Brevet FR3107764A1 — publié le 20210903

Système (1) de mesure d’un paramètre d’un fluide à partir d’une onde acoustique, comprenant un premier capteur acoustique (10) destiné à détecter une onde acoustique réfléchie par un autre système (2) dont la fonction principale n’est pas de réfléchir une onde acoustique, l’autre système (2) étant pourvu d’une surface réfléchissante concave telle qu’une onde acoustique réfléchie par la surface réfléchissante concave est dirigée vers le premier capteur acoustique (10). Figure pour l’abrégé: Figure 1 Système de mesure d’un paramètre d’un fluide L’invention concerne un système de mesure d’un paramètre d’un fluide tel que le niveau, la qualité et/ou la concentration. Plus particulièrement, l’invention concerne un système de mesure d’un paramètre d’un fluide contenu dans un réservoir de fluide. L’invention concerne également un réservoir de fluide pour matériel fixe ou mobile (véhicule sur route, fer, mer, air, espace), notamment, pour véhicule automobile. Le fluide dont il est question est, par exemple, et non limitativement, du carburant tel que de l’essence ou du gazole pour un moteur thermique, une solution aqueuse d’urée tel que de l’AdBlue® pour la dépollution de gaz d’échappement d’un moteur thermique, de l’eau déminéralisé pour l’injection d’eau dans le circuit d’admission d’air d’un moteur thermique, un additif pour du carburant d’un moteur thermique, un combustible pour une pile à combustible, un produit nettoyant pour nettoyer des capteurs tels que des LIDARs et des RADARs. La Demanderesse a proposé dans sa demande de brevet FR3069495A1, un réservoir de fluide pour véhicule automobile comportant un corps agencé pour recevoir un fluide et un système de mesure d’un paramètre du fluide dans le réservoir à partir d’une onde acoustique dans lequel le système de mesure comprend au moins un capteur acoustique et un élément de réflexion acoustique formé par une partie du corps du réservoir. A la suite de travaux de recherche, la Demanderesse a constaté que, d’une part, l’onde acoustique était davantage déviée par le corps du réservoir que réfléchie vers le capteur acoustique et que, d’autre part, pour les parties du corps du réservoir capable de réfléchir l’onde acoustique vers le capteur acoustique, la réflectivité acoustique était trop faible pour permettre une mesure fiable et précise d’un paramètre du fluide. L’invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un système de mesure garantissant un meilleur niveau de fiabilité et une plus grande précision de la mesure d’un paramètre d’un fluide quand l’onde acoustique n’est pas réfléchie par un système dont la fonction principale est de réfléchir une onde acoustique. A cet effet, l’invention a pour objet un système de mesure d’un paramètre d’un fluide à partir d’une onde acoustique, comprenant un premier capteur acoustique destiné à détecter une onde acoustique réfléchie par un autre système dont la fonction principale n’est pas de réfléchir une onde acoustique, l’autre système étant pourvu d’une surface réfléchissante concave telle qu’une onde acoustique réfléchie par la surface réfléchissante concave est dirigée vers le premier capteur acoustique. Avantageusement selon l’invention, la forme concave de la surface réfléchissante permet d’agir comme un guide d’onde acoustique qui assure une fonction d’orientation et de concentration de l’onde réfléchie. Grâce à cette disposition, l’onde acoustique détectée par le premier capteur acoustique est de meilleure qualité permettant, ainsi, de réaliser une mesure d’un paramètre du fluide plus fiable et plus précise. Selon des caractéristiques additionnelles du système selon l’invention: - la surface réfléchissante concave est tournée vers le premier capteur acoustique. Ceci permet de raccourcir le chemin de propagation de l’onde acoustique réfléchie. - la surface réfléchissante concave est une surface intérieure d’un cylindre circulaire d’axe AA’ et de rayon R. Ceci permet de mieux orienter et concentrer les ondes réfléchies. - le premier capteur acoustique comprend un détecteur