Brevet FR2770300A1 — publié le 19990430

Description Domaine technique de l'invention Instrument de mesure. Etat de la technique antérieure L'invention concerne un instrument permettant la mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide et du flux de particules solides ou liquides en mouvement dans un fluide ou le vide. Ce problème se pose par exemple dans l'industrie pour le contrôle des processus, ou encore dans le domaine des dangers naturels. Notamment, dans ce domaine, la connaissance des quantités de neige transportées localement par le vent est une information capitale pour l'étude, la prévention et la prévision des risques d'avalanches. Aucune solution technique ne permet de connaître automatiquement et en continu la quantité de neige transportée par le vent sur un site montagneux: les dispositifs à piège nécessitent des interventions de comptage manuel de la quantité de particules de neige captée, . les systèmes automatiques existants ne permettent qu'une mesure tout-ou-rien de la présence de particules solides dans l'air, les systèmes optiques sont souvent perturbés par les propriétés optiques de la neige ou la formation de givre ou de glace sur les composants ; les caractéristiques des systèmes électromagnétiques ne permettent pas d'envisager leur généralisation sur un site. L'instrument selon l'invention est typiquement destiné a être placé dans un écoulement de fluide tel que le vent, chargé ou non de particules solides ou liquides telles que la neige, la pluie ou le sable. Sa fonction est de délivrer automatiquement et en continu une information, par exemple sous la forme d'un signal électrique, sur la vitesse du fluide par rapport à l'instrument et sur le flux de particules solides ou liquides en interaction avec l'instrument. Exposé de l'invention L'invention est un instrument mécano-acoustique pour mesurer automatiquement et en continu la vitesse d'écoulement d'un fluide et le flux des particules solides ou liquides éventuellement en mouvement dans ce fluide ou dans le vide. L'invention est composée d'une partie mécanique telle qu'une paroi sphéroïde ou parallélépipèdique ou d'une autre forme, d'une partie électroacoustique ou opto-acoustique et d'une partie électrique. La partie mécanique est un élément de type tube métallique ou en matière plastique ou d'un autre matériau, de section cylindrique, rectangulaire ou d'une autre section, formant une ou plusieurs cavités. La paroi peut comporter une partie déformable sous la forme d'une membrane fine ou épaisse, métallique, en matière plastique ou d'un autre matériau. La partie électroacoustique se compose d'un gaz qui occupe la ou les cavité(s) de la partie mécanique et d'au moins un transducteur de pression acoustique disposé en un endroit précis d'une cavité, situé selon la forme de celleci soit en affleurement de paroi soit en un autre point dans la cavité. La partie électrique est un circuit éventuellement protégé par un boîtier, I'entrée du circuit est connectée au(x) transducteur(s) de pression acoustique dans la (les) cavité(s), et la sortie comporte une prise, un câble, une antenne ou tout autre moyen de branchement ou de transmission d'information. Les vibrations induites sur la partie mécanique soit par les chocs de particules solides ou liquides en mouvement soit par le frottement d'un fluide font varier la pression acoustique du gaz contenu dans la (les) cavité(s). Le(s) transducteur(s) électroacoustique(s) ou opto-acoustique(s) transforme(nt) ces variations de pression acoustique en signaux électriques ou optiques. Ces signaux sont amplifiés et filtrés par la partie électrique dans au moins deux bandes de fréquences distinctes, I'une typiquement inférieure à 1000 Hz et l'autre typiquement supérieure à 1000 Hz. Dans ces bandes de fréquences, la tension ou le courant électrique sont liés - par une expression mathématique qui dépend de la forme de la (des) cavité(s) et du (des) fluide(s) dans la (les) cavité(s) - à respectivement la vitesse du fluide par rapport au dispositif, et au flux de particules solides ou liquides heurtant le dispositif. Les caractéristiques techniques propres à l'invention sont une partie mécanique formant des parois délimitant une ou plusieurs cavités comportant un gaz et au moins un transducteur électroacoustique ou opto-acoustique ; le positionnement en un (des) endroits précis du (des) transducteurs(s) dans la (les) cavité(s) , le filtrage électrique dans des bandes de fréquences distinctes des signaux électriques délivrés par le (les) transducteur(s). Ce dispositif permet - par transduction mécano-électroacoustique de l'énergie des chocs des particules solides ou liquides et de la pression de frottement du fluide contre les parois du dispositif - d'obtenir deux informations