WO1999022245A1 - Dispositif pour la mesure de la vitesse d'un fluide et pour la mesure des flux de particules solides ou liquides dans les fluides ou le vide - Google Patents

Dispositif pour la mesure de la vitesse d'un fluide et pour la mesure des flux de particules solides ou liquides dans les fluides ou le vide Download PDF

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WO1999022245A1
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Inventor
Vincent Patrice Chritin
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Iav Engineering S.A.R.L.
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Abstract

L'invention se situe dans le domaine technique de l'instrumentation et concerne un dispositif acoustique pour la mesure automatique de la vitesse d'écoulement d'un fluide et des flux de particules solides ou liquides en mouvement dans un fluide ou dans le vide. La méthode de mesure est basée sur la captation de la pression acoustique induite dans une ou plusieurs cavité(s) par le choc des particules en mouvement ou par le frottement d'un fluide en mouvement sur la (les) paroi(s) déformable(s) de la (des) cavité(s). La pression acoustique est captée par au moins un transducteur électroacoustique (2) ou opto-acoustique positionné dans la (les) cavité(s), et filtrée dans les bandes de fréquences par un circuit électrique. L'invention peut être appliquée à la réalisation d'un anémomètre sans inertie mécanique, ou d'un détecteur des quantités de neige ou de sable transportés par le vent. Ces deux fonctionnalités peuvent être obtenues au moyen d'un seul dispositif selon l'invention. Une application industrielle est la réalisation d'un détecteur de flux de copeaux transportés dans des gaines, ou des grains tombant d'un silo. Une autre application est la détection de la présence de précipitations dans l'air pour les transports terrestres ou aériens. Le choix de la forme de la cavité, des matériaux de la paroi, du gaz dans la cavité, des caractéristiques du microphone (2) dépendent de l'application.

Description

DISPOSITIF POUR LA MESURE DE LA VITESSE D'UN FLUIDE ET POUR l_A MESURE DES FLUX DE PARTICULES SOLIDES OU LIQUIDES DANS LES FLUIDES OU LE VIDE.
Description Domaine technique de l'invention Instrument de mesure
Etat de la technique antérieure
L'invention concerne un instrument permettant la mesure de la vitesse d'écoulement d'un fluide et du flux de particules solides ou liquides en mouvement dans un fluide ou le vide. Ce problème se pose par exemple dans l'industrie pour le contrôle des processus, ou encore dans le domaine des dangers naturels Notamment, dans ce domaine, la connaissance des quantités de neige transportées localement par le vent est une information capitale pour l'étude, la prévention et la prévision des risques d'avalanches Aucune solution technique ne permet de connaître automatiquement et en continu la quantité de neige transportée par le vent sur un site montagneux « les dispositifs a piège nécessitent des interventions de comptage manuel de la quantité de particules de neige captée,
• les systèmes automatiques existants ne permettent qu'une mesure tout-ou-πen de la présence de particules solides dans l'air , les systèmes optiques sont souvent perturbés par les propriétés optiques de la neige ou la formation de givre ou de glace sur les composants , les caractéristiques des systèmes électromagnétiques ne permettent pas d'envisager leur généralisation sur un site
L'instrument selon l'invention est typiquement destine a être placé dans un écoulement de fluide tel que le vent, chargé ou non de particules solides ou liquides telles que la neige, la pluie ou le sable Sa fonction est de délivrer automatiquement et en continu une information, par exemple sous la forme d'un signal électrique, sur la vitesse du fluide par rapport à l'instrument et sur le flux de particules solides ou liquides en interaction avec l'instrument
Exposé de l'invention
L'invention est un instrument mecano-acoustique pour mesurer automatiquement et en continu la vitesse d'écoulement d'un fluide et le flux des particules solides ou liquides éventuellement en mouvement dans ce fluide ou dans le vide. L'invention est composée d'une partie mécanique telle qu'une paroi sphéroïde ou parallélepipèdique ou d'une autre forme, d'une partie électroacoustique ou opto-acoustique et d'une partie électrique La partie mécanique est un élément de type tube métallique ou en matière plastique ou d'un autre matériau, de section cylindrique, rectangulaire ou d'une autre section, formant une ou plusieurs cavités. La paroi peut comporter une partie dèformable sous la forme d'une membrane fine ou épaisse, métallique, en matière plastique ou d'un autre matériau. La partie électroacoustique se compose d'un gaz qui occupe la ou les cavιté(s) de la partie mécanique et d'au moins un transducteur de pression acoustique disposé en un endroit précis d'une cavité, situé selon la forme de celle-ci soit en affleurement de paroi soit en un autre point dans la cavité. La partie électrique est un circuit éventuellement protège par un boîtier ; l'entrée du circuit est connectée au(x) transducteur(s) de pression acoustique dans la (les) cavιté(s), et la sortie comporte une prise, un câble, une antenne ou tout autre moyen de branchement ou de transmission d'information
Les vibrations induites sur la partie mécanique soit par les chocs de particules solides ou liquides en mouvement soit par le frottement d'un fluide font varier la pression acoustique du gaz contenu dans la (les) cavιté(s). Le(s) transducteur(s) électroacoustιque(s) ou opto-acoustιque(s) transforme(nt) ces variations de pression acoustique en signaux électriques ou optiques. Ces signaux sont amplifiés et filtrés par la partie électrique dans au moins deux bandes de fréquences distinctes, l'une typiquement inférieure à 1000 Hz et l'autre typiquement supérieure à 1000 Hz. Dans ces bandes de fréquences, la tension ou le courant électrique sont liés - par une expression mathématique qui dépend de la forme de la (des) cavιté(s) et du (des) fluιde(s) dans la (les) cavιté(s) - à respectivement la vitesse du fluide par rapport au dispositif, et au flux de particules solides ou liquides heurtant le dispositif
Les caractéristiques techniques propres à l'invention sont une partie mécanique formant des parois délimitant une ou plusieurs cavités comportant un gaz et au moins un transducteur électroacoustique ou opto-acoustique , le positionnement en un (des) endroits précis du (des) transducteurs(s) dans la (les) cavιté(s) , le filtrage électrique dans des bandes de fréquences distinctes des signaux électriques délivrés par le (les) transducteur(s). Ce dispositif permet - par transduction mecano-électroacoustique de l'énergie des chocs des particules solides ou liquides et de la pression de frottement du fluide contre les parois du dispositif - d'obtenir deux informations indépendantes la vitesse du fluide par rapport au dispositif avec lequel il est en contact, le flux de particules solides ou liquides heurtant le dispositif
Exposé d'un mode de réalisation
Un mode de réalisation (cf Figure 1) de la partie mécanique est un tube (1 ) en aluminium de longueur 1 m, de diamètre intérieur 30 mm, d'épaisseur 1 mm Un microphone (2) de petit diamètre (typiquement 4 mm), a bande passante 100 Hz -18O00 Hz, et à mode d'action en pression, est positionné à la base du tube rempli d'air (3) par une bague de maintien (4) en aluminium ou d'une autre matière de manière a ce que son axe se trouve à 3 mm de la paroi intérieure du tube métallique La bague de maintien est emmanchée dans le tube et fixe le microphone de telle sorte que l'etanchéité acoustique soit très bonne à cette extrémité du tube A l'autre extrémité du tube, un bouchon obturateur (5) étanche, en aluminium ou d'une autre matière, est également emmanché Le câble (6) du microphone est relié à un circuit électronique (7) contenu dans un boîtier de protection (8) Le circuit électronique amplifie et filtre le signal électrique, dans deux bandes de fréquences la première centrée à 200 Hz, la seconde à 14 kHz Le boîtier comporte en sortie une prise (9) délivrant les tensions électriques efficaces dans ces deux bandes de fréquences La première fournit l'information correspondant à la vitesse du fluide dans lequel se trouve le dispositif, la seconde fournit l'information correspondant au flux de particules solides ou liquides heurtant le tube
Applications potentielles
Le dispositif selon l'invention s'applique a toute mesure de vitesse de fluide ou de flux de particules solides ou liquides II s'applique notamment - à la mesure des flux de neige ou de sable transportes par le vent - a la mesure des flux de copeaux, paillettes ou autres particules solides ou liquides dans les conduits industriels ou autres transports de particules tels que par exemple ceux par gravité dans les silos - dans le domaine des transports aériens ou terrestres a la détection de la présence de particules solides ou liquides dans l'air telles que des précipitations de grêle, de pluie ou de neige

