionné précédemment. La figure 2 montre d'autres moyens d'alimentation séparables, se présentant sous la forme d'un porte-batterie 1602 et d'un connecteur électrique externe 1604. Un interrupteur d'alimentation de type standard et aisément disponible, qui n'est pas représenté, peut être inclus d'une manière bien connue dans les circuits internes de la sonde, pour faire en sorte que l'alimentation par batterie 1601 et l'alimentation élec- trique externe par l'intermédiaire du connecteur 1604 ne se perturbent pas lorsque de l'énergie est reçue à partir de l'alimentation externe. Les moyens destinés à connecter une source externe d'énergie électrique aux broches de connecteur 1604 sont illustrés clairement sur la figure 3 des dessins annexés. La poignée détachable 1660, ayant une configuration permettant à un opérateur humain de la saisir commnodément s'il le désire, comporte un câble électrique pour permettre une connexion commode à une source externe d'énergie électrique (non représentée), et une moitié de connecteur électrique adapté, 1605, montée sur la poignée pour le couplage électrique et mécanique avec la moitié de connecteur associée, se trouvant sur la sonde 16, qui est représentée par des broches de connecteur 1604. Pour faciliter encore davantage l'utilisation de la sonde 16 à titre d'instrument de test, de détection et de contrôle, le corps de la sonde est muni d'un réceptacle fileté intérieurement, 1 80, pour fixer le corps de la sonde sur un trépied classique ou un support similaire, d'une manière bien connue. La description et les dessins présentent claire- ment et décrivent de façon complète des modes de réalisa- tion préférés de l'invention, mais il apparaîtra aisément à l'homme de l'art que d'autres formes, modes de réalisa- tion et variantes de ceux-ci peuvent être conçus et réali- sés sans sortir d'l cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Structure de sonde de détection (16), pour un appareil de mesure électrique du type comportant un micro- processeur (1300) qui réagit à des signaux électriques de façon à changer divers aspects de la visualisation et des fonctions des modes de fonctionnement de l'appareil de mesure, caractérisée en ce qu'elle comprend: une première sonde de détection (16) universellement mobile, ayant un boîtier de sonde; un émetteur de signal d'énergie ondula- toire (1650) monté sur le boîtier de sonde; des premiers moyens de couplage d'alimentation (1602, 1604) montés sur le boîtier de sonde et connectés électriquement à l'émet- teur de signal d'énergie ondulatoire (1650), pour lui connecter une source d'énergie électrique; un premier capteur (18) monté sur le boîtier de sonde pour détecter un paramètre d'un objet externe; ce capteur (18) étant connecté électriquement à l'émetteur de signal d'énergie ondulatoire (1650) pour lui appliquer un signal électrique représentatif d'une valeur détectée du paramètre précité; l'émetteur de signal d'énergie ondulatoire (1650) étant connecté électriquement aux premiers moyens de couplage d'alimentation (1602, 1604) pour transmettre à l'extérieur du boîtier de sonde, sous la forme d'énergie ondulatoire, un signal représentatif d'une valeur détectée du paramètre précité, pour la réception par une unité de mesure (1000) à laquelle est associé un récepteur d'énergie ondulatoire (1200). 2. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: une seconde sonde de détection (16') sur laquelle est monté un second capteur (18'); un câble électrique (17) connectant électriquement la première sonde de détec- tion (16) à la seconde sonde de détection (16'); le second capteur (18') étant connecté électriquement à l'émetteur de signal d'énergie ondulatoire (1650) par l'intermédiaire du câble électrique (17), pour produire un signal repré- sentatif d'une condition électrique qui existe entre un objet externe en contact avec le premier capteur (18) et un second objet externe en contact avec le second capteur (18'). 3. Une structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: des moyens à microprocesseur connectés électrique- ment entre le capteur (18) et l'émetteur de signal d'éner- gie ondulatoire (1650), pour générer des signaux numéri- ques représentatifs des paramètres détectés, qui doivent être appliqués à l'émetteur de signal (1650) pour l'émis- sion à l'extérieur de la sonde de détection (16). 4. Structure de sonde de détection selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: des moyens de commutation de commande, pouvant être actionnés manuellement, qui sont couplés aux moyens à microprocesseur pour générer des signaux devant être émis à l'extérieur de la sonde de détection (16), pour comman- der le fonctionnement d'un appareil de mesure auquel est associé un récepteur d'énergie ondulatoire (1200). 5. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens de couplage d'alimentation consistent en un récep- tacle de batterie de stockage d'énergie (1602). 6. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens de couplage d'alimentation consistent en une moitié de connecteur électrique séparable (1604) pouvant être couplée mécaniquement et électriquement à une moitié de connecteur adapté (1605) qui est couplée électriquement à une source d'énergie électrique externe. 7. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers moyens de couplage d'alimentation consistent en une moitié d'un connecteur électrique séparable (1604), et la sonde de détection (16) universellement mobile comprend en outre une poignée détachable (1660) sur laquelle est montée une moitié adaptée (1605) d'un connecteur électrique sépara- ble, qui est destinée à s'accoupler mécaniquement et élec- triquement à la moitié précitée du connecteur électrique séparable (1604); cette poignée détachable (1660) portant sur elle des moyens de connexion (1608) pour la connexion électrique à une source d'énergie électrique. 8. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'émetteur (1650) génère des signaux sous la forme d'ondes radiofréquences pour la transmission aérienne vers le récepteur, et le récepteur (1200) est un récepteur radiofréquence. 9. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'émetteur (1650A) génère des signaux consistant en ondes lumineuses infra- rouges, pour la transmission aérienne vers le récepteur, et le récepteur (1200A) est un récepteur de signaux consistant en ondes lumineuses infrarouges. 10. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'émetteur (1650B) génère des signaux consistant en ondes lumineuses optiques pour la transmission par l'intermédiaire d'un câble à fibre optique (1800); le récepteur (1200B) est un récep- teur d'ondes lumineuses optiques, et la structure de sonde de détection (16) comprend en outre un câble à fibre optique (1800) connecté à l'émetteur (1650B) pour recevoir des signaux consistant en ondes lumineuses qui proviennent de l'émetteur, et connecté au récepteur (1200B) pour lui fournir des signaux consistant en ondes lumineuses optiques. 11. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'émetteur (1650P) génère des signaux consistant en ondes audiofréquences, pour l'émission par l'intermédiaire de l'émetteur de signal d'énergie ondulatoire monté sur la sonde (16P). 12. Structure de sonde de détection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'émetteur (1650P) comporte une boucle conductrice fermée pour émettre des ondes électromagnétiques capables de créer un signal électromagnétique induit dans une boucle conductrice séparée, lorsque cette boucle séparée est positionnée de façon pratiquement coaxiale par rapport à la boucle conductrice fermée.