FR2830321A1 - Procede et dispositif de jaugeage acoustique d'un liquide - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de jaugeage acoustique et particulièrement un dispositif de jaugeage de carburant ultrasonique pour avions. Ce dispositif de jaugeage ultrasonique comporte une unité de traitement (7) qui stimule des sondes (3) et reçoit de capteurs (4), des signaux provenant de l'énergie réfléchie par la surface du carburant (10) dans un réservoir (1). En plus de déterminer le temps qui s'écoule entre la transmission d'un signal à partir du capteur (4) et la réception de la réflexion de ce signal à la surface du carburant, l'unité de traitement (7) détermine également le temps de réception des réflexions ultérieures engendrées par la réflexion à l'extrémité inférieure de la sonde. Elle détermine si les signaux réfléchis se situent dans des limites prédéterminées de l'intervalle de temps s'écoulant entre la transmission et la réception du premier signal réfléchi afin de confirmer la validité du premier signal. L'unité de traitement (7) compte également le nombre des signaux ultérieurs réfléchis reçus dans des limites de temps prédéterminés pour attribuer un niveau de fiabilité.
Description
filtre de Kalman ainsi incrémenté.
PROCEDE ET DISPOSITIF DE JAUGEAGE ACOUSTIQUE D'UN LIQUIDE
La présente invention concerne un procédé de jeugeage acoustique d'un liquide comprenant les étapes consistant à transmettre un signal acoustique à partir d'un premier endroit à une interface du liquide, à recevoir un signal réfléchi par cette interface et à déterminer un premier intervalle de temps
entre la transmission et la réception du signal réfléchi.
La présente invention concerne également un dispositif de jaugeage acoustique d'un liquide pour la mise en _uvre de ce procédé et plus particulièrement, mais non exclusivement, un dispositif de jeugeage de
carburant ultrasonique pour avions.
La quantité de carburant dans un réservoir de carburant d'avions peut être mesurse au moyen de sondes ultrasoniques. Celles-ci se composent d'un capteur ultrasonique monté à l'extrémité inférieure d'un tube ou tube d'amortissement. La sonde est immergée dans n'importe quel carburant présent afin que le carburant remplisse le tube d'amortissement jusqu'à la même hauteur que dans le réservoir. Une tension appliquée au capteur génère une poussée d'énergie ultrasonique qui est transmise vers le haut à
travers le carburant. Lorsque le signal rencontre la surface du carburant, c'est-
à-dire son interface avec l'air au-dessus du carburant, une partie de l'énergie est réfléchie vers le capteur. L'énergie reçue par le capteur produit une tension qui est fournie à un processeur adapté pour mesurer le temps entre la transmission et la réception. La hauteur du carburant au-dessus du capteur peut alors être calculée à partir de la vitesse connue de la poussée ultrasonique dans le carburant. Le volume du carburant dans le réservoir est calculé à parti r des don nses de sortie de plusieurs sondes et en con naissant
la forme du réservoir.
Les dispositifs de jaugeage ultrasoniques posent de nombreux problèmes. En particulier, Il peut être difficile de distinguer le signal produit par la vraie réflexion de la surface du carburant des signaux parasites tels que les réflexions venant de la surface de la sonde. Ce problème peut s'empirer si la surface du carburant est inclinée, si elle est troublée par des vagues ou de la
mousse, si elle se déplace rapidement ou si elle est perturbée.
La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en offrant une
variante de procédé de jaugeage acoustique.
Ce but est atteint par un procédé de jaugeage acoustique tel que défini en préambule et caractérisé en ce que ledit procédé comporte des étapes consistant à recevoir un signal ultérieur réfléchi provenant de la réflexion du signal réfléchi par l'interface du liquide et à utiliser l'information issue du signal
ultérieur pour déterminer la quantité de liquide.
Le procédé peut comporter des étapes consistant à déterminer l'intervalle de temps entre la réception du premier signal réflèchi et la réception du signal ultérieur réfléchi et à déterminer si l'intervalle de temps du signal ultérieur réfléchi se situe dans des limites prédéterminées du premier intervalle de temps. Le procédé peut également comporter une étape consistant à déterminer le nombre desdits signaux ultérieurs réfléchis détectés dans des limites de
temps prédéterminées.
