FR2522139A1 - Procede et dispositif de mesure du volume d'un liquide dans un reservoir par resonance acoustique - Google Patents

Abstract

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DU VOLUME D'UN LIQUIDE CONTENU DANS UN RESERVOIR PAR RESONANCE ACOUSTIQUE. IL COMPREND : UN MICROPROCESSEUR 10 COMMANDANT PAR DES MOTS D'ADRESSES RESULTANT D'INCREMENTATIONS SUCCESSIVES LA VARIATION DE LA FREQUENCE D'UN GENERATEUR 4 ALIMENTANT UN TRANSDUCTEUR ELECTROMECANIQUE H DONT LA MEMBRANE M OBTURE L'EXTREMITE SUPERIEURE D'UN TUBE DE MESURE T PLONGE DANS LE RESERVOIR R POUR RECHERCHER LA FREQUENCE DE RESONANCE ACOUSTIQUE DETERMINEE PAR LA DISTANCE ENTRE LA MEMBRANE M ET LA SURFACE S DU LIQUIDE C ET INDIQUEE PAR UN MAXIMUM DE LA TENSION PRELEVEE AUX BORNES DU TRANSDUCTEUR H. CETTE TENSION EST APPLIQUEE A UN CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMERIQUE 6 QUI FOURNIT DES DONNEES DONT LE TRAITEMENT PERMET AU MICROPROCESSEUR 10 DE DETERMINER LE MOT D'ADRESSE CORRESPONDANT A LA FREQUENCE DE RESONANCE PAR DES COMPARAISONS SUCCESSIVES DES DONNEES QU'IL RECOIT. CE MOT D'ADRESSE APPLIQUE A UNE MEMOIRE MORTE 31 DONT LA FONCTION ENTREE (ADRESSE) - SORTIE (DONNEES) CONSTITUE LA COURBE D'ETALONNAGE DU SYSTEME, PERMET D'AFFICHER EN CLAIR LE VOLUME DE LIQUIDE CONTENU DANS LE RESERVOIR R. APPLICATION : MESURE DE LA RESERVE DE CARBURANT SUR UN VEHICULE AUTOMOBILE.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DU VOLUME
D'UN LIQUIDE DANS UN RESERVOIR
PAR RESONANCE ACOUSTIQUE
La présente invention concerne des procédés et des dispositifs de mesure du volume d'un liquide contenu dans un réservoir par résonance acoustique, notamment, dans un réservoir porté par un véhicule terrestre ou maritime pouvant se déplacer et dont l'inclinaison (par rapport à la verticale ou le vecteur de gravitation) peut varier dans certaines lirnites. Elle concerne, plus particulièrement, la mesure du volume du carburant liquide contenu dans le réservoir d'un véhicule ou d'un vaisseau (canot) automobile à moteur à combustion.

Le dispositif de mesure le plus couramment utilisé pour déterminer le volume d'un carburant liquide contenu dans un réservoir comporte un flotteur dont les déplacements avec la surface du liquide sont transmis au curseur d'un potentiomètre parcouru par un courant continu, provenant de la batterie d'accumulateurs du véhicule, le potentiel sur le curseur est mesuré à l'aide d'un voltmètre à bobine mobile situé sur le tableau de bord de celui-ci. Lorsque le véhicule accélère ou décélère fortement, ou encore lorsqu'il prend des virages ou se trouve sur des surfaces inclinées, la surface du liquide restant à l'horizontale s'incline par rapport au fond du réservoir, de façon à entrainer des déplacements du flotteur ne correspondant à aucune variation du volume et à fausser ainsi l'indication de l'appareil de mesure à bobine mobile qui de toute façon n'est que très approximative.

Le procédé de mesure du niveau d'un liquide dans un réservoir par résonance acoustique est connu et décrit, par exemple, dans la publication FR-A-I 530 793 (voir préambule de la revendication 1).