indépendantes : la vitesse du fluide par rapport au dispositif avec lequel il est en contact, le flux de particules solides ou liquides heurtant le dispositif. Exposé d'un mode de réalisation Un mode de réalisation (cf. Figure 1) de la partie mécanique est un tube (1) en aluminium de longueur 1 m, de diamètre intérieur 30 mm, d'épaisseur 1 mm. Un microphone (2) de petit diamètre (typiquement 4 mm), à bande passante 100 Hz -18'000 Hz, et à mode d'action en pression, est positionné à la base du tube rempli d'air (3) par une bague de maintien (4) en aluminium ou d'une autre matière de manière à ce que son axe se trouve à 3 mm de la paroi intérieure du tube métallique. La bague de maintien est emmanchée dans le tube et fixe le microphone de telle sorte que l'étanchéité acoustique soit très bonne à cette extrémité du tube. A l'autre extrémité du tube, un bouchon obturateur (5) étanche, en aluminium ou d'une autre matière, est également emmanché. Le câble (6) du microphone est relié à un circuit électronique (7) contenu dans un boîtier de protection (8). Le circuit électronique amplifie et filtre le signal électrique, dans deux bandes de fréquences: la première centrée à 200 Hz, la seconde à 14 kHz. Le boîtier comporte en sortie une prise (9) délivrant les tensions électriques efficaces dans ces deux bandes de fréquences. La première fournit l'information correspondant à la vitesse du fluide dans lequel se trouve le dispositif, la seconde fournit l'information correspondant au flux de particules solides ou liquides heurtant le tube. Applications potentielles Le dispositif selon l'invention s'applique a toute mesure de vitesse de fluide ou de flux de particules solides ou liquides. II s'applique notamment - à la mesure des flux de neige ou de sable transportés par le vent - à la mesure des flux de copeaux, paillettes ou autres particules solides ou liquides dans les conduits industriels ou autres transports de particules tels que par exemple ceux par gravité dans les silos - dans le domaine des transports aériens ou terrestres à la détection de la présence de particules solides ou liquides dans l'air telles que des précipitations de grêle, de pluie ou de neige. Revendications 1) Dispositif de mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide, caractérisé en ce que le dispositif détermine la vitesse par filtrage mécano-acoustique de l'énergie produite par le frottement du fluide contre les parois d'une cavité fermée contenant un gaz et dans laquelle est mesurée une pression acoustique. 2) Dispositif de mesure quantitative du flux de particules solides ou liquides en mouvement dans un fluide ou dans le vide, caractérisé en ce que le dispositif détermine le flux des particules par filtrage mécano-acoustique de l'énergie produite par les chocs des particules contre les parois d'une cavité fermée contenant un gaz et dans laquelle est mesurée une pression acoustique. 3) Dispositif de mesure simultanée de la vitesse d'un fluide et du flux de particules solides ou liquides dans ledit fluide, caractérisé en ce que le dispositif détermine la vitesse par filtrage mécano acoustique de l'énergie produite par le frottement du fluide contre les parois d'une cavité fermée contenant un gaz et le flux des particules par filtrage mécano-acoustique de l'énergie produite par les chocs des particules contre les parois de ladite cavité, dans laquelle est mesurée une pression acoustique. 4) Dispositif de mesure simultanée de la vitesse d'un fluide et du flux de particules solides ou liquides dans ledit fluide selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pression acoustique est mesurée au moyen d'un transducteur électroacoustique dont la sortie est filtrée dans deux bandes de fréquences distinctes, une première bande pour déterminer la vitesse du fluide et une deuxième bande pour déterminer le flux. 5) Dispositif selon l'une des revendications 14, caractérisé en ce que la pression acoustique est mesurée à l'aide d'un transducteur électroacoustique positionné en affleurement d'une paroi à l'intérieur de la cavité. 6) Dispositif selon l'une des revendications 1-5 caractérisé en ce que la cavité est un tube de section cylindrique, carré ou rectangulaire. 7) Dispositif selon l'une des revendications 1-5, caractérisé en ce que la forme de la paroi est sphéroïde, parallélépipédique ou conique. 8) Dispositif selon l'une des revendications 1-7, caractérisé en ce que la cavité est compartimentée. 9) Dispositif selon l'une des revendications 1-8, caractérisé en ce que la paroi est métallique ou en matière plastique. 10) Dispositif selon l'une des revendications 1-9 caractérisé en ce qu'une (ou plusieurs) partie(s) de la paroi est (sont) constituée(s) d'une membrane de la même matière que la paroi ou d'un autre matériau.