Brevet FR2728990A1 — publié le 19960705

Indicateur visuel autonome. L'invention concerne un indicateur visuel autonome du type destiné à être associé à une sonde et à indiquer une alarme suite à la réception d'un signal prédéterminé émis par la sonde. De tels indicateurs visuels sont en particulier utilisés comme indicateur d'une alarme, en association avec des détecteurs magnétiques du type de ceux décrits dans le brevet FR-B-2.686-693, utilisés principalement dans la maintenance des moteurs d'avions et qui captent les particules magnétiques transportées dans un flux de fluide, l'alarme intervenant pour une quantité et/ou une dimension de particules captées prédéterminée. Ces détecteurs sont constitués d'un ou plusieurs aimants permanents entourés de masses polaires qui, lorsqu'elles sont reliées par un pont de particules métalliques, ferment un circuit électrique et jouent, par conséquent le rôle d'un interrupteur. La fermeture du circuit permet d'envoyer un signal générant l'indication d'une alarme sur l'indicateur visuel. Les circuits de flux de fluide comme les circuits d'huile de lubrification ou de réfrigérant dans ces moteurs comportent des organes mécaniques dont l'usure doit être régulièrement contrôlée pour des problèmes de sécurité et de maintenance. L'usure de ces organes entraînent la libération de particules métalliques dans le fluide. La détection de la quantité de ces particules métalliques dans le fluide permet une maintenance préventive des organes mécaniques du circuit dans lequel s'écoule le fluide, par un contrôle permanent de leur dégradation. Les indicateurs visuels classiques, utilisés en association avec les détecteurs magnétiques, nécessitent une alimentation électrique extérieure et sont alimentés en 28 volts avion. Pour des raisons de normalité, il est interdit d'utiliser les moyens moteurs et il est alors nécessaire de tirer une ligne électrique dans l'avion pour alimenter lesdits indicateurs visuels. Cette installation n'étant pas prévue à l'origine, elle entraîne, par conséquent, un coût très élevé et peu rentable pour les compagnies aériennes qui se doivent, pourtant, d'assurer régulièrement un tel contrôle. On a alors envisagé de concevoir des indicateurs visuels autonomes, c'est-à-dire comportant leurs moyens propres en alimentation, du type batterie ou pile. Afin d'assurer une capacité d'utilisation suffisamment longue, il est nécessaire de recourir au lithium en tant que matériau actif des piles ou batteries. Cependant, le lithium se révèle d'un emploi catastrophique pour ce type d'utilisation dans la mesure où il nécessite des précautions d'emploi importantes dues aux risques d'explosion des piles en altitude, d'incendie, de pollution et d'émission de gaz agressifs et du fait que les conditions d'utilisation de l'indicateur fixé directement sur le moteur sont alors très sévères (vibrations, amplitude importante de température, pression/dépression, etc...). De plus, l'utilisation du lithium entraîne également une maintenance rigoureuse, une gestion des stocks trop lourde, des problèmes de stockage, etc... Afin de pallier ces inconvénients, il convient donc de proposer un indicateur visuel autonome qui puisse supporter des conditions d'environnement sévères dans la mesure où il est fixé directement sur le moteur en question, qui ne renferme pas de pile ou de batterie, qui ne renferme pas de matériau dangereux, qui soit d'une utilisation simple en association avec le ou les détecteurs magnétiques tout en présentant de hautes qualités de fiabilité et de reproductibilité des indications visualisées. I1 est également important que cet indicateur puisse se révéler totalement opérationnel dès que le technicien veut s'en servir et qui, par conséquent, ne nécessite pas la mise en place d'une alimentation électrique additionnelle, ni de dispositifs extérieurs, du type outillage spécifique ou non. A cet effet, l'invention concerne un indicateur visuel autonome caractérisé en ce qu'il comprend un matériau piézo-électrique agencé pour produire ponctuellement de l'énergie électrique par transformation en signaux électriques d'une force mécanique de déformation qui lui est appliquée, ladite énergie électrique commandant un organe indicateur d'information tel qu'un voyant lumineux. Avantageusement, une impulsion uni-axiale dynamique et quasi-statique est appliquée au matériau piézo-électrique qui génère une énergie selon le principe de la conversion mécano-électrique. Selon l'invention, l'énergie générée est domestiquée pour commander l'organe indicateur d'information alors que les générateurs piézo-électriques sont habituellement utilisés en tant que générateur d'étincelles, principalement pour allumer des gaz. A cet effet, l'indicateur visuel selon l'invention comporte, avantageusement, un dispositif d'impact constitué d'un bouton-poussoir sur lequel un technicien peut imprimer une poussée. Le bouton-poussoir déclenche un percuteur, constitué d'une masselotte propulsée par un ressort contraint par le bouton-poussoir, qui frappe le matériau piézo-électrique par l'intermédiaire d'une enclume. Avantageusement, le percuteur est réarmé automatiquement grâce à un ressort de rappel. La vitesse de l'intervention manuelle n'a aucune influence sur l'énergie recueillie. Le matériau piézo-électrique est, de manière avantageuse, en dehors de toute impulsion uni-axiale dynamique, un matériau passif et inerte, ne présentant par conséquent