FR2900233A1

FR2900233A1 - Procede et chaine de mesure d'un couple a transmission sans fil

Info

Publication number: FR2900233A1
Application number: FR0603564A
Authority: FR
Inventors: Francis Gibert
Original assignee: ACFG SNC
Current assignee: ACFG SNC
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-10-26
Anticipated expiration: 2026-04-21
Also published as: FR2900233B1; WO2007122321A1

Abstract

L'invention concerne la mesure d'un couple et sa transmission sans fil.Elle se rapporte à une chaîne de mesure d'un couple qui comprend un transducteur (10) destiné à former un signal électrique représentatif du couple reçu, et une liaison formée entre le transducteur (10) et un dispositif de mesure (12). La liaison comprend un émetteur sans fil (32) relié au transducteur (10) afin qu'elle reçoive le signal électrique du transducteur (10), et un récepteur (30) relié au dispositif de mesure (12), et la chaîne de mesure comporte en outre une alimentation électrique (34) comprenant une génératrice (36) destinée à transformer une partie du couple en énergie électrique d'alimentation de l'émetteur (32) et un accumulateur électrique (38).Application à la mesure de couples.

Description

La présente invention concerne un procédé de mesure d'un couple, et une

chaîne de mesure d'un couple. Une mesure d'un couple est souvent nécessaire, notamment dans le cas de pièces entraînées en rotation telles que les pièces des machines tournantes. Ces mesures de couple posent un problème de transfert d'informations à partir d'éléments mobiles. Dans le présent mémoire, le terme "transducteur" est utilisé pour désigner un dispositif qui reçoit un couple et qui donne un signal électrique représentatif de ce couple. De même, un transducteur est défini comme étant de type passif s'il ne nécessite pas d'énergie électrique pour son fonctionnement, ou de type dynamique dans le cas contraire. On sait qu'on peut mesurer des couples par des trans- ducteurs dynamiques mettant en oeuvre divers effets, notamment un effet mécanoélectrique, par exemple piézoélectrique ou magnétostrictif, ou la déformation d'un corps d'épreuve, par exemple par mesure d'un angle de torsion par un processus inductif, par un capteur optique ou magnétique, ou par des jauges extensométriques. Ces transducteurs dynamiques nécessitent de l'énergie électrique pour leur fonctionnement. Ainsi, comme l'indique la figure 1, un transducteur de couple 10 transmet un signal électrique à un dispositif de mesure 12 par un fil 14, alors qu'il reçoit de l'énergie électrique d'une alimentation 16 par un fil d'alimentation 18. Le fil de mesure 14 et le fil d'alimentation 18 constituent une liaison 20 placée entre le transducteur, qui est en général monté sur un organe rota-tif, et le dispositif de mesure 12 et l'alimentation 16, qui se trouvent en général à distance. On conçoit que la présence de fils, parfois de grande longueur, pose des problèmes, notamment de sécurité. Il est donc souhaitable de supprimer cette liaison filaire. On utilise de plus en plus des liaisons sans fil, et il est souhaitable de les utiliser entre des ensembles transducteurs et des dispositifs de mesure. Par exemple, on sait déjà équiper des ordinateurs d'une clé raccordée à une simple prise série ou USB, la clé comprenant une antenne permettant à l'ordinateur d'échanger des informations avec un émetteur-récepteur distant. Un ensemble capteur, comportant, un transducteur, une alimentation et un émetteur, peut être placé à proximité de l'emplacement de mesure, c'est-à- dire de l'organe rotatif d'application de couple, et à distance du dispositif de mesure. On a ainsi réalisé des dispositifs dans lesquels une pile ou un accumulateur est associé au transducteur et à l'émetteur. Ces dispositifs ont l'inconvénient de nécessiter un changement de la pile ou une recharge de l'accumulateur pour pouvoir fonctionner sur de longues périodes, par exemple pour la surveillance d'une machine tournante. L'utilisation d'une alimentation électrique séparée pour l'alimentation du transducteur et de l'émetteur évite la présence d'un long fil entre une alimentation distante et le transducteur, mais nécessite la disposition d'une alimentation à proximité de la machine tournante et sa liaison au transducteur et à l'émetteur. Selon l'invention, le couple qui doit être mesuré est aussi utilisé comme source d'énergie pour l'alimentation nécessaire de l'émetteur et du transducteur, lorsque celui-ci est de type dynamique. Plus précisément, selon l'invention, une alimentation électrique possède une génératrice qui reçoit une partie du couple à mesurer et la transforme en énergie électrique d'alimentation de l'émetteur et du transducteur, lorsque celui-ci est de type dynamique, et éventuellement d'un circuit de traitement qui peut leur être associé. De cette manière, un ensemble capteur comprenant le transducteur, l'émetteur et l'alimentation peut constituer un article placé sur l'organe rotatif d'une machine tournante, et il ne nécessite aucune liaison matérielle, puis-qu'il échange des informations par une liaison sans fil avec un dispositif de mesure distant.

