Brevet FR2746500A1 — publié le 19970926

SYSTEME ULTRASONIQUE DE JAUGEAGE D'UN FLUIDE La présente invention concerne un système ultrasonique de jaugeage d'un fluide comprenant au moins une sonde acoustique pourvue de plusieurs réflecteurs espacés sur sa longueur, et un transducteur acoustique situé à l'extrémité inférieure de la sonde, ledit transducteur étant agencé pour transmettre une énergie acoustique dans le sens de la hauteur vers la surface du fluide, et pour recevoir l'énergie réfléchie par ladite surface et pour par n'importe quel des réflecteurs immergés dans le fluide. Dans les systèmes de mesure ultrasoniques de la quantité de fluide. un transducteur ultrasonique est monté au fond d'un tube vertical ou d'un puits de jaugeage, rempli avec du fluide à la même hauteur que celle du D fluide à l'extérieur du tube. Le transducteur transmet des trains d'ondes d'énergie ultrasonique vers le haut, vers l'interface fluide/air d'o ils sont réfléchis vers le transducteur. En mesurant la durée du déplacement des trains d'ondes d'énergie, il est possible de calculer la hauteur de la surface du fluide. Cependant, la vitesse du son varie en fonction des changements dans la densité du fluide. Pour compenser l'effet de ce phénomène, on inclut habituellement dans le puits de jaugeage un certain nombre de réflecteurs espacés sur toute la longueur du puits. La hauteur de ces réflecteurs est connue, et de ce fait les réflexions ultrasoniques qu'ils produisent peuvent être utilisées pour calibrer le système et améliorer le calcul de la hauteur et du volume du fluide. L'amplitude de la réflexion à partir d'un des réflecteurs fixes inférieurs peut, dans certaines circonstances, dépasser celle provenant de la surface du fluide, par exemple lorsque la surface du fluide est élevée, si la sonde est inclinée par rapport à la normale de la surface du fluide, ou si la surface est perturbée par des rides, des vagues, de la mousse, ou des phénomènes semblables. Il est alors difficile d'identifier quelle réflexion provient de la surface du fluide et laquelle provient des réflecteurs. Ce phénomène est en outre compliqué par le fait que la surface du fluide peut produire de fausses réflexions constituant des multiples de la hauteur du fluide. Les fausses réflexions provenant de la surface du fluide peuvent, dans certaines circonstances, être identifiées, car il n'y aura pas de réflexions venant des réflecteurs fixes entre la surface réelle du fluide et la position de la fausse réflexion. Par exemple, si les réflecteurs fixes sont espacés à intervalles de 5 cm, et que la surface du fluide est à 12 cm, il y aura des oi réflexions à partir de deux réflecteurs fixes à 5 cm et 10 cm, venant alors de la surface réelle du fluide à 12 cm, et une fausse réflexion de la surface du fluide à 24 cm. Comme les réflexions venant des troisième et quatrième réflecteurs à 15 et 20 cm sont absentes, le système peut identifier que le quatrième signal est un faux écho, et le rejeter. Cependant, un problème se L5 pose si la surface du fluide est proche du premier réflecteur, disons à 5 cm, ce qui produira une fausse réflexion autour de la position du deuxième réflecteur, à 10 cm. Dans ce cas, le système peut avoir des difficultés à déterminer si le premier signal réfléchi vient réellement de la surface du fluide ou du premier réflecteur, et si la fausse réflexion est en fait, la fausse réflexion, ou la réflexion réelle de la surface du fluide, ou la réflexion venant du deuxième réflecteur. Dans les environnements particulièrement bruyants, le système peut interpréter faussement les signaux et prendre la surface du fluide pour un emplacement quelconque au-dessus du deuxième réflecteur. Un objet de la présente invention est de fournir un système et une sonde améliorés pour le jaugeage du fluide. Selon la présente invention, on a prévu un système de jaugeage du fluide du type spécifié ci-dessus, caractérisé en ce que le deuxième réflecteur au-dessus du transducteur est placé à une hauteur inférieure au double de la hauteur du premier réflecteur, afin de permettre l'identification d'un faux écho venant de la surface du fluide, lorsque ladite surface se trouve dans la zone du premier réflecteur. De préférence, tous les réflecteurs sont situés à des hauteurs qui ne sont pas de simples multiples des hauteurs de n'importe lequel des réflecteurs inférieurs. La sonde comporte de préférence un membre support s'étendant verticalement au-dessus du transducteur, les réflecteurs faisant saillie latéralement à partir du membre support. La sonde comporte de préférence un puits de jaugeage tubulaire, le transducteur étant placé à l'extrémité inférieure du puits de jaugeage et les réflecteurs étant supportés par ledit puits de jaugeage. Un système ultrasonique de jaugeage de carburant pour un aéronef, selon la présente invention, va maintenant être décrit, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, et dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique du système; et la figure 2 est une vue en élévation latérale en coupe d'une sonde du système. En référence à la