acoustique d’axe de référence BB’ situé à une distance fixe d de la surface réfléchissante concave telle que d≥0,20·R, de préférence, d≥0,25·R, et où d est mesurée sur l’axe de référence BB’ entre la face sensible du détecteur acoustique et le point d’intersection de l’axe BB’ avec la surface réfléchissante concave. En effet, la Demanderesse a découvert que pour une distance d inférieure à 0,2·R, la face sensible du détecteur acoustique est trop proche de la surface réfléchissante concave pour bénéficier pleinement des avantages de la courbure de la surface réfléchissante concave. En effet, quand d - la surface réfléchissante concave est une surface intérieure d’une parabole d’axe focal BB’ et de distance focale d. Ceci permet de focaliser les ondes réfléchies en un point ou une ligne. - le système comprend en outre un deuxième capteur acoustique destiné à détecter une autre onde acoustique réfléchie par une surface de séparation du fluide avec un autre fluide, tel que le deuxième capteur acoustique comprend un détecteur acoustique d’axe de référence CC’ tel que l’angle α entre l’axe BB’ et l’axe CC’ est compris entre 45° et 135°, de préférence l’angle α est égal à 90°. Grâce à cette disposition, on évite que le chemin de propagation de l’onde acoustique réfléchie par l’autre système et le chemin de propagation de l’onde acoustique réfléchie par la surface de séparation du fluide avec l’autre fluide se superposent. Ceci permet d’effectuer des mesures simultanées avec les deux capteurs acoustiques sans créer d’interférence. Par exemple, une mesure de la vitesse de propagation de l’onde acoustique dans le fluide avec le premier capteur acoustique et une mesure de la hauteur du fluide avec le deuxième capteur acoustique. En effet, dans le cas d’un fluide contenu dans un réservoir de fluide, l’autre fluide est un gaz, typiquement de l’air, de sorte que la hauteur du fluide permet de déduire le niveau de remplissage du réservoir et le volume restant de fluide. - le deuxième capteur acoustique travaille à une fréquence différente du premier capteur acoustique. Ceci permet d’éviter des effet parasites comme, par exemple, le phénomène de diaphonie («cross-talk» en langue anglaise). - le premier et/ou le deuxième capteur est un récepteur acoustique, par exemple, un transducteur à ultrasons apte à recevoir une onde ultrasonique. Ceci permet de travailler à une fréquence acoustique insensible aux vibrations et aux sons parasites. - le premier et/ou le deuxième capteur est un émetteur/récepteur acoustique, par exemple, un transducteur à ultrasons apte à émettre et recevoir une onde ultrasonique. Ceci permet de réunir les fonctions de réception et d’émission d’onde acoustique dans un composant unique tout en travaillant à une fréquence acoustique insensible aux vibrations et aux sons parasites. - le système comprend en outre un capteur de température et/ou un capteur de qualité. Un capteur de qualité est un capteur apte à mesurer un paramètre physico-chimique caractérisant le fluide, par exemple, le niveau de pureté du fluide, sa phase (liquide, solide ou gazeux), sa concentration en ions s’agissant de l’eau, ou sa concentration en urée s’agissant d’une solution aqueuse d’urée. Le capteur de qualité est, par exemple, un capteur de conductivité électrique, un capteur de résistivité électrique, un détecteur capacitif, un capteur de dureté, un capteur de densité, un capteur de turbidité ou une sonde pH. Ceci permet de fournir plus d’information sur la nature et l’état du fluide. - le système comprend en outre un module électronique pour recevoir et traiter des données du ou des capteurs et les communiquer à une unité de contrôle électronique, par exemple, une unité de contrôle électronique d’un véhicule. - le système comprend en outre un boîtier destiné à loger le ou les capteur(s). Ceci permet de fournir un système de mesure complet sous forme d’un composant unique prêt à l’emploi. L’invention a aussi pour objet un réservoir de fluide pour matériel fixe ou mobile, notamment, pour véhicule automobile, comportant un corps creux agencé pour