Brevet FR2930346A1 — publié le 20091023

La présente invention concerne le domaine général des anémomètres, c'est-à-dire des dispositifs de mesure de la vitesse et de la direction du vent. Elle concerne plus particulièrement un perfectionnement aux anémomètres à ultrasons du type de ceux décrits dans le document FR-2 800 876. Le capteur à ultrasons tel que décrit dans le document FR-2 800 876 comprend deux corps cylindriques superposés, chacun en forme de boîtier, reliés par une pluralité de colonnes � entretoises � pour définir entre eux un espace de mesure. Le corps supérieur intègre quatre transducteurs électro-acoustiques dont la face inférieure est orientée en direction de la face supérieure du corps inférieur qui forme réflecteur d'ondes. Les transducteurs sont régulièrement répartis sur un cercle centré sur l'axe vertical du montage ; ils communiquent deux à deux par signaux ultrasons pour déterminer, suivant des axes orthogonaux, les différences de temps de transit des ondes, induites par le flux de l'air. Les mesures sont composées dans un calculateur embarqué qui établit le module du vent passant par l'espace de mesure et sa direction par rapport à un axe de référence. Dans l'anémomètre du document FR-2 800 876, les chemins de communication orthogonaux des couples de transducteurs se croisent sur l'axe vertical du montage. Cependant, même si elles sont de dimensions réduites, les entretoises de liaison qui s'étendent dans l'espace de mesure provoquent des distorsions de mesures délicates à compenser du fait de la non-linéarité des turbulences en fonction de la vitesse du vent et de leur dépendance, de la température, de la pression atmosphérique, du taux d'humidité ... La présente invention a pour but de réduire cet inconvénient. Pour cela, dans l'anémomètre à ultrasons conforme à l'invention (du type de celui décrit dans le document FR-2 800 876), les moyens de liaison des corps supérieur et inférieur consistent en une colonne cylindrique unique centrée sur l'axe vertical du montage, et chaque transducteur est agencé et configuré pour communiquer latéralement avec les deux transducteurs contigus qui l'encadrent. Ainsi, les mesures des différences de temps de transfert s'effectuent selon quatre chemins orthogonaux deux à deux, fournissant deux paires de vecteurs de même direction. Selon le logiciel associé, dans chaque paire de vecteurs de même direction, il est retenu le vecteur de plus grande valeur absolue pour définir la vitesse et la direction de l'air, les deux vecteurs orthogonaux sélectionnés étant ceux établis suivant les chemins placés au vent de la colonne centrale du montage, et donc ceux qui sont les moins perturbés. Les contrôles de validité des informations calculées s'en trouvent renforcés. Selon une forme de réalisation préférée, la face supérieure du corps inférieur, faisant office de réflecteur d'ondes, a une forme conique � convexe �, dont la pointe orientée vers le haut est centrée sur l'axe vertical du montage. La pente correspondante du réflecteur (de préférence de l'ordre de 10 % par rapport à l'horizontale) favorise l'évacuation des dépôts d'humidité par petit vent. Dans ce cadre, la face active des transducteurs est avantageusement inclinée par rapport à l'horizontale, de manière à s'étendre parallèlement ou sensiblement parallèlement à la surface en regard du réflecteur, ceci pour favoriser la réflexion des ondes. Selon une forme de réalisation préférée, l'électronique embarquée associée aux transducteurs est intégrée dans le corps supérieur (qui forme boîtier) ; d'autre part, le corps inférieur est fixé à l'extrémité d'un bras support tubulaire ; en outre, le câble pour l'alimentation de l'électronique embarquée et pour le transfert des données passe par la colonne centrale tubulaire reliant les corps supérieur et inférieur de l'anémomètre et par ledit bras support tubulaire. L'invention sera encore illustrée, sans être aucunement liirnitée, par la description suivante d'une forme de réalisation particulière, donnée uniquernent à titre d'exemple et représentée sur les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, de côté, qui montre l'anémomètre conforme à l'invention monté à l'extrémité de son bras