INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le disque amont 30 et le disque aval sont écartés l’un de l’autre dans la direction longitudinale X1. Chaque disque comprend un moyeu 31, 41. Chaque moyeu 31, 41 comprend une jante périphérique dans laquelle est formée une rangée annulaire d’alvéoles ou rainures orientées longitudinalement, et dans chacune desquelles est emboitée par complémentarité de forme une aube de turbomachine. Longitudinalement au niveau de chaque disque, la jante du disque considéré peut délimiter radialement à l’intérieur une veine primaire annulaire 4 agencée radialement à l’extérieur de l’ensemble rotorique et dans laquelle s’écoulent des gaz de la turbomachine.
Le disque amont 30 comprend une virole aval 32 qui s’étend longitudinalement vers l’aval depuis le moyeu 31 du disque amont 30. Le disque aval comprend une virole amont 42 qui s’étend longitudinalement vers l’amont depuis le moyeu 41 du disque aval. Comme décrit ci-après, la virole aval 32 du disque amont 30 et la virole amont 42 du disque aval sont destinées à la fixation des disques entre eux. La virole aval 32 comprend une première paroi de liaison 34 et une première bride annulaire radiale 33. La première paroi de liaison 34 comporte une extrémité amont au niveau de laquelle la virole aval 32 est reliée (ici d’un seul tenant) au moyeu 31 du disque amont 30 et une extrémité aval depuis laquelle la première bride annulaire radiale 33 s’étend radialement vers l’intérieur. La première bride annulaire radiale 33 comporte une extrémité externe par laquelle elle est reliée (ici d’un seul tenant) à la première paroi de liaison 34 et une extrémité interne libre. De même, la virole amont 42 comprend une deuxième paroi de liaison 44 et une deuxième bride annulaire radiale 43. La deuxième paroi de liaison 44 comporte une extrémité aval au niveau de laquelle la virole amont 42 est reliée (ici d’un seul tenant) au moyeu 41 du disque aval et une extrémité amont depuis laquelle la deuxième bride annulaire radiale 43 s’étend radialement vers l’intérieur. La deuxième bride annulaire radiale 43 comporte une extrémité externe par laquelle elle est reliée (ici d’un seul tenant) à la deuxième paroi de liaison 44 et une extrémité interne libre.
L’anneau d’étanchéité 20 est intercalé, ici en partie, entre le disque amont 30 et le disque aval. L’anneau d’étanchéité 20 comprend une troisième bride annulaire radiale 22 et une plateforme annulaire 21. La troisième bride annulaire radiale 22 s’étend radialement vers l’intérieur depuis la plateforme annulaire 21. La troisième bride annulaire radiale 22 comprend une face amont appliquée longitudinalement contre une face aval de la première bride annulaire radiale 33, et une face aval appliquée longitudinalement contre une face amont de la deuxième bride annulaire radiale 43.
Le disque amont 30, le disque aval et l’anneau d’étanchéité 20 sont solidaires entre eux. La première bride annulaire radiale 33, la deuxième bride annulaire radiale 43 et la troisième bride annulaire radiale 22 sont ici reliées les unes aux autres par boulonnage. À cet effet, l’ensemble peut comprendre au moins un boulon qui traverse chacune des brides annulaires radiales. L’ensemble peut comprendre une rangée annulaire de liaisons boulonnées. À cet effet, chaque bride annulaire radiale comprend une paroi annulaire radiale depuis laquelle s’étend radialement vers l’intérieur une rangée annulaire de festons 22a, 32a. Les liaisons boulonnées sont ici situées au niveau des festons 32a, 22a de chaque bride.
L’anneau d’étanchéité 20 comprend une pluralité de léchettes 23 en saillie radialement vers l’extérieur de la plateforme annulaire 21 et destinées à coopérer à étanchéité avec une rangée annulaire d’aubes fixes de la turbine. Longitudinalement entre le disque amont 30 et le disque aval, la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20 délimite radialement à l’intérieur la veine primaire annulaire d’écoulement des gaz.
