Brevet FR2944868A1 — publié le 20101029

Procédé de mesure et ça • teur de mesure • our la mise en oeuvre du • rocédé La présente invention concerne un procédé de mesure du niveau d'un produit dans un contenant, et un capteur pour la mise en oeuvre de ce procédé. Plus particulièrement elle porte sur un procédé de mesure du niveau d'un produit dans un contenant, le procédé comportant les étapes suivantes : positionnement d'un capteur ultrasonore dans la partie supérieure du contenant au-dessus du niveau maximum du produit, émission par le capteur d'une onde ultrasonore présentant une fréquence initiale déterminée, mise en mode réception du capteur, mode dans lequel le capteur est adapté à recevoir un signal, pendant une durée déterminée correspondant à une distance à mesurer. Il est connu dans l'art antérieur de mesurer le niveau d'un produit, tel qu'un liquide dans un réservoir, ou des céréales dans un silo, grâce à l'émission d'ondes ultrasonores au moyen d'un capteur ultrasonore disposé dans le contenant, en réalisant les étapes indiquées précédemment. Le capteur ultrasonore comporte une partie émettrice qui envoie un train d'ondes ultrasonore qui va se réfléchir sur l'objet à détecter, le signal réfléchi étant alors reçu par une partie réceptrice du capteur ultrasonore. Le temps que met le signal à revenir permet de calculer la distance entre le produit et le capteur ultrasonore. Toutefois, les capteurs ultrasonores présentent une � zone morte � qui correspond à la distance seuil en dessous de laquelle le capteur ne peut recevoir le signal réfléchi. Cette zone morte est due à l'inertie oscillatoire de la tête acoustique du capteur ultrason. En effet, pendant la phase d'émission, la tête acoustique est soumise à un courant électrique qui la fait osciller : c'est la phase de transformation d'une force électrique, le courant, en une force mécanique, l'onde acoustique. A la fin de la phase d'émission le capteur ne fournit plus de courant électrique à la tête acoustique et passe en mode réception : c'est la phase de transformation d'une force mécanique en une force électrique. Mais la tête acoustique continue de vibrer sur son inertie pendant 0,2 à 2ms suivant sa fréquence d'excitation et sa masse. Ce temps représente le temps durant laquelle le capteur ne peut faire de mesure car il y a superposition entre l'onde émise et le signal reçu, et ce temps correspond à une distance appelée zone morte. Le signal réfléchi étant plus faible que celui de l'onde émise, il ne peut être mesuré. La présente invention vise à pallier ces inconvénients, et propose un procédé permettant d'obtenir une plus grande portée de mesure et de réduire la zone morte du capteur. Ces résultats sont obtenus par le procédé tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que la mise en mode réception est réalisée immédiatement après l'émission d'une onde ultrasonore, le signal reçu se décomposant en au moins deux parties de signal, une première partie dans laquelle le signal est totalement saturé et une deuxième partie, et en ce que (a) la deuxième partie du signal est analysée et (b) si la deuxième partie du signal est nulle alors le capteur est commandé pour émettre une onde ultrasonore présentant une fréquence ultérieure supérieure à la fréquence initiale, les étapes (a) et (b) étant réalisées de manière récurrente jusqu'à l'obtention, dans la deuxième partie du signal, d'un écho non nul, à partir duquel le capteur calcule le niveau du produit dans le contenant, (c) si la deuxième partie du signal présente un écho d'amplitude inférieure à une valeur seuil déterminée, alors le capteur est commandé pour émettre une onde ultrasonore présentant une fréquence ultérieure inférieure à la fréquence initiale, les étapes (a) et (c) étant réalisées de manière récurrente jusqu'à l'obtention d'un écho dont l'amplitude est supérieure à la valeur seuil, écho à partir duquel le capteur calcule le niveau de produit dans le contenant, (d) si la deuxième partie du signal présente un écho d'amplitude supérieure à la valeur seuil, alors le capteur calcule le niveau du produit dans le contenant. Grâce à ces dispositions le procédé selon l'invention permet de mesurer le niveau d'un produit sur une plus grande plage de distance et de réduire la zone morte du capteur, notamment lorsque le produit présente un niveau élevé proche du capteur. Selon d'autres caractéristiques : - la fréquence initiale est déterminée par l'utilisateur ; - la valeur seuil de l'amplitude de l'écho est égale à 20% de l'amplitude du signal saturé ; - les fréquences ultérieures sont des multiples de la fréquence initiale, la fréquence initiale étant comprise entre 20 KHz et 200 KHz ; - le capteur est en mode réception pendant une durée comprise entre 0 et 10 200 ms. L'invention concerne aussi un capteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre un calculateur présentant des moyens d'analyse du signal reçu par le capteur en mode réception, et des moyens de commande adaptés à commander le 15 capteur pour émettre une onde ultrasonore d'une fréquence déterminée. