Brevet FR3123432A1 — publié le 20221202

L’invention concerne un ensemble de mesure (200) de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs d’un objet (300). L’ensemble de mesure comprend : un système de mesure (201) et un faisceau de fibres optiques. Le système de mesure (201) comprend un organe d’émission (211), un organe de détection (221) et un connecteur (230) unique pour connecter un faisceau de fibres optiques (240) au système de mesure (201). L’organe d’émission (211) et l’au moins un organe de détection (221) sont agencés au moins en partie logé dans le connecteur (230). L’invention concerne en outre un système de mesure (201) et un dispositif sous surveillance comprenant un tel ensemble de mesure (200) Fig ure pour l’abrégé : figure 2 Ensemble de mesure de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs et système de mesure d’un tel ensemble L’invention concerne le domaine de la mesure de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs également connu sous la dénomination anglaise « tip-timming ». L’invention a ainsi plus particulièrement pour objet un ensemble de mesure de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs, un système de mesure destiné à équiper un tel ensemble de mesure et un dispositif sous surveillance. État de l’art antérieur Afin de caractériser le mouvement de certains objets soumis à des phénomènes vibratoires et/ou rotatifs, tels que des roues à aubes d’une turbomachine, il est connu d’utiliser des mesures de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs, également connues sous la dénomination anglaise « tip-timming ». De telles mesures de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs d’un objet 300 sont généralement réalisées à partir d’un ensemble de mesure 100 tel que celui illustré sur la . Un tel ensemble de mesure 100 comprend : - un système de mesure 110 comprenant : o une source de lumière 111 présentant au moins un organe d’émission 112 apte à émettre un rayonnement électromagnétique émis, o un détecteur de lumière 115 présentant au moins un organe de détection 116 apte à recevoir au moins une partie d’un rayonnement électromagnétique réfléchi par l’objet 300 et à fournir un signal représentatif de l’intensité de ladite au moins une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi, o un premier et un deuxième connecteur 131, 132 pour connecter la source de lumière 111 et le détecteur de lumière 115 respectivement à une première première extrémité 141 et à une seconde première extrémité 142 d’un faisceau de fibres optiques 140, - le faisceau de fibres optiques 140 qui présente la première et la seconde première extrémité 141, 142 destinées à être connectées respectivement à la source de lumière 111 et au détecteur de lumière 115, et une deuxième extrémité 143, opposée auxdites première et seconde extrémités et qui est dite de mesure, par laquelle le rayonnement électromagnétique est destiné à être transmis pour être réfléchi par l’objet 300, et par laquelle une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi par l’objet est destiné à être recueillie, le faisceau de fibres optiques 140 comprenant au moins une première fibre optique 145 agencée pour récupérer et transmettre le rayonnement électromagnétique émis par la source de lumière 111 à l’objet 300, et une pluralité de deuxièmes fibres optiques 146 agencées pour récupérer et transmettre au détecteur de lumière 115 la partie du rayonnement électromagnétique réfléchie par l’objet 300. Ainsi, dans une telle configuration, comme cela est montré sur la , si l’au moins une première fibre optique et la pluralité de deuxièmes fibres optiques sont jointes au niveau de la deuxième extrémité 143, le faisceau de fibres optiques présente en amont des premières extrémités 141, 142, une bifurcation à partir de laquelle se sépare l’au moins une première fibre optique 145 des deuxièmes fibres optiques 146, de telle manière que l’au moins une première fibre optique 145 puisse être connectée au moyen du premier premier connecteur 131 à la source de lumière 111 et la pluralité de deuxième fibres optiques puisse être connectée au moyen du deuxième premier connecteur 132 au détecteur de lumière 115. Si un tel ensemble de mesure est bien adapté pour faire des mesures de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs, il présente néanmoins un certain nombre d’inconvénients. En effet, la connexion du faisceau de fibres optiques est relativement complexe, puisqu’il est nécessaire de bien différencier les premier et deuxième premières extrémités