Plus précisément, l'invention concerne un procédé de mesure d'un couple, du type qui comprend l'application du couple à un transducteur afin qu'il forme un signal électrique représentatif du couple, et la transmission du signal électrique à un dispositif de mesure ; selon l'invention, la transmission du signal électrique à un dispositif de mesure comporte une transmission sans fil entre un émetteur d'un signal sans fil et un récepteur, et le procédé comporte en outre l'alimentation électrique de l'émetteur par transformation d'une partie du couple en énergie électrique d'alimentation, et la détermination du signal sans fil émis afin qu'il soit représentatif du couple à mesurer. Lorsque le transducteur est de type dynamique, l'étape d'alimentation électrique comprend aussi l'alimentation du transducteur en énergie électrique. Dans un mode d'exécution, l'étape de détermination du signal sans fil émis afin qu'il soit représentatif du couple à mesurer comprend la détermination de la valeur du couple transformé par l'alimentation électrique, et le traitement du signal par addition de la valeur du couple transformé par l'alimentation électrique afin que le signal émis soit représentatif du couple à mesurer. Dans un autre mode d'exécution, l'étape de détermi-nation du signal sans fil émis afin qu'il soit représentatif du couple à mesurer comprend le maintien du couple transformé par l'alimentation électrique à une valeur fixe connue, et le traitement du signal par addition de la valeur fixe afin que le signal émis soit représentatif du couple à mesurer. Dans un autre mode d'exécution, l'étape de détermination du signal sans fil émis afin qu'il soit représentatif du couple à mesurer comprend le maintien du couple transformé par l'alimentation électrique à une valeur inférieure à la tolérance de mesure de couple par le dispositif de mesure. L'invention concerne aussi une chaîne de mesure d'un couple, du type qui comprend un transducteur destiné à transformer un couple appliqué en un signal électrique représentatif du couple reçu, et une liaison formée entre le transducteur et un dispositif de mesure pour la transmission d'un signal électrique au dispositif de mesure ; selon l'invention, la liaison comprend un émetteur sans fil relié au transducteur afin qu'il reçoive le signal électrique du transducteur et un récepteur relié au dispositif de mesure, et la chaîne de mesure comporte en outre une alimentation électrique comprenant une génératrice destinée à transformer une partie du couple en énergie électrique d'alimentation de l'émetteur. De préférence, l'alimentation électrique comporte en outre au moins un accumulateur électrique. Dans un mode de réalisation, la génératrice consomme un couple inférieur à la tolérance de mesure du couple. Dans un autre mode de réalisation, la génératrice est du type qui, pendant le fonctionnement, consomme un couple constant. Lorsque le transducteur est du type dynamique néces- sitant de l'énergie électrique, l'alimentation électrique alimente de préférence non seulement l'émetteur mais aussi le transducteur. Dans un mode de réalisation, la chaîne de mesure comporte un dispositif de traitement destiné à recevoir le signal électrique du transducteur et à le transformer en un signal représentatif de la somme des couples absorbés par le transducteur et par la génératrice. De préférence, la liaison sans fil est une liaison électromagnétique choisie parmi les liaisons à hautes fréquences, par la lumière visible et par la lumière infrarouge. Dans un exemple, la liaison sans fil fonctionne par transmission de signaux numériques suivant un protocole choisi parmi les protocoles "Bluetooth" et "Wifi".

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel : la figure 1, déjà décrite, est un schéma d'une chaîne 35 classique de mesure de couple ; et la figure 2 est un schéma d'une chaîne de mesure de couple selon l'invention.