support ; - la figure 2 est une vue agrandie de l'anémomètre illustré sur la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique en plan qui illustre le positionnement des transducteurs par rapport à la colonne centrale et leurs différents chemins de communication entre eux. Le capteur de vent 1 (anémomètre) illustré sur les figures 1 à 3 comprend un corps supérieur cylindrique 2 et un corps inférieur cylindrique 3 qui ont le même diamètre, qui sont centrés sur le même axe vertical X, et qui sont reliés entre eux par une colonne cylindrique centrale 4. La colonne centrale 4, également centrée sur l'axe vertical X, fait office d'entretoise et elle maintien séparés les deux corps supérieur 2 et inférieur 3 de sorte à ménager un espace de mesure E entre la face inférieure 2' du corps supérieur 2 et la face supérieure 3' du corps inférieur 3, situées en vis-à-vis. Le corps supérieur 2 est en forme de boîtier, il intègre quatre transdlucteurs électro-acoustiques 5, identiques, ménagés dans le même plan horizontal P et régulièrement répartis sur un cercle C centré sur l'axe vertical X (figure 3). Les faces émettrices/réceptrices 5' des transducteurs 5 sont orientées en direction de la face supérieure 3' du corps inférieur 3, qui constitue un réflecteur d'ondes. Comme on le remarque sur les figures 1 et 2, cette face réflectrice d'ondes 3' a une forme conique � convexe � dont la pointe orientée vers le haut est centrée sur l'axe X. La pente de ce réflecteur d'ondes conique 3' est avantageusement de l'ordre de 10 % par rapport à l'horizontale ; cette pente permet d'assurer l'évacuation des dépôts d'humidité, même en cas de vent faible. D'autre part, pour favoriser la réception des ondes, l'axe de chaque transducteur 5 est orienté perpendiculairement à la surface du cône réflecteur 3', c'est-à-dire incliné de 10 0/0 environ par rapport à l'axe vertical X. Ainsi, les faces émettrices/réceptrices 5' des transducteurs 5 s'étendent parallèlement ou sensiblement parallèlement à ia face réflectrice 3' en regard. Les transducteurs 5 sont reliés à des moyens électroniques/informatiques 6 logés dans le boîtier supérieur 2. Sur la figure 1, on remarque que le corps inférieur 3 de l'anémomètre (définissant principalement la face réflectrice 3') est fixé à l'extrémité d'un bras support 7 par l'intermédiaire d'un socle 8. Un câble électrique 9 assure l'alimentation de l'électronique embarquée 6 et le transfert des données. Ce câble 9 passe avantageusement au sein de la colonne centrale 4 et du bras support 7, qui ont tous deux une forme générale tubulaire. L'anémomètre 1 possède une symétrie de révolution par rapport à son axe central vertical X ; il présente une forme générale cylindrique dont la hauteur h est de l'ordre de 40 à 50 mm, et dont le diamètre d est de l'ordre de 60 à 70 mim. La colonne centrale 4 peut avoir une hauteur de 10 à 15 mm et un diamètre de l'ordre de 10 mm. La géométrie du dispositif et les moyens électroniques/informatiques embarqués sont conçus pour faire communiquer entre eux les transducteurs 5 contigus répartis sur le cercle C, du fait en particulier de la largeur des lobes de rayonnement des composants utilisés. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, chaque transducteur 5 communique avec les deux transducteurs 5 latéraux qui l'encadrent, ceci selon deux chemins orthogonaux. D'une manière générale, les mesures des différences de temps de transfert s'effectuent donc selon quatre chemins 10, 11, 12 et 13 orthogonaux deux à deux, fournissant deux paires de vecteurs de même direction 10-12 et 11-13, et procurent des moyens surabondants pour définir la vitesse et la direction du flux d'air. Dans chaque paire de vecteurs de même direction, le logiciel de gestion retient le vecteur de plus grande valeur absolue ; les deux vecteurs orthogonaux sélectionnés sont ceux utilisés pour les calculs de la vitesse et de la direction du flux d'air passant dans l'espace de mesure E. Ces deux vecteurs orthogonaux sélectionnés sont ceux établis suivant les chemins placés au vent de front de la colonne centrale 4, et donc ceux qui sont exempts de perturbations importantes. Par exemple, sur la figure 3, du fait de la direction du vent (repérée 