l’une de l’autre sous-peine d’une mesure non fonctionnelle. A cela s’ajoute la complexité de fabrication, et donc le coût relativement important, du faisceau de fibres optiques en raison de cette même bifurcation et de la nécessité de prévoir les deux premiers connecteurs 131, 132. On notera, de plus, que le rayonnement réfléchi transmis par l’au moins une première fibre optique n’est pas exploité dans un tel système, ce qui diminue, de fait, la sensibilité de la mesure. L’invention vise à remédier au moins en partie aux inconvénients ci-dessus et a ainsi pour but de fournir un ensemble de mesure de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs qui soit plus simple à installer, notamment en ce qui concerne le faisceau de fibres optiques, tout en présentant un faisceau de fibres optiques plus simple à fabriquer, ceci vis-à-vis des ensembles de l’art antérieur tels que celui illustré sur les figures 1A et 1B. Un tel ensemble doit éventuellement fournir une mesure plus sensible vis-à-vis de ces mêmes ensembles de l’art antérieur. A cet effet l’invention concerne un ensemble de mesure de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs d’un objet, l’ensemble de mesure comprenant : - un système de mesure comprenant : o une source de lumière présentant au moins un organe d’émission apte à émettre un rayonnement électromagnétique émis, o un détecteur de lumière présentant au moins un organe de détection apte à recevoir au moins une partie d’un rayonnement électromagnétique réfléchi par l’objet et à fournir un signal représentatif de l’intensité de ladite au moins une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi, o au moins un connecteur pour connecter la source de lumière et le détecteur de lumière à au moins une première extrémité d’un faisceau de fibres optiques, - le faisceau de fibres optiques présentant l’au moins une première extrémité destinée à être connectée au système de mesure, et une deuxième extrémité, dite de mesure, par laquelle le rayonnement électromagnétique est destiné à être transmis pour être réfléchi par l’objet, et par laquelle une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi par l’objet est destiné à être recueilli, le faisceau de fibres optiques comprenant au moins une première fibre optique agencée pour récupérer et transmettre le rayonnement électromagnétique émis par la source de lumière, et au moins une deuxième fibre optique agencée pour récupérer et transmettre la partie du rayonnement électromagnétique réfléchi par l’objet au détecteur de lumière, Le système de mesure comprend un connecteur unique pour connecter la source de lumière et le détecteur de lumière à une unique première extrémité du faisceau de fibres optiques. L’au moins un organe d’émission et l’au moins un organe de détection sont agencés au moins en partie dans le connecteur unique de telle manière que lorsque le faisceau de fibres optiques est connecté au connecteur par sa première extrémité, le rayonnement électromagnétique émis par l’au moins un organe d’émission est au moins en partie transmis à l’au moins une première fibre optique et la partie du rayonnement réfléchi transmise par l’au moins une deuxième fibre optique soit au moins en partie transmise à l’au moins un organe de détection. Avec un tel logement au moins partiel de l’organe d’émission et de l’organe de détection dans un connecteur unique, le système de mesure peut mettre en œuvre un faisceau de fibres optiques comprenant une seule première extrémité. Il en résulte une simplification de branchement. De plus le faisceau de fibres optiques étant libre de bifurcation, il est plus simple à fabriquer. De même, avec une telle configuration, dans le cas où une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi transite par la première fibre optique, cette partie peut être au moins en partie reçue par l’organe de détection. De ce fait, une plus grande partie du rayonnement électromagnétique réfléchi pouvant être reçue par l’organe de détection, il en résulte que l’ensemble de mesure selon l’invention présente une sensibilité améliorée vis-à-vis des ensembles de mesure de l’art antérieur. On notera que dans une configuration usuelle de l’invention, le faisceau de fibre optique comprend une pluralité de deuxièmes fibres optiques. L’au moins organe d’émission et l’au moins organe de détection peuvent être entièrement agencés dans le connecteur unique. De cette manière, la transmission de lumière entre les organes d’émission et de détection et les première et deuxième fibres optiques est facilitée. L’au