De préférence le capteur est monté à l'extrémité inférieure d'une sonde, ladite extrémité inférieure de la sonde étant de préférence agencée pour réfléchir
l'énergie vers le haut.
Le procédé peut comporter une étape consistant à attribuer un niveau de fiabilité à un signal et plus le nombre de réflexions associées au signal est grand, plus son niveau de fiabilité est élevé. Il peut aussi comporter une étape consistant à effectuer des sélections entre différents signaux incompatibles en fonction du niveau de fiabilité de chaque signal. Les signaux incompatibles peuvent être des signaux provenant du même capteur à des instants
différents ou des signaux provenant de capteurs différents.
Le procédé peut comporter des étapes consistant à déterminer les rapports de temps d'arrivée des réflexions successives et à utiliser des informations sur
lesdits rapports pour déterminer le numéro d'une réflexion.
Le dispositif pour la mise en _uvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens agencés pour recevoir un signal ultérieur réfléchi provenant de la réflexion du signal réfléchi par l'interface du liquide et des moyens agencés pour utiiiser l'information issue du signal ultérieur et
déterminer la quantité de liquide.
La présente invention et ses avantages seront mieux compris en référence à
la description d'un procédé et d'un dispositif de jeugeage de carburant
d'avions, donnée à titre d'exemple non limitatif, et aux dessins annexés, dans iesquels: la figure 1 illustre schématiquement le dispositif, et
la figure 2 illustre des signaux provenant d'une sonde du dispositif.
En référence à la figure 1, le dispositif de jaugeage comporte un réservoir de carburant 1 contenant du carburant liquide 2 et trois sondes de jeugeage ultrasoniques 3 montées sensiblement verticalement dans le réservoir. On
notera qu'on peut utiliser différents nombres de sondes.
Les sondes 3 peuvent être des sondes conventionnelies comportant un capteur 4 ultrasonique piézoélectrique qui transmet et reçoit à la fois l'énergie ultrasonique. Le capteur 4 est monté au fond d'un tube cylindrique ou tube d'amortissement 5 ouvert au fond et en haut pour permettre au carburant d'entrer et de sortir librement du tube d'amortissement afin que le liquide s'élève à la même hauteur qu'à l'extérieur de la sonde. Le capteur 4 de chaque sonde 3 est électriquement relié par un fil 6 à une unité de traitement 7 agencée pour fournir des signaux aux sondes et en recevoir. En particulier, S l'unité de traitement 7 fournit des impuisions de tension aux capteurs 4 afin qu'ils provoquent la propagation des poussoes d'énergie ultrasonique. L'unité de traitement 7 reçoit des signaux de tension des capteurs 4 résultant de l'énergie ultrasonique reçue par les capteurs et exécute divers calcuis afin de mesurer la hauteur du carburant dans chaque sonde 3, comme expliqué plus en détail ci-dessous. A partir des mesures de hauteur aux trois sondes 3 et à partir de l'information enregistrée relative à la forme du réservoir 1, I'unité de traitement 7 calcule le volume du carburant dans le réservoir. Cette mesure de volume est habituellement convertie en masse en utilisant l'information provenant d'un densimètre 8. L'unité de traitement 7 indique la quantité de
carburant sur un affichage 9 ou n'importe quel autre moyen approprié.