aucun danger, aucune nocivité, aucune instabilité. Le matériau piézo-électrique doit être également dur, chimiquement inerte et apte à subir des impacts répétés. Avantageusement, on peut utiliser dans l'indicateur visuel autonome selon l'invention un ou plusieurs quartz piézoélectriques monolithiques. Il est également possible d'utiliser, dans l'indicateur visuel autonome selon l'invention, une céramique du type à base de zirconate-titanate de plomb à structure cristalline. Ainsi, lorsqu'un technicien appuie sur le bouton-poussoir, le percuteur est déclenché et agit sur le matériau piézoélectrique. Celui-ci, sous l'effet de l'impact, génère de l'énergie électrique. Si le circuit électrique est fermé par le pont de particules sur le détecteur magnétique, le matériau piézo-électrique délivre son énergie et, par exemple, un voyant peut s'allumer indiquant alors la présence de particules. La puissance développée par le matériau piézo-électrique est suffisante pour permettre le fonctionnement de voyants lumineux présents sur l'indicateur, le détecteur magnétique jouant au sein du circuit électrique le rôle d'un interrupteur commandant l'éclairage ou non d'un voyant lumineux. Ainsi, lors du fonctionnement des circuits contrôlés, par exemple en vol pour les moteurs d'avion, les particules sont captées par le détecteur magnétique sans apport d'énergie. L'indicateur visuel autonome selon l'invention reste pendant tout ce temps totalement inerte évitant ainsi tout risque d'explosion, d'incendie ou de pollution chimique comme c'était le cas pour les précédents indicateurs visuels autonomes. L'utilisation de cet indicateur visuel autonome selon l'invention intervient uniquement lors de la maintenance au sol de l'appareil et sans qu'il soit nécessaire de mettre en place un dispositif coûteux d'alimentation en énergie dudit indicateur. De plus, le temps effectif de fonctionnement d'un indicateur visuel selon l'invention est infinitésimal comparé au temps pendant lequel le matériel contrôlé par ce type d'indicateur peut être utilisé. On décrira maintenant plus en détail l'invention au travers d'exemples de mise en oeuvre d'un indicateur visuel autonome en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente un exemple de schéma du principe électrique d'un indicateur visuel autonome selon l'invention ; la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale du dispositif d'impact de l'indicateur visuel selon l'invention la figure 3 représente schématiquement le principe de fonctionnement d'un indicateur visuel selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention ; la figure 4 représente schématiquement le principe de fonctionnement d'un indicateur visuel selon un second mode de mise en oeuvre de l'invention ; et la figure 5 représente une vue en perspective frontale indicateur visuel autonome fonctionnant selon le second mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente un exemple de schéma électrique de l'indicateur visuel autonome selon l'invention. Cet indicateur visuel autonome comporte une source piézoélectrique à percussion Y1 reliée à un bloc conditionneur haute tension B1. En effet, il convient d'abaisser la haute tension, qui peut être de l'ordre de plusieurs centaines de volts, à une tension raisonnable permettant malgré tout de générer une puissance suffisante afin que l'énergie récoltée permette le fonctionnement des voyants lumineux ou de tout autre indicateur d'alarme. Le circuit comporte également une ou plusieurs diodes électro-luminescentes Dl, un bloc conditionneur basse tension B2 optionnel, un bouton test S1 de l'indicateur, de manière facultative, permettant de fermer le circuit afin de vérifier le bon fonctionnement des différents composants et un connecteur de liaison P1 reliant le circuit vers un détecteur magnétique. Lors de l'impression d'une poussée sur le bouton-poussoir 1 du dispositif d'impact de l'indicateur visuel autonome par un technicien, un ressort 2 est contraint et propulse le percuteur 3 constitué d'une masselotte qui vient percuter de manière uni-axiale le matériau piézo-électrique 4 par l'intermédiaire d'une enclume (non représentée). Un ressort de rappel 5 permet de réarmer le percuteur 3. Ainsi, le dispositif d'impact est-il à nouveau prêt à fonctionner. De préférence, la liaison électrique n'est pas réalisée directement sur le matériau piézo-électrique. Il est, en effet, nécessaire d'encartoucher ledit matériau afin d'une part d'assurer un serrage latéral adapté à assurer un rendement correct et d'autre part à assurer une isolation électrique en rapport avec la tension élevée délivrée en plus du maintien dans le corps principal du conteneur de la source piézo-électrique. Des connexions électriques simples et fiables sont de ce fait permises au niveau du conteneur du matériau piézoélectrique, à savoir : la borne positive au niveau de l'enclume et la borne négative au niveau de la contremasse, ou bien dans le cas de plusieurs quartz piézoélectriques empilés, des connexions bloquées latéralement par construction, et serrées mécaniquement. Par exemple, les seuils de détection des particules métalliques peuvent être fixés à 100 Ohms pour la détection et à 100 KiloOhms pour la non détection. Ainsi le fonctionnement est assuré pour 100 Ohms pour la détection des particules dites significatives, c'est-à-dire de taille importante et le non-fonctionnement pour 100 KiloOhms en présence de particules