De manière remarquable, l’ensemble comprend en outre un moyen d’étanchéité amont 50 intercalé dans la direction longitudinale X1 entre la face aval de la première bride annulaire radiale 33 et la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22. Cela permet de limiter, voire supprimer, une fuite radialement vers l’extérieur d’un air de refroidissement contenu dans une cavité interne 61 agencée radialement à l’intérieur la virole aval 32 et de la virole amont 42 vers une cavité externe 62 agencée radialement à l’extérieur de la virole aval 32 et de la virole amont 42, voir même vers la veine primaire annulaire 4. De plus, l’étanchéité est assurée quand bien même un jeu serait formé longitudinalement entre la face aval de la première bride annulaire radiale 33 et la face amont de la troisième bride annulaire aval, ou entre la face amont de la deuxième bride annulaire radiale 43 et la face aval de la troisième bride annulaire radiale 22. Ainsi, l’agencement du moyen d’étanchéité permet d’éviter un contrôle des jeux longitudinaux entre la face aval de la première bride annulaire radiale 33 et la face amont de la troisième bride annulaire aval, et/ou entre la face amont de la deuxième bride annulaire radiale 43 et la face aval de la troisième bride annulaire radiale 22. L’assemblage d’un tel ensemble s’avère ainsi plus rapide. Le jeu ainsi rattrapé peut être formé annulairement autour de l’axe longitudinal X ou localement autour de l’axe longitudinal X.
Ici le moyen d’étanchéité amont 50 est un joint annulaire apte à être déformé élastiquement. Le joint peut être fendu pour permettre une déformation plus aisée, notamment sous l’effet centrifuge tel que décrit ci-après. Le joint peut être réalisé dans un matériau adapté pour supporter des températures élevées atteintes lorsque la turbine est en fonctionnement. Le joint est ici torique, ayant par exemple de diamètre compris entre 2 mm et 3 mm.
La face aval de la première bride annulaire radiale 33 comprend par ailleurs une gorge annulaire longitudinale amont 35 dans laquelle le moyen d’étanchéité amont 50 est en partie reçue. Le moyen d’étanchéité amont 50 est aussi en appui selon la direction longitudinale X1 sur la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22. Le moyen d’étanchéité est ainsi maintenu radialement lorsque la turbine est fonctionnement (i.e. lorsque l’ensemble rotorique est entrainé rotation autour de l’axe longitudinal X).
La gorge annulaire longitudinale amont 35 comporte un débouché situé en vis-à-vis longitudinal de la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22. Le débouché délimite longitudinalement ladite gorge annulaire longitudinale amont 35. La gorge annulaire longitudinale amont 35 comporte également au moins une face radialement externe 35a annulaire. La face radialement externe 35a annulaire de la gorge annulaire longitudinale amont 35 est délimitée, ici à l’aval dans la direction longitudinale X1, par le débouché de la gorge annulaire longitudinale amont 35. La gorge annulaire longitudinale amont 35 comprend aussi une face de fond annulaire. La face radialement externe 35a annulaire est délimitée, ici à l’amont dans la direction longitudinale X1, par la face de fond. La face radialement externe 35a annulaire s’étend donc longitudinalement depuis la face de fond jusqu’au débouché. La gorge annulaire longitudinale comprend enfin au moins une face radialement interne annulaire. La face radialement interne annulaire s’étend longitudinalement depuis la face de fond jusqu’au débouché. La face radialement interne annulaire présente une forme cylindrique à section circulaire autour de l’axe longitudinal X.
De manière remarquable, la face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 s’évase selon la direction longitudinale X1 dans un sens orienté vers le débouché (i.e. vers l’aval). Lors du fonctionnement de la turbomachine, comme représenté à la , le moyen d’étanchéité amont 50 est appliqué radialement vers l’extérieur par l’effort centrifuge C sur la face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 dans laquelle il est engagé. La face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 forme alors une rampe (ou un guide) qui permet de maintenir le moyen d’étanchéité amont 50 appliqué dans la direction longitudinale X1 sur la face amont de la troisième bride annulaire radiale 22. Cela permet de conserver l’étanchéité malgré le déplacement radial et/ou la déformation radiale du moyen d’étanchéité amont 50 sous l’effet centrifuge.
En particulier, la face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 est tronconique de révolution autour de l’axe longitudinal X avec une section augmentant vers le débouché. En d’autres termes, le profil de la face radialement externe 35a dans un plan de coupe comprenant l’axe longitudinal X est sensiblement un segment de droite formant un angle avec l’axe longitudinal X, aussi appelé demi-angle au sommet de la forme tronconique. La forme tronconique de la face radialement externe 35a de la gorge annulaire longitudinale amont 35 peut présenter un demi-angle au sommet supérieur ou égal à 45°.