La figure 2 représente le signal de sortie du capteur 4 par rapport au temps, le temps étant reporté le long de l'axe horizontal. La première poussée d'énergie ultrasonique correspond à l'impuision transmise T. produite par une tension appliquse au capteur 4 par l'unité de traitement 7. Cette poussée d'énergie se déplace vers le haut dans le carburant 2 vers la surface ou l'interface carburanVair 10 o une partie de l'énergie est réfléchie et renvoyée vers le bas, vers le capteur 4. L'énergie reçue par le capteur 4 à partir de cette première réflexion est représentée par l'impuision R. L'amplitude de I' im p u ision réfléch ie R est i nfé rieu re à cel le de l' i m pu isi on tran sm i se T' car une partie de l'énergie est absorbée par le carburant 2 et la paroi du tube d'amortissement 5, une partie est transmise dans l'air situé au-dessus du carburant à l'interface 10 et une partie est dissipée loin du capteur 4. Le signal réfléchi R. est reçu au bout d'un intervalle de temps t, après la transmission, ce temps étant fonction de la vitesse de transmission de l'énergie dans le carburant 2 et de la distance parcourue qui est égale au double de la hauteur du carburant. Une partie de l'énergie ultrasonique réfléchie tombant sur le capteur 4 et sa structure de support au fond du tube d'amortissement 5, est renvoyée vers le haut jusqu'à la surface 10 du carburant o une partie de l'énergie est à nouveau réfléchie vers le bas jusqu'au capteur afin d'engendrer un deuxième signal réfléchi R2 ayant une amplitude diminuée par rapport à S celle des poussées d'énergie T' et R. Le deuxième signal réfléchi R2 est reçu au bout d'un intervalle de temps t2 après la réception du premier signal réfléchi R. Une partie du deuxième signal réfléchi est à nouveau réfléchie à partir du capteur 4 vers le haut du tube d'amortissement 5 afin d'engendrer un troisième signal réfléchi R3 qui sera reçu au bout d'un intervalle de temps t3 après la réception du signal réfléchi R2. On notera que le nombre des signaux réfléchis ultérieurs au premier signal que le dispositif est capable d'identifier dépendra de leur amplitude et des niveaux de bruit. L'amplitude des signaux réfléchis variera en fonction de différents facteurs tels que la hauteur et l'état
de la surface du carburant.
La réception et l'identification des signaux ultérieurs réfléchis sont utilisées par le dispositif pour confirmer ia validité du premier signal réfléchi lorsque les intervalles de temps t2 et t3 des réflexions ultérieures sont égaux à l'intervalle de temps t de la première réflexion ou se situent dans des limites prédéterminées du premier intervalle de temps, c'est-à-dire: t2, t3 = t +I- ét Cette tolérance ou limite t tient compte des petites variations du niveau de détection entre les différents signaux réfléchis et les résolutions de chronométrage. L'unité de traitement 7 compte le nombre de réflexions ultérieures issues de la surface du carburant et qui sont identifiées dans les limites prédéterminées pour chaque mesure de hauteur. Plus le nombre de réflexions ultérieures identifiées est grand, plus le niveau de fiabilité de cette mesure de hauteur est élevé. Le dispositif peut utiliser cette information de plusieurs manières. Par exemple, si un signal de la sonde 3 n'est pas identifié avec un niveau de fiabilité suffisant, ce signal pourra être ignoré dans la mesure et des signaux antérieurs ou postérieurs de cette sonde seront plutôt utilisés. Lorsqu'il y a des disparités entre les mesures de la hauteur de deux sondes, c'est-à dire, S lorsque leurs signaux sont incompatibles, la sonde donnant des signaux avec un niveau de fiabilité élevé pourra être utilisée de préférence à l'autre sonde
donnant des signaux à un niveau de fiabilité plus bas.
La présente invention peut être utilisée pour réduire le risque de l'usage d'un faux signal tel que les signaux provenant de la réflexion à partir de la paroi du tube d'amortissement ou de toute autre cause, pour fournir une mesure du niveau du carburant car un tel signal ne sera pas identifié avec un niveau de
fiabilité suffisamment élevé.
Dans certaines circonstances, le signal résultant de la première réflexion ne peut être identifié. Ceci peut arriver s'il y a par exemple des parasites électriques dans le système. Cependant plusieurs réflexions ultérieures, pourront être identifiées. En comparant les temps d'arrivée des réflexions ultérieures, il est possible de déterminer si une réflexion est la première, la deuxième, la troisième ou la quatrième réflexion et ainsi de suite. Par exemple, les temps d'arrivée de la première et de la deuxième réflexion sont respectivement de 2t, et de 3t (voir figure 2), t, étant le temps de déplacement de la première réflexion, non détectée. Le rapport entre ces
deux temps 2t et 3t, est donc de 1,500 +/- Cr2 (c'est-à-dire, 312), voir figure 2.