moins organe d’émission et l’au moins organe de détection peuvent être agencés sur ou dans un support commun, ledit support étant logé dans le connecteur unique. Un tel agencement permet une intégration des organes d’émission et de détection dans le connecteur qui est optimisée. L’au moins un organe d’émission peut être une structure électroluminescente à base de semiconducteur, l’au moins un organe d’émission étant préférentiellement un photodétecteur à base de semiconducteur. De tels organes d’émission et de détection, de par les performances offertes et leur faible encombrement, sont particulièrement adaptés pour être intégré dans un connecteur. L’au moins une première fibre optique peut être une fibre centrale, le faisceau de fibres optique comprenant une pluralité de deuxième fibres optiques, les deuxièmes fibres optiques de ladite pluralité étant des fibres optiques périphériques entourant, au moins au niveau de la première et de la deuxième extrémité, la première fibre optique. L’organe d’émission peut être apte à émettre le rayonnement électromagnétique selon un axe optique, et dans lequel l’axe optique de l’organe d’émission coïncide avec un axe de symétrie du connecteur unique de telle manière que lorsque le faisceau de fibres optiques est connectée au connecteur, l’axe optique de l’organe d’émission soit aligné avec un axe longitudinal dudit faisceau de fibres optiques, la première fibre optique présentant un axe optique selon l’axe longitudinal du faisceau de fibres optiques au moins au niveau de la première extrémité. De cette manière, on assure un bon alignement de l’organe d’émission et de la première fibre optique, facilitant, de ce fait, une bonne transmission du rayonnement électromagnétique émis par l’au moins un organe d’émission vers la première fibre optique. Lorsque le faisceau de fibres optiques est connecté au connecteur par sa première extrémité, l’organe d’émission peut être à une distance z de la première fibre optique qui respect l’inégalité suivante : z.tan(α) avec α la divergence de l’organe d’émission et φ le diamètre d’un cœur optique de la première fibre optique. De cette manière, on assure que la majeure partie du rayonnement électromagnétique émis par l’au moins un organe d’émission est transmis à la première fibre optique. L’au moins organe de détection peut présenter une surface de détection entourant l’organe d’émission et dans laquelle est inscrit un cercle de diamètre D centré autour de l’organe d’émission, Le diamètre dudit cercle inscrit répondant à l’inégalité suivante : y + z’.tan(θ/2) avec y la distance entre l’axe optique des deuxièmes fibres optiques et l’axe optique de la première fibre optique, z’ la distance entre l’organe de détection et l’extrémité des deuxièmes fibres optique, θ le double de l’angle d’acceptante des deuxièmes fibres optiques. De cette manière, on assure que la majeure partie du rayonnement électromagnétique réfléchi récupérée les deuxièmes fibres optiques soit transmise vers l’organe de détection. L’invention concerne en outre un système de mesure comprenant : - une source de lumière présentant un organe d’émission apte à émettre un rayonnement électromagnétique émis, - un détecteur de lumière présentant un organe de détection apte à recevoir au moins une partie d’un rayonnement électromagnétique réfléchi par l’objet et à fournir un signal représentatif de l’intensité de ladite au moins une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi, - au moins un connecteur pour connecter la source de lumière et le détecteur de lumière à au moins une première extrémité d’un faisceau de fibres optiques, - le système de mesure étant caractérisé en ce qu’il comprend un connecteur unique pour connecter la source de lumière et le détecteur de lumière à une unique première extrémité du faisceau de fibres optiques, et en ce que l’au moins un organe d’émission et l’au moins un organe de détection sont agencés au moins en partie dans le connecteur unique de telle manière que lorsque le faisceau de fibres optiques est connecté au connecteur par sa première extrémité, le rayonnement électromagnétique émis par l’au moins un organe d’émission est au moins en partie transmis à l’au moins une première fibre optique et la partie du rayonnement réfléchi transmise par l’au moins une deuxième fibre optique soit au moins en partie transmise à l’au moins un organe de détection. Un tel système de mesure bénéficie des avantages liés à l’ensemble de mesure qu’il comporte. L’invention concerne en outre un dispositif sous surveillance comprenant un objet susceptible de présenter des phénomènes vibratoires et/ou rotatifs à caractériser et un ensemble de mesure selon l’invention, le faisceau de fibres optiques étant connecté au connecteur et présentant sa deuxième extrémité agencée de tel manière que le rayonnement électromagnétique émis puisse être intercepté et être réfléchi par l’objet dans au moins une configuration dudit objet, le dispositif sous surveillance étant préférentiellement une turbomachine, l’objet étant alors une roue à aubes de ladite turbomachine. Un tel dispositif bénéficie des avantages liés à l’ensemble de mesure selon l’invention qu’il comporte. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre une vue schématique d’un ensemble de mesure de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs selon l’art antérieur. illustre un faisceau de fibres optiques équipant l’ensemble de mesure illustré sur la . illustre une vue schématique d’un ensemble de mesure de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs selon l’invention. illustre un faisceau de fibres optiques équipant l’ensemble de mesure illustré sur la . illustre, en vue de face, un connecteur et des organes d’émission et de détection qui y sont agencés d’un ensemble de mesure illustré sur la . illustre schématiquement un dimensionnement optimisé des organes d’émission et de détection et du faisceau de fibres optiques d’un ensemble de mesure selon l'invention. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. Ensemble de mesure (200) de caractérisation temporelle de phénomènes vibratoires et/ou rotatifs d’un objet (300), l’ensemble de mesure comprenant : un système de mesure (201) comprenant : une source de lumière (210) présentant au moins un organe d’émission (211) apte à émettre un rayonnement électromagnétique émis (310), un détecteur de lumière (220) présentant au moins un organe de détection (221) apte à recevoir au moins une partie d’un rayonnement électromagnétique réfléchi (320) par l’objet (300) et à fournir un signal représentatif de l’intensité de ladite au moins une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi (320), au moins un connecteur (230) pour connecter la source de lumière (210) et le détecteur de lumière (220) à au moins une première extrémité (241) d’un faisceau de fibres optiques (240), le faisceau de fibres optiques (240) présentant l’au moins une première extrémité (241) destinée à être connectée au système de mesure (201), et une deuxième extrémité (243), dite de mesure, par laquelle le rayonnement électromagnétique est destiné à être transmis pour être réfléchi par l’objet (300), et par laquelle une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi (320) par l’objet (300) est destiné à être recueilli, le faisceau de fibres optiques (240) comprenant au moins une première fibre optique (245) agencée pour récupérer et transmettre le rayonnement électromagnétique émis (310) par la source de lumière (210) à l’objet (300), et au moins une deuxième fibre optique (246) agencée pour récupérer et transmettre la partie du rayonnement électromagnétique réfléchi (320) par l’objet (300) au détecteur de lumière (220), l’ensemble de mesure (200) étant caractérisé en ce que le système de mesure (201) comprend un connecteur (230) unique pour connecter la source de lumière (210) et le détecteur de lumière (220) à une unique première extrémité (241) du faisceau de fibres optiques (240), et en ce que l’au moins un organe d’émission (211) et l’au moins un organe de détection (221) sont agencés au moins en partie dans le connecteur (230) unique de telle manière que lorsque le faisceau de fibres optiques (240) est connecté au connecteur (230) par sa première extrémité (241), le rayonnement électromagnétique émis par l’au moins un organe d’émission (211) est au moins en partie transmis à l’au moins une première fibre optique (245) et la partie du rayonnement réfléchi (320) transmise par l’au moins une deuxième fibres optique (246) soit au moins en partie transmise à l’au moins un organe de détection (221). Ensemble de mesure (200) selon la revendication 1, dans lequel l’au moins organe d’émission (211) et l’au moins organe de détection (221) sont entièrement agencés dans le connecteur (230) unique. Ensemble de mesure (200) selon la revendication 2, dans lequel l’au moins organe d’émission (211) et l’au moins organe de détection (221) sont agencés sur ou dans un support commun, ledit support étant logé dans le connecteur (230) unique. Ensemble de mesure (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’au