La figure 2 indique la disposition d'une chaîne de mesure selon l'invention qui comporte un ensemble capteur 22 qui contient un transducteur de couple 10 qui reçoit une partie du couple 24 à mesurer. Le transducteur 10 transmet un signal électrique représentatif du couple qu'il a reçu à un émetteur 32 qui comporte une antenne d'émission 26 qui transmet un signal vers une antenne de réception 28 d'un récepteur 30 qui alimente un dispositif distant de mesure 12.

Une autre partie du couple 24 parvient à une génératrice 36 qui crée de l'énergie électrique pour l'alimentation de l'émetteur 32 et, éventuellement, du transducteur 10 lorsqu'il est de type dynamique. La liaison entre la génératrice 36 et le transducteur 10 est donc éventuelle, puisqu'elle n'existe que lorsque le transducteur 10 est de type dynamique. Un accumulateur 38 est avantageusement relié à la génératrice 36 afin que l'émetteur 32 et, éventuellement, le transducteur 10, reçoivent toujours de l'énergie, notamment au démarrage de la machine tournante lorsque le couple 24 est nul et ne permet pas à la génératrice 36 de créer de l'énergie électrique. Dans ce cas, la génératrice 36 comporte avantageusement un circuit associé de redressement et lissage, donnant par exemple en sortie un courant élec- trique pratiquement continu de tension constante. L'ensemble capteur 22, sous la forme simple décrite, peut donner un résultat qui présente des erreurs, suivant son application. En effet, le transducteur 10 ne reçoit qu'une partie du couple 24 puisqu'une autre partie parvient à la génératrice 36. En conséquence, le signal du transducteur 10, et donc le signal émis, ne sont représentatifs que de la partie du couple reçu par le transducteur 10. Selon l'invention, on utilise des moyens permettant la transmission au dispositif de mesure 12 d'un signal repré- sentatif du véritable couple 24 appliqué à l'ensemble capteur 22. Une première solution consiste à utiliser une génératrice 36 qui absorbe un couple si faible par rapport au couple reçu par le transducteur 10 que ce couple absorbé est compris dans la plage de tolérances de mesure. En d'autres termes, la partie du couple 24 qui est absorbée par la génératrice 36 est si faible qu'elle n'a pratiquement aucun effet sur la valeur du signal transmis au dispositif de mesure, compte tenu de la précision de celui-ci. Il existe des applications dans lesquelles le couple 24 est si élevé que la proportion consommée par la génératrice est négligeable. Cependant, dans d'autres applica- tions, cette solution n'est pas envisageable. Il est alors nécessaire d'utiliser des moyens de correction. A cet effet, l'ensemble capteur 22 est alors muni d'un dispositif de traitement 40. Celui-ci, qui est alimenté par l'alimentation 34, reçoit le signal électrique du capteur 10 et éventuellement un signal de la génératrice 36, comme indiqué par la référence 42. Le dispositif 40 transmet à l'émetteur 32 un signal corrigé qui est représentatif de l'ensemble du couple 24. Dans un mode d'exécution, la liaison 42 permet au circuit de traitement 40 de déterminer quel est le couple absorbé par la génératrice 36. Ce circuit 40 peut donc corriger le signal du transducteur 10 de manière que l'émetteur 32 reçoive un signal véritablement représentatif de l'ensemble du couple 24.

Dans un autre mode d'exécution, la génératrice 36 est d'un type qui absorbe un couple constant connu, quelle que soit la vitesse de rotation de l'organe rotatif d'application du couple 24 dans sa plage de fonctionnement. Dans ce cas, le dispositif de traitement 40 ajoute une valeur fixe au signal donné par le transducteur 10. Cette situation se présente par exemple lors de la surveillance du couple d'un arbre de machine tournante qui a une vitesse constante de rotation. La présence du dispositif de traitement 40 permet l'exécution de divers autres traitements utiles. Par exemple, on sait que certains transducteurs 10 présentent une dérive en fonction de la température. Il est alors simple d'incorporer un thermocouple afin que le dispositif de traitement 40 puisse corriger le signal du transducteur 10 en fonction de la température. Ceci n'est qu'un exemple de traitement, car d'autres organes de mesure peuvent éventuellement être incorporés à l'ensemble capteur 22.

