Brevet FR2764067A3 — publié le 19981204

FR 2764067 A3 19981204 FR 9803553 A 19980323 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 conceme 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 toumer autour de l'axe. La vitesse de rotation de l'ensemble permet de déterminer la vitesse du vent. Généralement, les anémomètres permettent wiquement de déterminer la vitesse du vent et une girouette donnant la direction du vent doit être associée à l'anémomètre. II 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 règles 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 règles, la flexion des règles étant fonction de la composante de la force du vent appliquée sur chacune des régIes. Les régles étant plates ne peuvent fléchir que dans une direction perpendiculaire à la surface de la règle (c'est-à-dire dans deux directions faisant entre elles un angle connu a. Connaissant les deux composantes de la force du vent appliquées sur chacune des régles il est possible de déduire à ta 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. II 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 règle plate; une telle règle plate a, plus particulièrement, la forme d'un rectangle allongé, de largeur proportionnellement faible, et de très faible épaisseur; elle a, par exemple, dans le cas d'un anémomètre, une largeur de 20 mm pour une longueur de 80 mm et une épaisseur de 3 mm. Du fait de sa forme et de ses dimensions qui sont définies en fonction de l'application rencontrée, la règle ne fléchit que dans une direction perpendiculaire à son plan moyen et il n'y a pas d'effet de torsion. L'angle entre les plans moyens des règles est, de préférence, de 90 , ce qui facilite les calculs. Pour augmenter la sensibilité des règles au courant de fluide, I'extrémité libre de chaque règle porte avantageusement une pièce supplémentaire dont la géométrie augmente sa réponse au courant de fluide: - Pour une application en mesure de vent, cette piéce peut être un ellipsoïde de révolution, une tige raide (confondue avec son axe de révolution) le reliant à la partie supérieure de la règle ; cette forme minimise les turbulences de l'écoulement du vent. - Pour une application à la mesure de l'écoulement d'un liquide, l'extrémité libre de chaque règle peut simplement comporter une palette dont la largeur maximale en projection sur le plan médian de la règle est supérieure à la largeur de la régIe. La règle et la palette ont, de préférence, le même plan moyen. Cetle palette a, de préférence, la forme d'un rectangle ou d'un carré, I'un des cotés de ce rectangle ou de ce carré étant avantageusement dans le prolongement d'un des bords latéraux de la règle. De préférence, la règle et la palette ont la même épaisseur et sont fabriqués d'une seule pièce. Dans le cas où l'un des bords de la palette est dans le prolongement d'un bord de la règle, de façon à former un bord continu, bs règles sont disposées de façon que ces bords continus soient les bords les plus proches. Les palettes de chacune des règles 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'une direction de courant dominante. La différence de dimension ou de forme des deux palettes constitue alors en quelque sorte un filtre. Les deux pièce supplémentaire (ellipsoïdes ou palettes) peuvent également être disposées à des hauteurs différentes sur leurs règles respectives afin de ne pas se perturber mutuellement par un changement de l'écoulement du fluide, ce qui altérerait la mesure. Les regles 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 a la corrosion dans le milieu d'utilisation. La détermination du degré de flexion des règles peut être effectuée par tout moyen approprié. Un moyen tout particulièrement préféré est constitué par une fibre optique fixée longitudinalement sur la règle, et éventuellement la palette, parallèlement au bord de la règle, déportée du plan de la "fibre neutre" correspondant à la flexion à mesurer; on envoie dans cette fibre optique un rayon lumineux. La fibre optique est prétendue lors du montage ; lorsque la règle fléchit, cela provoque un allongement ou un raccourcissement de la fibre optique, une variation de la tension mécanique à laquelle elle est soumise, et une modification mesurable du faisceau lumineux envoyé ; cette mesure est fonction du degré de flexion de la règle et, par conséquent, de la force appliquée sur la règle. Un faisceau lumineux d'intensité déterminée provenant d'une source extérieure à l'appareil est envoyé dans chaque fibre optique associée à chaque règle par l'intermédiaire d'une fibre optique standard ; un dispositif de connexion approprié de la fibre optique de la règle et de la règle elleméme est prévu dans l'embase commune fixe des deux règles. Le dispositif de pretension y est installé et peut consister en un système à pas de vis. A la sortie de la fibre optique associée à chaque règle, on mesure la modification de l'intensité du faisceau lumineux, cette modification étant fonction du degré de flexion de la règle. Un étalonnage