moins un organe d’émission (211) est une structure électroluminescente à base de semiconducteur, l’au moins un organe d’émission (211) étant préférentiellement un photodétecteur à base de semiconducteur. Ensemble de mesure (200) selon l’une quelconques des revendications 1 à 4, dans lequel l’au moins une première fibre optique (245) est une fibre centrale, le faisceau de fibres optique (240) comprenant une pluralité de deuxième fibres optiques (246), les deuxièmes fibres optiques (246) de ladite pluralité étant des fibres optiques périphériques entourant, au moins au niveau de la première et de la deuxième extrémité (245, 246), la première fibre optique (245). Ensemble de mesure (200) selon la revendication 5, dans lequel l’organe d’émission (211) est apte à émettre le rayonnement électromagnétique selon un axe optique, et dans lequel l’axe optique de l’organe d’émission coïncide avec un axe de symétrie du connecteur (230) unique de telle manière que lorsque le faisceau de fibres optiques (240) est connectée au connecteur (230), l’axe optique de l’organe d’émission soit aligné avec un axe longitudinal dudit faisceau de fibres optiques (240), et dans lequel la première fibre optique présente un axe optique selon l’axe longitudinal du faisceau de fibres optiques (240) au moins au niveau de la première extrémité (241). Ensemble de mesure (200) selon la revendication 6, dans lequel lorsque le faisceau de fibres optiques (240) est connecté au connecteur (230) par sa première extrémité (241), l’organe d’émission (211) est à une distance z de la première fibre optique qui respect l’inégalité suivante : z.tan(α) avec α la divergence de l’organe d’émission (211) et φ le diamètre d’un cœur optique de la première fibre optique (245). Ensemble de mesure (200) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l’au moins organe de détection (221) présente une surface de détection entourant l’organe d’émission (211) et dans laquelle est inscrit un cercle de diamètre D centré autour de l’organe d’émission (211), Le diamètre dudit cercle inscrit répondant à l’inégalité suivante : y + z’.tan(θ/2) avec y la distance entre l’axe optique des deuxièmes fibres optiques (246) et l’axe optique de la première fibre optique (245), z’ la distance entre l’organe de détection (221) et l’extrémité des deuxièmes fibres optique (246), θ le double de l’angle d’acceptante des deuxièmes fibres optiques (246). Système de mesure (201) comprenant : une source de lumière (210) présentant un organe d’émission (211) apte à émettre un rayonnement électromagnétique émis (310), un détecteur de lumière (220) présentant un organe de détection (221) apte à recevoir au moins une partie d’un rayonnement électromagnétique réfléchi (320) par l’objet (300) et à fournir un signal représentatif de l’intensité de ladite au moins une partie du rayonnement électromagnétique réfléchi (320), au moins un connecteur (230) pour connecter la source de lumière (210) et le détecteur de lumière (220) à au moins une première extrémité (241) d’un faisceau de fibres optiques (240), le système de mesure (200) étant caractérisé en ce qu ’il comprend un connecteur (230) unique pour connecter la source de lumière (210) et le détecteur de lumière (220) à une unique première extrémité du faisceau de fibres optiques (240), et en ce que l’au moins un organe d’émission (211) et l’au moins un organe de détection (221) sont agencés au moins en partie dans le connecteur (230) unique de telle manière que lorsque le faisceau de fibres optiques (240) est connecté au connecteur (230) par sa première extrémité (241), le rayonnement électromagnétique émis par l’au moins un organe d’émission (211) est au moins en partie transmis à l’au moins une première fibre optique (245) et la partie du rayonnement réfléchi (320) transmise par l’au moins une deuxième fibre optique (246) soit au moins en partie transmise à l’au moins un organe de détection (221). Dispositif sous surveillance comprenant un objet susceptible de présenter des phénomènes vibratoires et/ou rotatifs à caractériser et un ensemble de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le faisceau de fibres optiques étant connecté au connecteur (230) et présentant sa deuxième extrémité agencée de tel manière que le rayonnement électromagnétique émis puisse être intercepté et être réfléchi par l’objet dans au moins une configuration dudit objet, le dispositif sous surveillance étant préférentiellement une turbomachine, l’objet étant alors une roue à aubes de ladite turbomachine.