Aussi, la gorge annulaire longitudinale amont 35 est située radialement plus proche de l’extrémité externe de la première bride annulaire radiale 33 que de l’extrémité interne de la première bride annulaire radiale 33. La gorge annulaire longitudinale amont 35 est donc située au voisinage de la jonction entre la première paroi de liaison 34 et la première bride annulaire radiale 33. La gorge annulaire longitudinale est en l’occurrence formée au niveau de la paroi radiale de la bride annulaire radiale correspondante. Un tel agencement de la gorge annulaire longitudinal amont 35 permet de garder une portion suffisante de la première bride annulaire radiale 33 pour le passage des liaisons boulonnées.
L’ensemble rotorique comprend par ailleurs un système de refroidissement. Le système de refroidissement comprendre la cavité interne 61 (appelée aussi cavité de purge) mentionnée ci-avant. La cavité interne 61 est délimitée radialement à l’extérieur par la virole aval 32 du disque amont 30 et la virole amont 42 du disque aval. Une partie d’extrémité radialement interne du moyeu 31, 41 de chaque disque 30, 40 s’étend à l’intérieur de la cavité interne 61. La cavité interne 61 contient un air de refroidissement (ou air de purge) destiné au refroidissement des disques et de l’anneau d’étanchéité 20. L’ensemble rotorique comprend aussi la cavité externe 62 mentionnée ci-avant. La cavité externe 62 est délimitée radialement à l’intérieur par la virole aval 32 du disque amont 30 et la virole amont 42 du disque aval. La cavité externe 62 est délimitée radialement à l’extérieur par la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20. La cavité externe 62 peut être délimitée longitudinalement à l’amont par la virole aval 32 du disque amont 30 et/ou une partie d’extrémité amont de la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20, et à l’aval par la virole amont 42 du disque aval et/ou une partie d’extrémité aval de la plateforme annulaire 21 de l’anneau d’étanchéité 20. La cavité externe 62 peut comprendre une première partie et une seconde partie séparées longitudinalement l’une de l’autre par la troisième bride annulaire radiale 22.
Dans le cas où le spectromètre optique 10 est utilisé pour analyser P taches lumineuses séparées en entrée, le capteur d’image 32 comprend de préférence au moins 2P+1 lignes de pixels 34 rectangulaires permettant que les images spectrales des P taches soient suffisamment séparées pour ne pas être confondues et que chaque image spectrale soit encadrée par deux lignes noires (une ligne de pixels noirs en-dessous et une ligne de pixels noirs au-dessus) pour acquérir toute la hauteur du spectre sans ambiguïté.
La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à la présente divulgation.
DISPOSITIF PIEZOELECTRIQUE FLEXIBLE DE MESURE DE DEFORMATION, UNIDIRECTIONNEL, BIDIRECTIONEL OU OMNIDIRECTIONNEL DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION L'invention concerne les capteurs de déformation basés sur un élément de mesure piézoélectrique, c’est-à-dire mettant à profit le comportement piézoélectrique d’un matériau pour transformer en signal électrique, une déformation qu’il subit sous l’effet d’efforts extérieurs, par exemple lorsqu’il est collé à une surface et que celle-ci se déforme.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE Les capteurs de déformation permettent d’estimer la déformation de surface que subit un élément d’un système mécanique quelconque lorsqu’il est soumis à des efforts extérieurs (force et moments de force qui lui sont appliqué par des éléments extérieurs), dans un large panel d’applications : aérospatial, machine-outil, transports, industrie dans les hydrocarbures, l’alimentaire ou encore la chimie.
Deux technologies sont utilisées pour constituer des capteurs de déformation.
La première technologie est basée sur les jauges résistives de déformation. Ce type de jauge comprend un élément conducteur électriquement, présentant une géométrie lui conférant des sensibilités différentes selon l’orientation d’une déformation qui lui est imposée, ce que l’on désigne comme sa directivité. La représente un tel élément conducteur CE. La variation de sa résistance électrique sous l’effet de la déformation, combinée à sa directivité, connue, permettent de déduire l’amplitude de la déformation, et éventuellement de l’effort appliquée ayant générée cette déformation. Les flèches indiquées SA pour « sensitive axis » et TA pour « transverse axis » indiquent respectivement un axe de sensibilité maximale et un axe de sensibilité minimale, le second étant perpendiculaire au premier. En pratique, l’axe de sensibilité maximale est aligné avec la direction attendue de la déformation à caractériser. Les jauges résistives ont une bonne directivité, mais souffrent d’une faible sensibilité et ont besoin d’être alimentées électriquement pour fonctionner.