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique d'un capteur selon 20 l'invention disposé dans un silo à céréales, la figure 2 représente un diagramme d'évolution de la zone morte en fonction de la fréquence des ondes émises par le capteur ; les figures 3 et 4 représentent chacune la courbe d'un signal mesuré grâce au procédé selon l'invention. 25 Le capteur de mesure 10 illustré sur la figure 1 est disposé dans un silo 12 contenant un produit 12 alimentaire pour animaux. Le capteur 10 pourrait aussi s'appliquer à la mesure d'un liquide, tel que du fuel, dans un réservoir. Le capteur 10 permet de mesurer le niveau de remplissage du produit 14 dans le contenant 12, c'est-à-dire la hauteur entre le niveau 30 supérieur du produit 14 et son niveau inférieur correspondant au fond du contenant 12. Le capteur ultrasonore 10 présente une partie d'émission d'onde ultrasonore et une partie de réception adaptée à recevoir le signal réfléchi. Le capteur 10 comporte en outre un calculateur adapté à calculer à partir du signal réfléchi le niveau du produit dans le contenant et comportant des moyens d'analyse adaptés à analyser le signal réfléchi, et des moyens de commande permettant de générer une onde ultrasonore à une fréquence déterminée. Le calculateur est directement intégré au capteur 10. La partie d'émission permet d'émettre des ondes ultrasonores 20 selon une direction perpendiculaire à la surface de la tête ultrason. A cet effet, de manière connue, le capteur ultrasonore 10 comporte un élément piézocéramique qui lorsqu'il est traversé par une tension, se déforme et crée des vibrations mécaniques. La fréquence de la tension est choisie de manière à correspondre à la fréquence de résonance de l'élément piézo-céramique, afin que le capteur 10 émette des ondes ultrasonores 20 intenses. Le capteur ultrasonore 10 comprend plusieurs fréquences de résonance pouvant être des multiples de la fréquence de résonance initial du capteur. Par exemple, si le capteur ultrasonore 10 présente une fréquence de résonance à 40kHz, il peut présenter aussi d'autres fréquences de résonance de l'ordre de 80kHz, 120kHz, 240kH par exemple. Les fréquences de résonance du capteur sont liées à sa masse et ses dimensions. Lorsque le capteur 10 émet une onde ultrasonore 20 à une fréquence de 40 kHz, il existe un délai minimum d'amortissement de l'onde 20. Ce délai minimum correspond à la distance minimum en dessous de laquelle le capteur 10 ne peut recevoir l'écho de l'onde émise et est appelée zone morte. Plus la fréquence de l'onde émise est basse, plus le temps d'amortissement sera long. Le calculateur va commander le fonctionnement du capteur 10 de manière à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Dans un premier temps le calculateur active la génération d'une tension pour que le capteur ultrasonore 10 émette une onde ultrasonore 20 à une fréquence initiale déterminée, par exemple 40kHz. Immédiatement après émission de l'onde ultrasonore, le capteur se met en mode réception pendant une durée déterminée comprise entre 0 et 200 ms. Les cycles temporels d'émission et de réception sont déterminés à l'avance, en fonction du milieu dans lequel se propage l'onde. Le signal reçu est une courbe, telle que visible sur la figure 3 ou 4 dont l'abscisse représente la distance, en mètre, du capteur à l'obstacle, et l'ordonnée représente l'amplitude sur 8 bits (résolution de 255 points). Tel que visible sur les figures 3 et 4, le signal reçu comporte deux parties. Une première partie 22 dans laquelle il est complètement saturé, et une deuxième partie 24. La première partie dans laquelle le signal est totalement saturé correspond à la propre résonance du capteur, c'est-à-dire les vibrations de l'élément piézo-céramique qui ne sont pas encore amorties. Plus la fréquence est élevée plus le temps, et par conséquence la distance, de saturation diminue. Ainsi en augmentant la fréquence du capteur, il est possible de diminuer la plage de saturation du signal. La deuxième partie peut être nulle ou présenter un écho. Le procédé selon l'invention va prendre en compte la deuxième partie du signal afin 15 d'obtenir une mesure fiable sur une plus grande étendue. A cet effet le procédé fonctionne de la manière suivante : Le capteur émet une onde ultrasonore présentant une fréquence initiale. Puis immédiatement après émission de l'onde, le capteur est mis en mode réception. On entend par � immédiatement � l'instant où le capteur finit 20 d'émettre une onde, c'est-à-dire sans délai d'attente. En mode réception, le capteur est adapté à recevoir un signal. Le capteur est mis en mode réception pendant une durée comprise entre 0 et 200 ms, qui sera déterminée par rapport au volume du contenant. Le signal reçu est analysé par des moyens d'analyse du calculateur 25 compris dans le capteur. Dans le cas où la deuxième partie du signal est nulle, cela indique que le niveau du produit est