14), les deux vecteurs sélectionnés correspondent à ceux des chemins orthogonaux 10 et 11 (non perturbés par la colonne 4 située en aval par rapport au flux d'air). Cette structure particulière d'anémomètre permet de limiter les perturbations du flux d'air traversant l'espace de mesure E (du fait de la présence d'une colonne centrale unique de liaison) ; d'autre part, la configuration particulière des quatre transducteurs, répartis autour de la colonne centrale 4 et communiquant deux à deux latéralement, offre un choix de sélections des vecteurs orthogonaux les moins perturbés, à utiliser pour réaliser les mesures recherchées. Les contrôles de validité des informations calculées s'en trouvent renforcés. Une fois les deux vecteurs orthogonaux sélectionnés, le principe de fonctionnement de l'anémomètre 1, et en particulier le principe utilisé pour effectuer les mesures de vitesse et de direction du flux d'air, correspond à celui décrit dans le document FR-2 800 876. Etant donné la structure de l'anémomètre conforme à l'invention, on notera que la colonne centrale 4 peut être de taille conséquente pour assurer la solidité de montage des corps supérieur et inférieur, cela sans influencer (ou sans trop influencer) les perforrnances. Cette structure d'anémomètre procure d'excellents résultats en 'termes de sensibilité, de dynamique et de linéarité des mesures. REVENDICATIONS- 1.- Anémomètre à ultrasons comprenant un corps supérieur de forme générale cylindrique et un corps inférieur (3) également de forme générale cylindrique, tous deux centrés sur le même axe vertical (X), la face inférieure (2') dudit corps supérieur (2) étant espacée de la face supérieure (3') dudit corps inférieur (3) par des moyens de liaison (4), pour définir entre eux un espace de mesure (E), ledit corps supérieur (2) intégrant quatre transducteurs électro-acoustiques (5), régulièrement répartis dans un même plan horizontal (P), sur un cercle (C) centré sur ledit axe vertical (X), dont la face émettrice/réceptrice (5') est orientée en direction de ladite face supérieure (3') dudit corps inférieur (3), faisant office de réflecteur d'ondes, lesquels transducteurs (5) communiquent entre eux par paires et sont associés à des moyens électroniques/informatiques (6), pour mesurer la circulation du flux d'air passant dans ledit espace de mesure (E), caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison entre les corps supérieur (2) et inférieur (3) consistent en une unique colonne cylindrique (4) centrée sur l'axe vertical (X), et en ce que chaque transducteur (5) est agencé et configuré pour communiquer latéralement avec les deux transducteurs (5) contigus qui l'encadrent. 2.- Anémomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face supérieure (3') du corps inférieur (3), faisant office de réflecteur d'ondes, a une forme conique � convexe �, dont la pointe orientée vers le haut est centrée sur l'axe vertical (X). 3.- Anémomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pente du réflecteur conique (3') est de l'ordre de 10 % par rapport à l'horizontale. 4.- Anémomètre selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la face active (5') des transducteurs (5) est inclinée par rapport à l'horizontale, de manière à s'étendre parallèlement ou sensiblement parallèlement à la surface en regard du réflecteur (3'). 5.- Anémomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'électronique embarquée (6) associée aux transducteurs (5) est intégrée dans le corps supérieur (2), en ce que le corps inférieur (3) est fixé à l'extrémité d'un bras support tubulaire (7) et en ce que le câble (9) d'alimentation de ladite électronique embarquée (6) et de transfert de données passe par ladite colonne centrale (4) tubulaire et par ledit bras support tubulaire (7). 6.- Procédé de gestion d'un anémomètre à ultrasons selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiiste, par les moyens électroniques/informatiques (6) associés aux quatre transducteurs (5) : - à comparer les paires de vecteurs de même direction fournis par lesdits transducteurs (5), et- à retenir les vecteurs orthogonaux de plus grande valeur absolue pour effectuer la mesure de la vitesse et de la direction du vent.