La seconde technologie est basée sur les capteurs piézoélectriques, généralement plus sensibles, mais également moins directifs que les jauges résistives. Ce type de capteur comprend un élément dit « piézoélectrique », qui génère, par effet piézoélectrique, l’apparitions de charges électriques sur ses faces sous l’effet d’une contrainte qui lui est appliquée. On peut trouver plusieurs types de tels capteurs.
Un premier type correspond à un capteur de déformation comprenant un boîtier rigide HOUS abritant un cristal Q tel qu’un cristal de quartz piézoélectrique, comme illustré par le capteur DynSens de la qui représente en A) une vue en coupe et en B) une vue d’en haut du capteur. Le boîtier rigide a pour fonction de limiter l’amplitude de déformation du cristal qui, relativement épais, ne peut pas supporter des déformations trop importantes sans casser. Le cristal est solidaire d’une paroi du boîtier destinée à être fixée à une surface plane et lisse par collage au moyen d’un adhésif de haute rigidité. Le boîtier peut également abriter un amplificateur AMP connecté au cristal et à l’extérieur par l’intermédiaire de fils de connexion électrique CAB. Les axes TA et SA sont définis de la même manière que pour la jauge résistive de la . Un exemple applicatif est donné par Fabio L. M. dos Santos et al., dans « THE USE OF DYNAMIC STRAIN SENSORS AND MEASUREMENTS ON THE GROUND VIBRATION TESTING OF AN F-16 AIRCRAF », International Forum on Aeroelasticity and Stuctural Dynamics, IFASD 2015-122.
Un second type est celui des capteurs piézoélectriques de déformation de surface. Le premier avantage de ces capteurs est qu’ils sont passifs, et qu’ils ne nécessitent donc pas d’être alimentés électriquement). De tels capteurs comprennent un élément piézoélectrique, généralement un cristal de quartz, et une structure mécanique rigide et relativement volumineuse limitant la déformation de l’élément piézoélectrique à une direction unique. Ces capteurs sont généralement fixés à une surface plane par vissage, comme que décrit par exemple dans le document de brevet US 4,314,481 A. L’emploi d’une structure mécanique rigide et relativement volumineuse, nécessitant une géométrie adaptée pour pouvoir être mise en œuvre et influençant de manière intrinsèque la mesure effectuée, limite fortement le champ applicatif de ce type de capteur.
Le boîtier et la structure mécanique rigides de ces deux premiers types de capteur limitent fortement les gammes de déformations auxquelles ils sont susceptibles d’être appliquées.
Un troisième type est celui de structures composites comprenant des barres de PZT (ou titano-zirconates de plomb) situées entre des feuilles de matériaux polymères et des électrodes interdigitées, structures dites « Micro-Fiber Composites » en terminologie anglaise. Elles ont pour avantages une directivité obtenue par la géométrie des barres de PZT et une flexibilité plus importante que les capteurs piézoélectriques cités ci-dessus, mais ont une structure complexe et requièrent une polarisation obtenue au moyen de l’application d’un champ électrique. On peut se référer à l’article de colloque de Wilkie, W. K. et al. :« Low-cost piezocomposite actuator for structural control applications », Proceedings of the SPIE, Volume 3991, p. 323-334 (2000). Un inconvénient de tels capteurs est leur dépendance à la température en raison de la présence de parties en matériaux polymères et une flexibilité insuffisante pour certaines applications.
Un quatrième type est celui de capteurs de déformation basés sur un film polymère piézoélectrique, nommés « PVDF » en raison du matériau employé pour former le film piézoélectrique : le fluorure de polyvinylidène piézoélectrique nommé PVDF en terminologie anglaise. Il s’agit de capteurs souples et légers mais devant être polarisés, imprécis, non directifs et soumis à des dérives dans le temps, notamment dues au manque de stabilité de la polarisation, ou avec la température. On peut se référer à la demande de brevet US 2021/0102850 A1.
Un cinquième type est celui d’un capteur de vibration décrit dans le document de brevet FR 3 122 985 et basé sur une couche mince de céramique piézoélectrique portée par un support flexible. Ce capteur est flexible, mais non directif et n’est pas prévu pour une mesure quantitative d’une déformation ou d’un effort.
En dépit d’une grande variété dans les dispositifs destinés à assumer la fonction de capteurs de déformation passifs, un dispositif cumulant directivité, sensibilité, conformabilité, légèreté et permettant des mesures quantitatives précises sur des gammes de déformation importantes n’apparaît pas disponible.
L’objectif du déposant est de proposer un dispositif capteur de déformation combinant des avantages pouvant se trouver individuellement dans les différents capteurs de déformation existants, basé sur l’emploi d’un élément piézoélectrique mince.