contenir le fluide et le système précité. Selon des caractéristiques additionnelles du réservoir selon l’invention: - le corps creux est agencé pour contenir l’autre fluide et l’autre système. Ceci permet d’utiliser le système de mesure dans un environnement préexistant, un environnement qui n’a pas besoin d’être adapté ou modifié pour bénéficier des avantages de l’invention. - l’autre système est un composant du réservoir choisi parmi un module d’alimentation en fluide, un pot stabilisateur («swirl pot» en langue anglaise), un dispositif de chauffage et son support, une pompe et son support, un filtre et son support. Ceci permet d’utiliser le système de mesure dans n’importe quel type de réservoir comprenant un composant interne. - une partie du corps creux constitue l’autre système. Ceci permet d’utiliser le système de mesure indépendamment de la présence ou non d’un composant du réservoir dans le corps creux. - l’autre système comprend une structure métallique sur laquelle est réfléchie l’onde acoustique. Ceci permet d’augmenter la réflectivité acoustique de l’autre système. L’invention a enfin pour objet un véhicule automobile comportant le réservoir précité. Plus précisément, le réservoir peut être, par exemple, un réservoir de carburant pour un moteur thermique, un réservoir d’une solution aqueuse d’urée pour la dépollution de gaz d’échappement d’un moteur thermique, un réservoir d’eau déminéralisé pour l’injection d’eau dans le circuit d’admission d’air d’un moteur thermique, un réservoir d’additif pour du carburant d’un moteur thermique, un réservoir de combustible pour une pile à combustible ou un réservoir de produit nettoyant pour nettoyer des capteurs tels que des LIDARs et des RADARs. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective écorchée d’une partie d’un réservoir de fluide comportant un système de mesure selon l’invention, la figure 2 est une vue de haut schématique d’un détail du réservoir de fluide illustré à la figure 1, la figure 3 est une vue schématique montrant un système de mesure selon l’invention comprenant deux capteurs acoustiques. Description détaillée Les figures 1 et 2 illustrent un système 1 de mesure d’un paramètre d’un fluide (non représenté) à partir d’une onde acoustique, comprenant un premier capteur acoustique 10 destiné à détecter une onde acoustique réfléchie par un autre système 2 dont la fonction principale n’est pas de réfléchir une onde acoustique. L’autre système 2 est pourvu d’une surface réfléchissante concave telle qu’une onde acoustique réfléchie par la surface réfléchissante concave est dirigée vers le premier capteur acoustique 10. Avantageusement, la surface réfléchissante concave est tournée vers le premier capteur acoustique 10. La surface réfléchissante concave est une surface intérieure 3 d’un cylindre circulaire 4 d’axe AA’ et de rayon R. Dans cet exemple, le cylindre circulaire 4 fait partie d’un pot stabilisateur 7 d’un réservoir 5 de fluide, par exemple, un réservoir d’une solution aqueuse d’urée ou d’eau. Le réservoir 5 de fluide est un réservoir pour matériel fixe ou mobile, notamment, pour véhicule automobile (non représenté). Le réservoir 5 comporte un corps creux 6 agencé pour contenir le fluide, le système 1 et l’autre système 2. Par cette disposition, le système 1 baigne dans le fluide et le paramètre mesurée est la vitesse de propagation de l’onde acoustique dans le fluide. L’autre système 2 est un composant du réservoir choisi parmi un module d’alimentation en fluide (non représenté), le pot stabilisateur 7, un dispositif de chauffage et son support (non représenté), une pompe et son support (non représenté), un filtre et son support (non représenté). Le corps creux est agencé pour contenir le module d’alimentation en fluide, le pot stabilisateur 7, le dispositif de chauffage et son support, la pompe et son support, le filtre et son support. Alternativement, une partie du corps creux 6 constitue l’autre système 2. Avantageusement, l’autre système 2 comprend une structure métallique (non représentée) sur laquelle est réfléchie l’onde acoustique. Le