Claims

Revendications
1) Dispositif de mesure acoustique de la vitesse d'un fluide et du flux de particules solides ou liquides dans ledit fluide, caractérisé en ce que le dispositif détermine simultanément la vitesse du fluide et le flux de particules solides dans le fluide par discrimination fréquentielle des modes propres mecano-acoustiques du dispositif, excités d'une part par le frottement du fluide contre les parois d'une cavité fermée contenant un gaz, et d'autre part par les chocs des particules solides contre les parois de ladite cavité
2) Dispositif de mesure simultanée de la vitesse d'un fluide et du flux de particules solides ou liquides dans ledit fluide selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les excitations fluides et solides sont intégrées sur la partie mécanique du dispositif
3) Dispositif de mesure simultanée de la vitesse d'un fluide et du flux de particules solides ou liquides dans ledit fluide selon l'une des revendications 1-2, caractérisé en ce que la pression acoustique est mesurée au moyen d'un transducteur électroacoustique dont la sortie est filtrée dans deux bandes de fréquences distinctes correspondant à la réponse propre mécano-acoustique du dispositif excité par le frottement du fluide et les impacts des particules solides
4) Dispositif selon l'une des revendications 1-3, caractérise en ce que la pression acoustique est mesurée à l'aide d'un transducteur électroacoustique positionné en affleurement d'une paroi à l'intérieur de la cavité
5) Dispositif selon l'une des revendications 1-4 caractérisé en ce que la cavité est un tube de section cylindrique, carre ou rectangulaire
6) Dispositif selon l'une des revendications 1-4, caractérise en ce que la forme de la paroi est sphéroïde, parallélépipedique ou conique 7) Dispositif selon l'une des revendications 1-4, caractérisé en ce que la cavité est compartimentée
8) Dispositif selon l'une des revendications 1-4, caractérisé en ce que la paroi est métallique ou en matière plastique
9) Dispositif selon l'une des revendications 1-4 caractérisé en ce qu'une (ou plusieurs) partιe(s) de la paroi est (sont) constιtuée(s) d'une membrane de la même matière que la paroi ou d'un autre matériau
10)Dιsposιtιf selon l'une des revendications 1-9 appliqué à la mesure de la vitesse du vent, des flux de neige ou de sable transportés par le vent, ou à la pluviométrie
PCT/IB1998/001713 1997-10-27 1998-10-26 Dispositif pour la mesure de la vitesse d'un fluide et pour la mesure des flux de particules solides ou liquides dans les fluides ou le vide WO1999022245A1 (fr)

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