En vue de la réalisation de ce but, un premier aspect de l’invention est un élément mince piézoélectrique monocristallin se présentant sous forme d’une plaque s’étendant dans un plan d’extension défini par une première direction et une seconde direction normale à la première direction, de dimensions dans la première direction et la seconde direction chacune supérieures à 100 µm et d’épaisseur inférieure à 50 µm, un rapport de l’épaisseur sur la dimension dans la première direction ou la dimension dans la seconde direction étant inférieur à 0,1, l’élément piézoélectrique présentant une première sensibilité S x à la déformation selon la première direction et une seconde sensibilité S y à la déformation selon la seconde direction, une orientation cristalline de l’élément étant telle que abs(S y /S x ) y +S x )/S x ) x -S y )/S x ) < 0,1, correspondant à une sensibilité dite « omnidirectionnelle ».
– la représente des exemples de signaux obtenus dans un système de détection de résonance paramagnétique électronique, objet de la présente invention, selon le deuxième mode de réalisation ;
– la représente schématiquement un système de détection de résonance paramagnétique électronique, objet de la présente invention, selon une variante du deuxième mode de réalisation ;
– la représente un exemple de signal de sortie délivré par un système de détection de résonance paramagnétique électronique, objet de la présente invention, selon la variante du deuxième mode de réalisation représentée sur la ;
– la représente schématiquement un système de détection de résonance paramagnétique électronique, objet de la présente invention, selon un troisième mode de réalisation ;
– la représente des exemples de signaux obtenus dans un système de détection de résonance paramagnétique électronique, objet de la présente invention, selon le troisième mode de réalisation ;
– la représente des exemples de signaux obtenus dans un système de détection de résonance paramagnétique électronique, objet de la présente invention, selon une variante du troisième mode de réalisation.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION Un exemple de réalisation d’un système de détection de résonance paramagnétique électronique 100, selon un premier mode de réalisation, est décrit ci-dessous en lien avec la .
Le système 100 comporte un premier oscillateur verrouillé par injection, ou ILO, 102 incluant au moins un élément inductif configuré pour être couplé magnétiquement à un échantillon 104 dans lequel une résonance paramagnétique électronique est destinée à être détectée par le système 100. Sur la , l’élément inductif du premier ILO 102 est symbolisé par un rectangle désigné par la référence 106 et sur lequel l’échantillon 104 est disposé.
A titre d'exemple, le premier ILO 102 peut être réalisé comme décrit dans le document "A Multichannel Programmable High Order Frequency Multiplier for Channel Bonding and Full Duplex Transceivers at 60 GHz Band," A. Siligaris et al., 2020 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), Los Angeles, CA, USA, 2020, pp. 259-262, doi: 10.1109/RFIC49505.2020.9218433.
Le système 100 comporte également un synthétiseur de fréquence 108 configuré pour générer et délivrer en sortie un premier signal périodique, appelé S inj sur la . La sortie du synthétiseur de fréquence 108 est couplée à une entrée d’injection du premier ILO 102.
Sur la , l’entrée de contrôle du premier ILO 102 sur laquelle est appliqué un signal de contrôle, appelé V tune _102 , permettant le contrôle de la fréquence d'oscillation propre, ou fréquence d'auto-oscillation, du premier ILO 102 n’est pas représentée. Lors de l’utilisation du système 100, le signal de contrôle V tune _102 appliqué sur l’entrée de contrôle du premier ILO 102 règle notamment sa fréquence d'auto-oscillation à une valeur proche de la fréquence du premier signal périodique S inj .
Le système 100 comporte également un dispositif 110 de détection de différence de phase entre le premier signal périodique S inj et un signal de sortie, appelé S det sur la , délivré par le premier ILO 102.
De manière avantageuse, le dispositif 110 comporte au moins un convertisseur analogique – numérique recevant en entrée le signal de sortie S det du premier ILO 102.
- un troisième oscillateur verrouillé par injection dont une entrée d’injection est couplée à une sortie du générateur de train d’oscillations répétées périodiquement ;
une sortie du troisième oscillateur verrouillé par injection du premier multiplicateur de fréquence pouvant être couplée à l’entrée d’injection du premier oscillateur verrouillé par injection, et une sortie du troisième oscillateur verrouillé par injection du deuxième multiplicateur de fréquence pouvant être couplée à l’entrée d’injection du deuxième oscillateur verrouillé par injection.