dites non significatives, c'est-à-dire de taille réduite. L'écart entre le fonctionnement et le non-fonctionnement peut être également plus restreint et, par exemple, être de 100 Ohms pour le fonctionnement et de 130 Ohms pour le nonfonctionnement. Plusieurs types d'indicateurs visuels autonomes sont possibles quant à la présentation de l'information dite alarme. Ainsi, la figure 3 représente le principe de fonctionnement d'un indicateur visuel autonome selon l'invention comportant un seul voyant lumineux. On actionne le bouton poussoir afin de générer de l'énergie. Lorsque le voyant lumineux s'allume, il n'y a pas de particules captées. Par contre, si le voyant lumineux ne s'allume pas, cela révèle que des particules sont captées ou bien que le circuit est en panne. Dans cet exemple, la diode électro-luminescente D1 est installée sur un circuit parallèle au circuit comportant le détecteur magnétique et sa résistivité se situe entre la résistivité du circuit quand des particules sont captées et la résistivité du circuit quand peu ou pas de particules sont captées. Ainsi, lorsque des particules de taille importante sont captées, la résistivité du circuit comportant le détecteur magnétique s'abaisse et le courant passe préférentiellement par ce circuit, n'actionnant par conséquent pas la diode. Par contre, lorsque peu ou pas de particules sont captées, le circuit comportant le détecteur magnétique présente une résistivité trop élevée et le courant passe alors par la diode D1, éclairant le voyant lumineux. Les figures 4 et 5 représentent un autre cas de fonctionnement d'un indicateur 8, présentant en façade deux voyants lumineux 6, 7 et un bouton-poussoir 1 et comportant sur une face latérale un connecteur permettant son branchement. Lorsque le voyant 6 (pollution) s'allume, il indique la présence de particules et, par conséquent, il indique que le circuit est pollué. Lorsque le voyant 7 (clean) s'allume, il indique l'absence de particules et, par conséquent, l'absence de pollution. Si aucun des voyants 6, 7 ne s'allume, il y alors indication d'une panne du système. Dans ce cas, un test de fonctionnement de l'appareil est automatique. Dans une autre forme de réalisation, lorsque la possibilité d'une panne du système est indiquée, il est nécessaire d'exécuter un test afin de déterminer s'il y a réellement panne ou non. On peut se référer au circuit décrit dans la figure 1 où il apparaît que le bouton test S1 de l'indicateur permet de fermer le circuit d'alimentation de la diode indépendamment du détecteur magnétique. Dans ce cas si le voyant s'allume, il n'y pas panne du système mais bien non-détection de particules significatives. L'indicateur visuel autonome selon l'invention est particulièrement avantageux dans la mesure où le seuil de détection est ajustable de manière à obtenir une alarme activée en fonction de la taille des particules. On a pu également mettre en évidence une autonomie de l'indicateur visuel selon l'invention surpassant largement les indicateurs à piles dans la mesure où le temps effectif de fonctionnement du générateur piézo-électrique sur 10 ans se résume à 6 minutes. L'indicateur visuel autonome selon l'invention peut avantageusement être connecté à plusieurs détecteurs magnétiques. I1 peut alors comporter un indicateur d'alarme pour chaque détecteur. De plus, cet indicateur visuel autonome peut être utilisé dans d'autres types de maintenance nécessitant des contrôles réguliers et précis de la dégradation de matériaux de circuit de fluides comme, par exemple, des suspensions hydrauliques, des systèmes de fermeture/ouverture, etc. Par ailleurs, cet indicateur visuel autonome peut être utilisé avec d'autres types de sondes pour permettre des tests et contrôles hors de toute énergie disponible. REVENDICATIONS 1. Indicateur visuel autonome, caractérisé en ce qu'il comprend un matériau piézoélectrique agencé pour produire ponctuellement de l'énergie électrique par transformation en signaux électriques d'une force mécanique de déformation qui lui est appliquée, ladite énergie électrique commandant un organe indicateur d'information tel qu'un voyant lumineux. 2. Indicateur visuel autonome selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est agencé pour appliquer une impulsion uni-axiale dynamique et quasi-statique au matériau piézo-électrique. 3. Indicateur visuel autonome selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau piézo-électrique est, hors de toute impulsion uni-axiale dynamique, un matériau passif, dur chimiquement inerte et apte à être soumis à des mécanismes à impacts. 4. Indicateur visuel autonome selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau piézo-électrique est un quartz piézo-électrique monolithique. 5. Indicateur visuel autonome selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau piézo-électrique est une céramique à base de zirconate titanate de plomb à structure cristalline. 6. Indicateur visuel autonome selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'impact constitué d'un bouton-poussoir (1) déclenchant un percuteur (3) constitué d'une masselotte propulsée par un ressort (2) contraint par le bouton-poussoir (1), qui frappe le matériau piézo-électrique (4) par l'intermédiaire d'une enclume. 7. Indicateur visuel autonome selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort de rappel (5) agencé pour réarmer automatiquement le percuteur (3) après utilisation.