trop proche pour que celui-ci puisse le mesurer. En effet le niveau supérieur du produit est dans la zone morte du capteur. Il est alors nécessaire que le capteur soit commandé pour émettre une onde 30 ultrasonore 20 présentant une fréquence ultérieure supérieure à la fréquence initiale, par exemple 80 KHz, de sorte à diminuer la zone morte de celui-ci. Le signal reçu en retour est analysé. Si la deuxième partie du signal est toujours nulle alors le capteur émet une onde ultrasonore d'une fréquence supérieure à la fréquence de l'onde précédente, jusqu'à l'obtention, dans la deuxième partie du signal, d'un écho non nul, tel que représenté à la figure 3, à partir duquel le capteur calcule le niveau du produit dans le contenant. Comme l'indique la courbe de la figure 2, plus la fréquence de l'onde émise par le capteur 10 est élevée, plus la zone morte diminue. Grâce au procédé selon l'invention, la zone morte est réduite facilement, ce qui permet d'obtenir une mesure plus précise que celles obtenues avec les procédés de l'art antérieur. Sinon, dans le cas où la deuxième partie du signal présente un écho, non nul, de faible amplitude, par exemple inférieur à une valeur seuil représentant 20% de l'amplitude du signal saturé, cela indique que la portée de la plage de mesure du capteur n'est pas suffisante pour obtenir un écho exploitable. Le capteur est commandé pour émettre une onde ultrasonore présentant une fréquence ultérieure inférieure à la fréquence initiale. En effet plus la fréquence diminue, plus la plage de mesure du capteur augmente. Par exemple la fréquence ultérieure est de 20 KHz. Ces étapes sont réalisées de manière récurrente, jusqu'à l'obtention d'un écho dont l'amplitude est supérieure à la valeur seuil, écho à partir duquel le capteur calcule le niveau de produit dans le contenant. Sinon, dans le cas où la deuxième partie du signal présente un écho d'amplitude supérieure à la valeur seuil, tel que visible sur la figure 4, alors la capteur calcule directement le niveau du produit dans le contenant. La présente invention permet d'améliorer la portée de la mesure d'un capteur ultrasonore, de manière simple et rapide.25 Revendications1. Procédé de mesure du niveau d'un produit (14) dans un contenant (12), le procédé comportant les étapes suivantes : - positionnement d'un capteur ultrasonore (10) dans la partie supérieure du contenant (12) au-dessus du niveau maximum du produit (14), - émission par le capteur (10) d'une onde ultrasonore (20) présentant une fréquence initiale déterminée, - mise en mode réception du capteur (10), mode dans lequel le capteur est adapté à recevoir un signal, pendant une durée déterminée correspondant à une distance à mesurer, caractérisé en ce que la mise en mode réception est réalisée immédiatement après l'émission d'une onde ultrasonore (20), le signal reçu se décomposant en au moins deux parties de signal, une première partie (22) dans laquelle le signal est totalement saturé et une deuxième partie (24), et en ce que (a) la deuxième partie (24) du signal est analysée et (b) si le deuxième partie (24) du signal est nulle alors le capteur est commandé pour émettre une onde ultrasonore (20) présentant une fréquence ultérieure supérieure à la fréquence initiale, les étapes (a) et (b) étant réalisées de manière récurrente jusqu'à l'obtention, dans la deuxième partie du signal, d'un écho non nul, à partir duquel le capteur calcule le niveau du produit dans le contenant, (c) si la deuxième partie du signal présente un écho d'amplitude inférieure à une valeur seuil déterminée, alors le capteur est commandé pour émettre une onde ultrasonore présentant une fréquence ultérieure inférieure à la fréquence initiale, les étapes (a) et (c) étant réalisées de manière récurrente jusqu'à l'obtention d'un écho dont l'amplitude est supérieure à la valeur seuil, écho à partir duquel le capteur calcule le niveau de produit dans le contenant, (d) si la deuxième partie du signal présente un écho d'amplitudesupérieure à la valeur seuil, alors le capteur calcule le niveau du produit dans le contenant. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la fréquence initiale est 5 déterminée par l'utilisateur. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la valeur seuil de l'amplitude de l'écho est égale à 20% de l'amplitude du signal saturé. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les fréquences ultérieures sont des multiples de la fréquence initiale, la fréquence initiale étant comprise entre 20 KHz et 200 KHz. 15 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capteur est en mode réception pendant une durée comprise entre 0 et 200 ms. 6. Capteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des 20 revendications précédentes, comportant en outre un calculateur présentant des moyens d'analyse du signal reçu par le capteur (10) en mode réception, et des moyens de commande adaptés à commander le capteur (10) pour émettre une onde ultrasonore d'une fréquence déterminée. 10