premier capteur acoustique 10 comprend un détecteur acoustique 15 d’axe de référence BB’ situé à une distance fixe d de la surface réfléchissante concave telle que d≥0,20·R, de préférence, d≥0,25·R, et où d est mesurée sur l’axe de référence BB’ entre la face sensible 11 du détecteur acoustique 15 et le point d’intersection de l’axe BB’ avec la surface réfléchissante concave. La face sensible 11 du détecteur acoustique 15 est la surface où est reçu l’onde acoustique. L’axe de référence BB’ est l’axe perpendiculaire à la face sensible 11 passant par son centre. Le système 1 est pourvu d’un deuxième capteur acoustique 20 destiné à détecter une autre onde acoustique réfléchie par une surface de séparation du fluide avec un autre fluide (non représentée). Le deuxième capteur acoustique 20 comprend un détecteur acoustique 25 d’axe de référence CC’ tel que l’angle α entre l’axe BB’ et l’axe CC’ est compris entre 45° et 135°, de préférence l’angle α est égal à 90° (voir aussi figure 3). Le corps creux 6 est agencé pour contenir également l’autre fluide. L’autre fluide est un gaz, typiquement de l’air. Par cette disposition, le paramètre mesurée est le niveau de remplissage du réservoir de fluide. Le système 1 comprend en outre un capteur de température 30 et/ou un capteur de qualité 40. Par cette disposition, d’autres paramètres du fluide sont mesurés. Avantageusement, le système 1 comprend un boîtier (non représenté) destiné à loger le ou les capteur(s) 10, 20, 30, 40. La figure 3 illustre l’orientation mutuelle du premier 10 et deuxième 20 capteur acoustique. Dans cet exemple, l’angle α entre l’axe BB’ et l’axe CC’ est égal à 90°. La face sensible 21 du détecteur acoustique 25 est la surface où est reçu l’autre onde acoustique. L’axe de référence CC’ est l’axe perpendiculaire à la face sensible 21 passant par son centre. Le deuxième capteur acoustique 20 travaille à une fréquence différente du premier capteur acoustique 10. La fréquence acoustique du premier capteur 10 est illustré par la courbe 12 et la fréquence acoustique du deuxième capteur 20 est illustré par la courbe 22. Avantageusement, le premier capteur 10 et/ou le deuxième capteur 20 est un émetteur/récepteur acoustique, par exemple, un transducteur à ultrasons apte à émettre et recevoir des ondes ultrasoniques. Dans une alternative (non représentée), le premier capteur 10 et/ou le deuxième capteur 20 est un récepteur acoustique, par exemple, un transducteur à ultrasons apte à recevoir des ondes ultrasoniques. Dans cette alternative, l’onde acoustique réfléchie est générée par une autre source d’ondes ultrasoniques (non représentée). Le système 1 comprend en outre un module électronique 8, par exemple, un microcontrôleur, pour recevoir et traiter des données du ou des capteur(s) 10, 20, 30, 40 et les communiquer à une unité de contrôle électronique (non représentée) du véhicule. Avantageusement, le boîtier destiné à loger le ou les capteur(s) 10, 20, 30, 40 loge aussi le module électronique 8. Le module électronique 8 utilise la température détectée par le capteur de température 30 pour calculer la vitesse de propagation de l’onde acoustique traversant le fluide en fonction de la température. Dans l’exemple où le premier capteur acoustique 10 est un émetteur/récepteur acoustique, le module électronique 8 génère un premier signal de commande du premier capteur acoustique 10. En réponse, le premier capteur acoustique 10 génère et transmet une onde acoustique vers l’autre système 2 et reçoit un écho de l’onde acoustique réfléchie par l’autre système 2. Le module électronique 8 détermine le temps écoulé entre la transmission de l’onde acoustique et la réception de l’écho par le premier capteur acoustique 10. L’autre système 2 étant situé à une distance fixe du premier capteur acoustique 10, le module électronique 8 est capable de déterminer la concentration et la présence ou non de contaminant dans le fluide en fonction du temps écoulé et de la température détectée du fluide. Dans une configuration où le système 1 comprend au moins le premier capteur acoustique 10, le