Le rapport de la deuxième et de la troisième réflexion est par exemple de 1,333 +/- dr3 (c'est-à-dire, 4/3), voir figure 2. Cette différence permet d'identifier les différentes réflexions et par conséquent de calculer la hauteur du liquide méme si la première réflexion n'est pas identifiée. Les limites de tolérances Gr2, Or3, etc. tiennent compte des petites variations du niveau de détection des différents signaux réfléchis et des résolutions de chronométrage. Les sondes antérieures étaient habituellement conçues pour réduire au minimum les réflexions multiples qui ont lieu à l'extrémité inférieure de la sonde. Dans la présente invention, I'extrémité inférieure de la sonde peut être
spécifiquement conçue pour optimiser ces réflexions multiples.
La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation préférée décrite, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier. En particulier, elle n'est pas limitée à des applications de jaugeage du niveau de carburant mais peut être utilisoe pour mesurer d'autres
liquides.
Claims (10)
1. Procédé de jaugeage acoustique d'un liquide comprenant les étapes consistant à transmettre un signal acoustique à partir d'un premier endroit (4) à une interface du liquide (10), à recevoir un signal (R) réfléchi par cette interface (10) et à déterminer un premier intervalle de temps (t,) entre la transmission et la réception du signal réfléchi, caractérisé en ce que ledit procédé comporte des étapes consistant à recevoir un signal ultérieur réfléchi (R2) provenant de la réflexion du signal réfléchi par l'interface du liquide (10) et à utiliser l'information issue
du signal ultérieur pour déterminer la quantité de liquide.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à déterminer l'intervalle de temps (t2) entre la réception du premier signal réfléchi (R) et la réception du signal uitérieur réfléchi (R2) et à déterminer si l'intervalle de temps (t2) du signal ultérieur réfléchi se situe dans des limites prédéterminées du premier intervalle
de temps (t).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à déterminer le nombre desdits signaux ultérieurs
réfléchis détectés dans des limites de temps prédéterminées.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le capteur (4) est monté à l'extrémité inférieure d'une sonde (3), et en ce que ladite extrémité inférieure de la sonde (3)
est agencée pour réfléchir l'énergie vers le haut.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à attribuer un niveau de fiabilité à un signal, et en ce que plus le nombre de réflexions
associées au signal est grand, plus son niveau de fiabilité est élevé.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à effectuer des sélections entre différents signaux
incompatibles en fonction du niveau de fiabilité de chaque signal.
s
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les signaux incompatibles sont des signaux provenant du même capteur (4) à des
instants différents.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les signaux
incompatibles sont des signaux provenant de capteurs différents (4).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à déterminer les rapports de temps d'arrivoe des réflexions successives et à utiliser des informations sur lesdits rapports pour déterminer le numéro d'une réflexion.
10. Dispositif de jaugeage d'un liquide pour la mise en _uvre du procédé
selon i'une quelconque des revendications précédentes, comportant des
moyens agencés pour transmettre un signal acoustique à une interface du liquide (10), à recevoir un signal (R) réfléchi par cette interface (10) et à déterminer un premier intervalle de temps (t') entre la transmission et la réception du signal réfléchi, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens agencés pour recevoir un signal ultérieur réfléchi (R2) provenant de la réflexion du signal réfléchi par l'interface du liquide (10) et des moyens agencés pour utiliser l'information issue du signal ultérieur et
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5877997A (en) * | 1995-02-02 | 1999-03-02 | Croma Developments Limited | Pulse echo distance measurement |
| JPH08219854A (ja) * | 1995-02-10 | 1996-08-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超音波液位計 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 12 26 December 1996 (1996-12-26) * |
Also Published As
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|---|---|
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| GB0123598D0 (en) | 2001-11-21 |
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