La liaison sans fil entre l'émetteur 32 et le récepteur 30 peut être de tout type connu, par exemple sur une porteuse électromagnétique à hautes fréquences, ou de lumière visible ou infrarouge. La liaison peut être aussi bien analogique que numérique, mais elle est de préférence numé-rique, et met alors en oeuvre un protocole de transmission, plusieurs de ces protocoles de transmission étant connus par exemple sous les noms "Bluetooth", "Wifi", etc. Il est en outre possible que l'ensemble capteur 22 soit équipé d'un organe de commutation commandé par un détecteur de mouvement, afin que l'alimentation 34 soit déconnectée lorsque l'organe rotatif d'application de couple n'est pas en fonctionnement. Le dispositif de mesure peut être un ordinateur personnel, exécutant un programme qui peut être identique aux programmes déjà utilisés dans les chaînes de mesure décrites en référence à la figure 1. Bien qu'on ait décrit l'invention dans le cas de la mesure d'un couple, elle s'applique aussi à la mesure de toute grandeur physique représentative d'une énergie lorsque cette énergie peut être utilisée pour la création d'énergie d'alimentation. On peut par exemple citer des mouvements alternatifs de translation d'un mécanisme.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure d'un couple (24), du type qui comprend : -l'application du couple à un transducteur (10) afin qu'il forme un signal électrique représentatif du couple, et - la transmission du signal électrique à un dispositif de mesure (12), caractérisé en ce que - la transmission du signal électrique à un dispositif de mesure (12) comporte une transmission sans fil entre un émetteur (32) d'un signal sans fil et un récepteur (30), et - le procédé comporte en outre - l'alimentation électrique de l'émetteur (32) par transformation d'une partie du couple en énergie électrique 15 d'alimentation, et - la détermination du signal sans fil émis afin qu'il soit représentatif du couple à mesurer (24).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le transducteur (10) est de type dynamique, caractérisé en ce 20 que l'étape d'alimentation électrique comprend aussi l'alimentation du transducteur (10) en énergie électrique.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape de détermination du signal sans fil émis afin qu'il soit représentatif du couple à 25 mesurer (24) comprend la détermination de la valeur du couple transformé par l'étape d'alimentation électrique, et le traitement du signal par addition de la valeur du couple transformé par l'étape d'alimentation électrique afin que le signal émis soit représentatif du couple à mesurer (24). 30

4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape de détermination du signal sans fil émis afin qu'il soit représentatif du couple à mesurer (24) comprend le maintien du couple transformé par l'étape d'alimentation électrique à une valeur fixe connue, 35 et le traitement du signal par addition de la valeur fixe au signal du transducteur afin que le signal émis soit représentatif du couple à mesurer (24).

5. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape de détermination du signal sans fil émis afin qu'il soit représentatif du couple à mesurer (24) comprend le maintien du couple transformé par l'étape d'alimentation électrique à une valeur inférieure à la tolérance de mesure de couple par le dispositif de mesure (12).

6. Chaîne de mesure d'un couple, du type qui comprend un transducteur (10) destiné à transformer un couple appliqué en un signal électrique représentatif du couple reçu, et une liaison formée entre le transducteur (10) et un dispositif de mesure (12) pour la transmission d'un signal électrique au dispositif de mesure (12), caractérisée en ce que la liaison comprend un émetteur sans fil (32) relié au transducteur (10) afin qu'il reçoive le signal électrique du transducteur (10) et un récepteur (30) relié au dispositif de mesure (12), et la chaîne de mesure comporte en outre une alimentation électrique (34) comprenant une génératrice (36) destinée à transformer une partie du couple en énergie électrique d'alimentation de l'émetteur (32).

7. Chaîne de mesure selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'alimentation électrique (34) comporte en outre au moins un accumulateur électrique (38).

8. Chaîne de mesure selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que le transducteur (10) est de type dynamique nécessitant de l'énergie électrique, et l'alimentation électrique (34) alimente non seulement l'émetteur (32) mais aussi le transducteur (10).

9. Chaîne de mesure selon l'une quelconque des 30 revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la génératrice (36) consomme un couple inférieur à la tolérance de mesure du couple.

10. Chaîne de mesure selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en 35 outre un dispositif de traitement (40) destiné à recevoir le signal électrique du transducteur (10) et à le transformer en un signal représentatif de la somme des couples absorbés par le transducteur (10) et par la génératrice (36).