Brevet FR2764066A1 — publié le 19981204

APPAREIL POUR DÉTERMINER LA DIRECTION D'UN COURANT DE FLUIDE ET SA VITESSE DANS CETTE DIRECTION. La présente invention concerne un appareil pour déterminer la direction d'un courant de fluide et sa vitesse dans cette direction. La présente invention concerne plus particulièrement un anémomètre pour déterminer la direction du vent et sa vitesse dans cette direction. Les anémomètres généralement utilisés sont constitués par un ensemble d'une ou plusieurs palettes ou cuillères fixées sur un axe vertical par des tiges radiales, de sorte que l'ensemble puisse tourner autour de l'axe. La vitesse de rotation de l'ensemble permet de déterminer la vitesse du vent. Généralement, les anémomètres permettent uniquement de déterminer la vitesse du vent et une girouette donnant la direction du vent doit être associée à l'anémomètre. Il est donc nécessaire d'utiliser deux appareils indépendants pour déterminer la direction du vent et sa vitesse. De plus, les appareils actuellement utilisés comportent une partie mobile en rotation qui est susceptible d'usure mécanique ou de blocage par le gel. La présente invention a pour but de fournir un appareil qui permet d'éviter les inconvénients ci-dessus. En effet, il permet de déterminer à la fois la direction d'un courant de fluide, en particulier du vent, et sa vitesse ; de plus, il ne comporte aucune partie mobile, aucune partie fragile, ne requiert aucun entretien, et n'est pas sujet à une dérive de son 'zéro' dans le temps. Ce but est atteint, selon la présente invention, en utilisant deux tiges plates disposées de façon à former un angle entre elles et en mesurant une valeur qui est fonction du degré de flexion de ces deux tiges, la flexion des tiges étant fonction de la composante de la force du vent appliquée sur chacune des tiges. Les tiges étant plates ne peuvent fléchir que dans une direction perpendiculaire à la surface de la tige (c'est-à-dire dans deux directions faisant entre elles un angle connu). Connaissant les deux composantes de la force du vent appliquées sur chacune des tiges il est possible de déduire à la fois la direction du vent et sa vitesse dans cette direction. La présente invention a donc pour objet un appareil pour déterminer la direction d'un courant de fluide et sa vitesse dans cette direction, caractérisé par le fait qu'il comporte, d'une part, deux éléments plats flexibles fixés par l'une de leurs extrémités à une embase fixe, leur extrémité opposée étant libre, et disposés de façon que les plans moyens des deux éléments fassent entre eux un angle lorsque les deux éléments sont au repos et, d'autre part, des moyens de mesure d'une valeur qui est fonction de la flexion de chacun des deux éléments sous l'action du courant de fluide. Comme indiqué ci-dessus, l'appareil est plus particulièrement un anémomètre et le courant de fluide est le vent. Cependant, l'appareil n'est pas limité à ce type d'utilisation et pourrait être utilisé pour déterminer la vitesse de courants gazeux dans des installations industrielles telles que des fours de séchage à air chaud ou pour déterminer la vitesse de courants de liquide. De préférence, les moyens de mesure du degré de flexion de chacun des éléments sont reliés à un moyen de calcul, en particulier un ordinateur, pour convertir la valeur fonction du degré de flexion mesurée par lesdits moyens de mesure en une caractéristique de la direction du courant de fluide et en la vitesse du courant de fluide dans cette direction. I1 est bien entendu que, lorsque la direction du fluide est connue, seule la détermination de la vitesse du courant de fluide est nécessaire. Chaque élément flexible est avantageusement une tige plate; un telle tige plate a, plus particulièrement, la forme d'un rectangle allongé, de largeur proportionnellement faible, et de faible épaisseur; elle a, par exemple, dans le cas d'un anémomètre, une largeur de 20 mm pour une longueur de 200 mm et une épaisseur de 3 mm. Du fait de sa forme, la tige ne peut fléchir que dans une direction perpendiculaire à son plan moyen et il ne peut pas y avoir d'effet de torsion. L'angle entre les plans moyens des tiges est, de préférence, de 90 , ce qui facilite les calculs. Pour améliorer la sensibilité des tiges au courant de fluide, l'extrémité libre de chaque tige porte avantageusement une palette dont la largeur maximale en projection sur le plan médian de la tige est supérieure à la largeur de la tige. La tige et la palette ont, de préférence, le même plan moyen. Cette palette a, de préférence, la forme d'un rectangle ou d'un carré, l'un des côtés de ce rectangle ou de ce carré étant avantageusement dans le prolongement d'un des bords latéraux de la tige. De préférence, la tige et la palette ont la même épaisseur et sont fabriquées d'une seule pièce. Dans le cas où l'un des bords