préalable de l'appareil selon l'invention permet de connaître pour chaque règle 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 règle et d'en déduire, en combinant les données obtenues pour chaque règle, 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 règles et de déterminer, par comparaison avec ces données, la force exercée sur chaque règle; en combinant les données obtenues pour chaque règle, I'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 franchissement d'une vitesse déterminée du courant de fluide. II sera intéressant de réaliser les règles et en général toutes les parties contenant les fibres de mesure dans un matériau de même coefficient de dilatation thermique que ces fibres : de cette façon, les mesures seront indépendantes de la température. Si cela n'est pas réalisable, une autre solution consiste à équiper l'appareil selon l'invention d'une troisième fibre protégée des effets du courant de fluide et ne réagissant donc qu'aux variations de température; L'effet de ces variations étant ainsi connu, le résultat donné par les deux autres fibres peut être corrigé par calcul. Dans le cas de trois fibres de même géométrie, il s'agit simplement de soustraire aux deux autres la mesure obtenue sur la troisième fibre. 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 rappareil. - la figure 5 représente une vue latérale en perspective d'un appareil plus spécialement destiné à la mesure du vent. L'appareil illustré sur les figures 1 à 3 est un anémomètre désigné par 1 dans son ensemble. Il est constitué de deux règles plates identiques 2 et 3, dont une extrémité est fixée dans une embase 6. A leur extrémité opposée, les règles 2 et 3 portent des palettes 4 et 5 respectivement, de forme carrée. Chaque règle 2, 3 et sa palette 4, 5 associée sont obtenues d'une seule pièce; run des bords 4a et Sa respectivement, de la palette est dans le prolongement d'un bord, 2a 3a respectivement, de la règle, de façon à former un bord continu. Les règles 2 et 3 sont disposées de façon que les bords continus (2a + 4 et (3a + 5 soient les plus proches. Chacune des règles 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 5 a la même épaisseur que les règles 2 et 3 et a la forme d'un carré de 40 mm de côté. Les plans moyens des règles 2, 3 font entre eux, au repos, un angle a de 90 . Des fibres optiques 9 et 8 sont insérées respectivement dans la règle 2 et la palette 4, d'une part, et dans la règle 3 et la palette 5, d'autre part, parallèlement aux bords continus (2a + 4 ) et (3a + 5) 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 déterminé et à recueillir en retour le faisceau lumineux après passage dans chaque fibre ; celui-ci est modifié lorsqu'il y a flexion des règles 2 et 3. Le cable 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 règles 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, I'anémométre 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 cable 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 règles 2 et 3 fléchissent. II y a modification des faisceaux lumineux sortant des fibres optiques 8 et 9. Cette modification est fonction de la flexion de chacune des règles 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 règle 2 et en une force f3 sur la règle 3. En comparant la courbe d'étalonnage de chacune des règles 2 et 3 donnant la modification du faisceau optique en fonction de la force exercée sur chacune des règles, rordinateur calcule la force exercée sur chaque règle 2 et 3 et détermine, à partir des données obtenues pour chaque règle, 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 pouvant être des fibres optiques dont le degré de flexion modifie une onde électromagnétique qu'on leur envoie et qu'elles modifient sous l'action du courant de fluide qui est ainsi mesuré. 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 donnes 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 règle plate (2, 3) qui porte à son extrémité soit un ellipsoïde (12), soit une palette (4, 5), dont la largeur maximale, en protection sur le plan moyen de ladite règle, est supérieure à la largeur de ladite règle. 6 - Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les moyens de mesure d'une valeur fonction de la flexion de la règle (2.3) comportent, d'une part, une fibre optique (8, 9) solidaire de la règle et disposée longitudinalement sur ladite règle (2, 3), d'autre part, une source pour envoyer un faisceau lumineux dans ladite fibre optique, et enfin un récepteur pour capteur la valeur de la modification de ce faisceau lumineux, qui est fonction de la flexion de la règle. 7 - Appareil selon les revendications 1,3 et 6, incluant un 3éme élément de mesure non soumis au courant du fluide et permettant de mesurer raction de facteurs parasites et ainsi de la neutraliser. 8 - Appareil selon les revendications 1,5 et 6, dont la matière constituante est choisie de même coefficient de dilatation que les éléments de mesure afin que les variations de température soient sans effet sur les mesures.