deuxième capteur acoustique 20 et le module électronique 8, le système 1 peut être monté sur le réservoir 5 de fluide, en particulier, dans le corps creux 6, sans tenir compte de l’orientation spatiale du système 1. En effet, selon que le système 1 est monté sur le fond du réservoir, sur une paroi latérale du réservoir ou sur le haut du réservoir, le module électronique 8 est capable de déterminer lequel des deux capteurs acoustiques 10, 20 est apte à mesurer la hauteur du fluide et lequel des deux capteurs acoustiques 10, 20 est apte à mesurer la vitesse de propagation de l’onde acoustique dans le fluide. Ceci permet plus de liberté de montage du système 1 sur le réservoir 5 de fluide. Liste de références 1: système de mesure d’un paramètre d’un fluide à partir d’une onde acoustique, 2: autre système dont la fonction principale n’est pas de réfléchir une onde acoustique, 3: surface intérieure du cylindre circulaire, 4: cylindre circulaire, 5: réservoir de fluide, 6: corps creux, 7: pot stabilisateur, 8: module électronique, 10: premier capteur acoustique, 11: face sensible du détecteur acoustique du premier capteur acoustique, 12: courbe de la fréquence acoustique du premier capteur acoustique, 15: détecteur acoustique du premier capteur acoustique, 20: deuxième capteur acoustique, 21: face sensible du détecteur acoustique du deuxième capteur acoustique, 22: courbe de la fréquence acoustique du deuxième capteur acoustique, 25: détecteur acoustique du deuxième capteur acoustique, 30: capteur de température, 40: capteur de qualité. Système (1) de mesure d’un paramètre d’un fluide à partir d’une onde acoustique, comprenant un premier capteur acoustique (10) destiné à détecter une onde acoustique réfléchie par un autre système (2) dont la fonction principale n’est pas de réfléchir une onde acoustique, l’autre système (2) étant pourvu d’une surface réfléchissante concave telle qu’une onde acoustique réfléchie par la surface réfléchissante concave est dirigée vers le premier capteur acoustique (10). Système selon la revendication 1, dans lequel la surface réfléchissante concave est une surface intérieure (3) d’un cylindre circulaire (4) d’axe AA’ et de rayon R. Système selon la revendication 2, dans lequel le premier capteur acoustique (10) comprend un détecteur acoustique (15) d’axe de référence BB’ situé à une distance fixe d de la surface réfléchissante concave telle que d≥0,20·R, de préférence, d≥0,25·R, et où d est mesurée sur l’axe de référence BB’ entre la face sensible (11) du détecteur acoustique (15) et le point d’intersection de l’axe BB’ avec la surface réfléchissante concave. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre un deuxième capteur acoustique (20) destiné à détecter une autre onde acoustique réfléchie par une surface de séparation du fluide avec un autre fluide, tel que le deuxième capteur acoustique (20) comprend un détecteur acoustique (25) d’axe de référence CC’ tel que l’angle α entre l’axe BB’ et l’axe CC’ est compris entre 45° et 135°, de préférence l’angle α est égal à 90°. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre un capteur de température (30) et/ou un capteur de qualité (40). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel il comprend en outre un boîtier destiné à loger le ou les capteur(s) (10, 20, 30, 40). Réservoir (5) de fluide pour matériel fixe ou mobile, notamment, pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte un corps creux (6) agencé pour contenir le fluide et un système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Réservoir selon la revendication 7, dans lequel le corps creux (6) est agencé pour contenir l’autre fluide et l’autre système (2). Réservoir selon la revendication 8, dans lequel l’autre fluide est un gaz et l’autre système (2) est un composant du réservoir choisi parmi un module d’alimentation en fluide, un pot stabilisateur (7), un dispositif de chauffage et son support, une pompe et son support, un filtre et son support. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comporte un réservoir selon la revendication 8 ou 9.