de la palette est dans le prolongement d"un bord de la tige, de façon à former un bord continu, les tiges sont disposées de façon que ces bords continus soient les bords les plus proches. Les palettes de chacune des tiges peuvent avoir des dimensions et/ou des formes différentes, de façon à s'adapter à la mesure d'un courant de fluide, en particulier d'un vent dominant. La différence de dimension ou de forme des deux palettes constitue alors en quelque sorte un filtre. Les deux palettes peuvent également être disposées à des hauteurs différentes sur la tige, c'est-à-dire que les tiges auront des longueurs différentes, afin de ne pas se perturber mutuellement, ce qui altérerait la mesure. Les tiges et les palettes peuvent être en tout matériau susceptible de flexions répétées, c'est-à-dire ayant un module d'élasticité adapté, tel que l'acier, une matière plastique ou une matière plastique renforcée par des fibres de verre. Le matériau utilisé doit également résister à la corrosion dans le milieu d'utilisation. La détermination du degré de flexion des tiges peut être effectuée par tout moyen approprié. Un moyen tout particulièrement préféré est constitué par une fibre optique fixée longitudinalement sur la tige, et éventuellement la palette, parallèlement au bord de la tige, déportée du plan de fibre neutre au regard de la flexion à mesurer, fibre dans laquelle on envoie un faisceau lumineux. La fibre optique est pré-tendue lors du montage; lorsque la tige fléchit, cela provoque un allongement ou une diminution de la fibre optique, une variation de la tension mécanique à laquelle elle est soumise, et une modification mesurable de l'intensité du faisceau lumineux envoyé ; cette mesure est fonction du degré de flexion de la tige et, par conséquent, de la force appliquée sur la tige. Un faisceau lumineux d'intensité déterminée provenant d'une source extérieure à l'appareil est envoyé dans chaque fibre optique associée à chaque tige par l'intermédiaire d'une fibre optique standard ; un dispositif de connexion approprié de la fibre optique de la tige et de la tige elle-même est prévu dans l'embase commune fixe des deux tiges. Le dispositif de pré-tension y est installé et peut consister en un système à pas de vis. A la sortie de la fibre optique associée à chaque tige, on mesure la modification de l'intensité du faisceau lumineux, cette modification étant fonction du degré de flexion de la tige. Un étalonnage préalable de l'appareil selon l'invention permet de connaître pour chaque tige la courbe d'atténuation en fonction de la force exercée, et, par comparaison avec cette courbe, il est possible de déterminer pour une atténuation donnée la force exercée par le courant de fluide sur chaque tige et d'en déduire, en combinant les données obtenues pour chaque tige, la direction du courant de fluide et la vitesse du courant de fluide dans cette direction. Dans ce but, on utilise un ordinateur susceptible de stocker les données des courbes d'étalonnage pour chacune des tiges et de déterminer, par comparaison avec ces données, la force exercée sur chaque tige ; en combinant les données obtenues pour chaque tige, l'ordinateur détermine la direction du courant de fluide et sa vitesse dans cette direction. L'ordinateur peut également avoir d'autres fonctions, telles que le déclenchement d'une alarme en cas de dépassement d'une vitesse déterminée du courant de fluide. La description d'un mode de réalisation de l'appareil selon l'invention, donnée ci-après à titre purement illustratif et non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention, en se référant au dessin annexé. Sur ce dessin: - la figure 1 représente une vue latérale en perspective d'un appareil selon l'invention; - la figure 2 représente une vue de dessus de l'appareil de la figure 1 en l'absence de courant de fluide; - la figure 3 représente une vue de dessus de l'appareil de la figure 1 sous l'action d'un courant de fluide se déplaçant selon la flèche F; - la figure 4 illustre schématiquement la façon dont se décompose la force due au vent sur les deux éléments flexibles de l'appareil. L'appareil illustré sur les figures 1 à 3 est un anémomètre désigné par 1 dans son ensemble. I1 est constitué de deux tiges plates identiques 2 et 3, dont une extrémité est fixée dans une embase 6. A leur extrémité opposée, les tiges 2 et 3 portent des palettes 4 et 5 respectivement, de forme carrée. Chaque tige 2, 3 et sa palette 4, 5 associée sont obtenues d'une seule pièce ; l'un des bords, 4a et 5a respectivement, de la palette est dans le prolongement d'un bord, 2a, 3a respectivement, de la tige, de façon à former un bord continu. Les tiges 2 et 3 sont disposées de façon que les bords continus (2a + 4a) et (3a + 5a) soient les plus proches. Chacune des tiges 2 et 3 a une largeur de 20 mm et une longueur de 200 mm