figure 1, le système de jaugeage de carburant comporte un réservoir 1 qui est typiquement logé dans une aile de l'aéronef, et qui est de forme irrégulière, contenant plusieurs sondes ultrasoniques de jaugeage de carburant, et dont trois sondes 2 à 4 sont illustrées. Lesdites sondes 2 à 4 sont reliées à l'unité de commande 10 par des câbles de sorte que ladite unité peut fournir des signaux électriques pour activer les sondes, et recevoir des signaux électriques desdites sondes. L'unité de commande 10 fournit une sortie indicative de la masse du carburant à un système d'affichage 11 ou à tout autre moyen d'utilisation. La figure 2 illustre un exemple de sonde ultrasonique 2, similaire au type décrit dans les publications GB 2265219, GB 2265005 ou GB 2270160. La sonde 2 comporte un tube externe ou puits de jaugeage 12, qui est ouvert au sommet et au fond, de sorte que le carburant dans le puits de jaugeage se trouve à la même hauteur que le carburant à l'extérieur de la sonde. Un transducteur ultrasonique 13 est situé au fond de la sonde et transmet des trains d'ondes d'énergie ultrasonique vers le haut, le long du puits de jaugeage, quand il est alimenté par l'unité de commande 10. La sonde 2 comprend neuf réflecteurs 14 à 22 fixés à l'intérieur du puits de jaugeage, et espacés entre eux sur toute sa longueur. Les réflecteurs 14 à 22 se présentent sous la forme de courtes chevilles ou de goujons faisant saillie latéralement à travers environ un tiers du diamètre du puits de jaugeage. L'énergie ultrasonique est réfléchie par la surface du carburant, et à partir des réflecteurs immergés dans ledit carburant. Comme ces signaux réfléchis sont produits par des réflecteurs situés à des hauteurs connues, ils fournissent des signaux de calibrage pour la sonde de la manière décrite dans la publication GB 2265219. L'énergie ultrasonique réfléchie est reçue par le transducteur 13 qui la convertit en signaux électriques et les transmet à l'unité de commande 10. Dans les sondes de jaugeage ultrasonique de fluide conventionnelles, les réflecteurs sont espacés de façon égale l'un de l'autre sur toute la hauteur de la sonde. Au contraire, dans la présente invention, les réflecteurs 14 à 22 ne sont pas du tout espacés de façon égale le long de la sonde. En particulier, le deuxième réflecteur 15 est fixé à une certaine hauteur au- dessus du transducteur 13 qui est inférieure au double de la hauteur du premier réflecteur adjacent 14, au-dessus du transducteur. Les emplacements de tous les réflecteurs 14 à 22 sont tels qu'aucun réflecteur n'est à une hauteur correspondant à un simple multiple de la hauteur d'un réflecteur inférieur. Un exemple d'espacement typique des réflecteurs est indiqué ci- dessous: Réflecteur Espacement à partir du Espacement au- dessus du transducteur 13 réflecteur adjacent inférieur. 14 10,16 cm 17,78 cm 7,62 cm 16 44,45 cm 26,67 cm 17 71,12 cm 26,67 cm 18 86,36 cm 15,24 cm 19 101,60 cm 12,70 cm 116,84 cm 17,78 cm 21 137,16 cm 20,32 cm 22 149,86 cm 12,70 cm L'unité de commande 10 contient des informations concernant la hauteur de chaque réflecteur 14 à 22. La hauteur du carburant est déterminée en mesurant la hauteur au-dessus du plus élevé des réflecteurs submergés, pour pouvoir compenser les effets de la stratification de la température dans le carburant d'une façon connue. Si, par exemple, la surface du carburant est placée entre le troisième réflecteur 16 et le quatrième réflecteur 17, le transducteur 13 reçoit les réflexions venant des trois réflecteurs inférieurs 14, 15 et 16, et qui peuvent facilement être identifiées car les signaux réfléchis se produisent à des :_ emplacements connus. Même si l'écho provenant de la surface du fluide est d'une amplitude relativement faible, son emplacement approximatif peut être déduit du fait qu'aucune réflexion n'est reçue des réflecteurs 17 à 22 qui sont exposés au-dessus de la surface du carburant. A partir de cette information, l'unité de commande 10 détermine que la surface du carburant doit se trouver entre le troisième réflecteur 16 et le quatrième réflecteur 17. Le premier faux écho venant de la surface du carburant se trouve à un emplacement équivalent à deux fois la hauteur réelle dudit carburant, ou environ à deux fois la hauteur du troisième réflecteur 16. Cependant, I'unité de commande 10 identifie facilement un signal de retour équivalent à cette hauteur comme étant une fausse réflexion, à cause de l'absence d'échos venant des réflecteurs entre la surface réelle du carburant et l'emplacement de la fausse réflexion. La même chose devra s'appliquer pour de fausses réflexions multiples supérieures de la surface du carburant. Par conséquent, le système identifie et rejette ces faux échos. Cependant, à des niveaux de carburant inférieurs un problème peut se poser si les réflecteurs sont également espacés. Si la surface du fluide se trouve environ au même emplacement que le premier réflecteur le plus bas, sa fausse réflexion équivaudra au double de cette hauteur. Cette fausse :réflexion aura une amplitude relativement élevée, à cause de sa proximité avec le