pour une épaisseur de 3 mm et chacune des palettes 4 et Sala même épaisseur que les tiges 2 et 3 et a la forme d'un carré de 40 mm de côté. Les plans moyens des tiges 2, 3 font entre eux, au repos, un angle a de 90". Des fibres optiques 9 et 8 sont insérées respectivement dans la tige 2 et la palette 4, d'une part, et dans la tige 3 et la palette 5, d'autre part, parallèlement aux bords continus (2a + 4a) et (3a + Sa) et au voisinage de ces bords. Ces fibres optiques se prolongent dans l'embase 6 et des connecteurs 10 et il permettent de les relier à un câble optique servant à envoyer dans la fibre optique un faisceau lumineux d'intensité déterminée et à recueillir en retour le faisceau lumineux obtenu après passage dans la fibre ; il y a une modification de l'intensité du faisceau de retour, lorsqu'il y a eu flexion des tiges 2 et 3. Le câble est donc relié à une source de faisceau optique d'intensité lumineuse déterminée et à un récepteur qui analyse le faisceau obtenu en retour. Un ordinateur dédié comportant un logiciel de calcul, un stockage des données de l'étalonnage des tiges permet de calculer la direction du vent et sa vitesse dans cette direction à partir des données obtenues dans le récepteur. Pour effectuer des mesures, l'anémomètre selon l'invention, qui a été étalonné auparavant, est fixé sur le site où on désire connaître la direction et la vitesse du vent et il est relié par le câble optique à la source de faisceau lumineux, au récepteur et à l'ordinateur. Lorsque le vent souffle, par exemple dans la direction F indiquée sur la figure 3, les tiges 2 et 3 fléchissent. n y a modification des faisceaux lumineux sortant des fibres optiques 8 et 9. Cette modification est fonction de la flexion de chacune des tiges 2 et 3 et, par conséquent, de la force exercée par le vent. La figure 4 montre comment la force f exercée par le vent se décompose en une force f2 sur la tige 2 et en une force f3 sur la tige 3. En comparant la courbe d'étalonnage de chacune des tiges 2 et 3 donnant la modification du faisceau optique en fonction de la force exercée sur chacune des tiges, l'ordinateur calcule la force exercée sur chaque tige 2 et 3 et détermine, à partir des données obtenues pour chaque tige, la direction du vent et la vitesse du vent dans cette direction. L'ordinateur affiche ces résultats sous forme numérique ou sous forme de courbe en fonction du temps. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour déterminer la direction d'un courant de fluide et sa vitesse dans cette direction, caractérisé par le fait qu'il comporte, d'une part, deux éléments plats flexibles (2, 3) fixés par l'une de leurs extrémités à une embase fixe (6), leur extrémité opposée étant libre, et disposés de façon que les plans moyens des deux éléments (2, 3) fassent entre eux un angle (a) lorsque les deux éléments (2, 3) sont au repos et, d'autre part, des moyens (8, 9) de mesure d'une valeur qui est fonction de la flexion de chacun des deux éléments sous l'action du courant de fluide. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le courant de fluide est le vent. 3 - Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens (8, 9) de mesure d'une valeur fonction de la flexion des deux éléments sont reliés à un moyen de calcul, pour convertir les données obtenues pour chacun des deux éléments par lesdits moyens de mesure en une caractéristique de la direction du courant de fluide et en sa vitesse dans cette direction. 4 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que a est sensiblement égal à 90". 5 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que chaque élément flexible est une tige plate (2, 3) qui porte à son extrémité une palette (4, 5), dont la largeur maximale, en projection sur le plan moyen de ladite tige, est supérieure à la largeur de ladite tige. 6 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la palette (4, 5) et la tige (2, 3) ont le même plan moyen. 7 - Appareil selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fàit que l'un des côtés de la palette (4, 5) est dans le prolongement d'un des bords latéraux de la tige (2, 3), qui la porte, de façon à former avec elle un bord continu. 8 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les bords continus des deux ensembles (tige/palette) incluent ceux des bords de tige, qui sont les plus proches l'un de l'autre. 9 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fiait que les moyens de mesure d'une valeur fonction de la flexion de la tige (2, 3) comportent, d'une part, une fibre optique (8, 9) solidaire de la tige et disposée longitudinalement sur ladite tige (2, 3), d'autre part, une source pour envoyer un faisceau lumineux dans ladite fibre optique, et enfin un récepteur pour capter la valeur de la modification de ce faisceau lumineux, qui est fonction de la flexion de la tige.