transducteur, et elle coïncidera à peu près avec le deuxième réflecteur. Les signaux renvoyés vers l'unité de commande seront, par conséquent, sensiblement les mêmes que ceux qui seraient retournés si la surface du carburant était placée au deuxième réflecteur. Cependant, dans la sonde de la présente invention,, le deuxième réflecteur 15 est espacé au-dessus du premier réflecteur 14 d'une distance inférieure à l'espacement du premier réflecteur au-dessus du transducteur 13. Quand la surface du carburant se trouve au premier réflecteur 14, le transducteur 13 reçoit typiquement deux signaux d'une amplitude significative, c'est-à-dire un signal de retour unique équivalent à une hauteur de 10,16 cm à partir de la surface du carburant et à partir du premier réflecteur, et un deuxième signal d'amplitude inférieure provoqué par une fausse réflexion à partir de la surface au double de cette distance, soit 3: 20,32 cm. Comme le transducteur 13 ne reçoit aucun signal en retour équivalent aux emplacements du réflecteur supérieur au premier réflecteur 14, I'unité de commande 10 peut facilement déterminer que la surface réelle du carburant doit se trouver entre le premier réflecteur et un point quelconque en dessous du deuxième réflecteur, et il rejette tous les signaux en dehors de cette gamme. Il peut y avoir une certaine hauteur de carburant (8,84 cm) à laquelle sa fausse réflexion coïncide avec le deuxième réflecteur 15. A cette hauteur, l'unité de commande 10 reçoit deux signaux d'une amplitude significative, c'est-à-dire un signal provenant de la surface réelle du carburant et un faux signal harmonique venant de la surface du carburant. Comme il n'y a aucun 1 C signal venant du premier réflecteur 14, I'unité de commande 10 peut facilement identifier que le signal supérieur est faux, et rejeter tous les signaux au-dessus du signal inférieur. Pour des hauteurs de carburant supérieures. le problème ne sera pas aussi difficile car une fausse réflexion équivalente à deux fois la hauteur réelle se produira toujours à un endroit o il y a au moins un réflecteur entre la surface réelle du carburant et sa fausse réflexion. Par exemple, si la hauteur de la surface du carburant est la même que celle du deuxième réflecteur 15, la fausse réflexion sera produite à un endroit se trouvant entre Id le quatrième et le cinquième réflecteur. Comme les signaux venant des quatrième et troisième réflecteurs sont absents, I'unité de commande 10 peut facilement identifier la fausse réflexion comme étant une fausse réflexion. Cependant, dans des environnements particulièrement bruyants il peut être avantageux que tous les réflecteurs soient placés de telle façon qu'aucun ne 2 5 se trouve à une hauteur correspondant à un multiple simple de la hauteur des réflecteurs inférieurs. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit, mais s'étend à toute variante évidente pour un homme du métier. En 3 c particulier, le système et la sonde peuvent être modifiés de différentes façons. Par exemple, la sonde peut être munie de transducteurs à émetteurs/récepteurs séparés. Il n'est pas essentiel pour la sonde d'avoir un puits de jaugeage, car les réflecteurs peuvent être fixes d'une autre quelconque manière. On conseille que le système ne soit pas confiné à l'utilisation avec du carburant, mais qu'il puisse être utilisé avec d'autres fluides. De la même façon, les différentes fréquences acoustiques pourront être utilisées sans être confinées à la gamme ultrasonique. REVENDICATIONS 1. Système de jaugeage ultrasonique d'un fluide comprenant au moins une sonde acoustique pourvue de plusieurs de réflecteurs espacés entre eux sur sa longueur, et un transducteur acoustique situé à l'extrémité inférieure de la sonde, ledit transducteur étant agencé pour transmettre une énergie acoustique dans le sens de la hauteur vers la surface du fluide et pour recevoir l'énergie réfléchie par ladite surface et par n'importe lequel des réflecteurs immergés dans le fluide, caractérisé en ce que le deuxième réflecteur (15) au-dessus du transducteur (13) est placé à une hauteur inférieure au double de la hauteur du premier réflecteur (14) afin de permettre l'identification d'un faux écho venant de la surface du fluide lorsque ladite surface se trouve dans la zone du premier réflecteur (14). 2. Système de jaugeage de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les réflecteurs (14 à 22) sont situés à des hauteurs qui ne sont pas de simples multiples des hauteurs de n'importe lequel des réflecteurs inférieurs. 3. Système de jaugeage de fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde (2. 3, 4) comporte un membre support (12) s'étendant verticalement au-dessus du transducteur (13), et en ce que les réflecteurs (14 à 22) font saillie latéralement à partir dudit membre support. 4. Système de jaugeage de fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde (2. 3. 4) comporte un puits de jaugeage tubulaire (12), en ce que le transducteur (13) est placé à l'extrémité inférieure dudit puits, et en ce que les réflecteurs (14 à 22) sont supportés 3 O par le puits de jaugeage.