Il consiste à soumettre à des oscillations mécaniques (vibrations) un milieu élastique (compressible-gaz) situé entre la source de ces oscillations (membrane) et la surface du liquide dont le niveau est à déterminer. La fréquence de résonance du système donne une indication de la distance entre la source et la surface, notamment, afin de mesurer le niveau d'un produit (liquide ou pulvérulent, par exemple) contenu dans un réservoir.

Dans l'un des modes de réalisation dc dispositif mettant en oeuvre le procédé susmentionné (voir figure 2 de ta publication précitée) on dispose d'une source d'oscillations mécaniques à fréquence variable au-dessus du réservoir contenant le produit liquide, pour transmettre des vibrations mécaniques au milieu élastique (compressible) constitué par le gaz (air et vapeurs) qui se trouve entre la surface du liquide et la source et qui est confiné dans un tube à axe sensiblement normal à cette surface, ce tube s'étendant a' travers la zone dans laquelle la position de celle-ci doit être détectée.La source d'oscillations est généralement constituée ici par un vibrateur acoustique à excitation électrique, tel qu'un hautparleur dont la bobine est alimentée par un courant alternatif fourni par un oscillateur à fréquence variable. La résonance acoustique du milieu élastique est détectée par la mesure soit du déphasage entre le courant alimentant la bobine et la tension à ses bornes, soit uniquement par celle de la tension alternative (amplitude ou valeur efficace) aux bornes de la bobine, soit de son impédance (rapport tension/courant), le Fassage par la résonance provoquant respectivement un passage par zéro de la phase relative ou une variation rapide (passage par un maximum) de la tension aux bornes de la bobine et de son impédance.On y a également proposé d'asservir la fréquence du générateur à fréquence variable à l'état de résonance acoustique du milieu élastique, par exemple, à l'aide d'un détecteur de phase, afin d'obtenir une indication permanente de la position de la surface du liquide.

Une telle disposition est susceptible de fournir des résultats de mesure erronés, lorsqu'il s'agit d'un réservoir porté par un véhicule mobile dont la structure subit des vibrations et/ou des ballottements (variations de son inclinaison) dQes aux inégalités de la surface solide ou liquide (houle) qui le supporte, ou lorsque cette surface n'est pas horizontale. La précision de l'indication du volume d'un carburant liquide contenu dans un réservoir est importante notamment dans le cas des véhicules de location pour permettre à l'utilisateur de contrôler ce volume lors de la prise en charge et du retour du véhicule, afin d'éviter des contestations éventuelles en ce qui concerne la quantité de carburant facturée par le loueur.

Si l'on veut mesurer, par exemple, le volume d'un carburant liquide contenu dans un réservoir fermé d'un véhicule automobile à l'arrêt ou en mouvement, il faut tenir compte du fait que le réservoir présente généralement des sections irrégulières dans les sens vertical et horizontal de telle sorte que le volume du liquide ne constitue pas une fonction algébrique simple du niveau mesuré par la fréquence de résonance acoustique.En outre, lorsque le véhicule est à l'arrêt, son orientation par rapport à l'horizontale que prend la surface du liquide modifie sa distance par rapport à la source des ondes acoustiques pour un même volume réel et entraîne une variation de la fréquence de résonance du système dont la compensation n'est pas possible par une simple multiplication par une fonction trigonométrique de l'angle d'inclinaison, du fait de l'irrégularité du réservoir. Dans un véhicule en mouvement, le liquide est ballotté de telle sorte qu'à chaque mesure il fournit une fréquence de résonance différente, en outre, les vibrations du chassis transmis au réservoir et celles provoquées par des chocs du liquide contre les parois de celui-ci ou du tube de confinement du milieu élastique (air, gaz) peuvent perturber les mesures du volume en fournissant des pics parasites de la courbe de résonance.

La présente invention permet de pallier en grande partie à ces inconvénients du dispositif classique de la publication précitée et de réaliser un dispositif de mesure du volume de liquide dans un réservoir mobile par résonance acoustique dans lequel les erreurs de mesure dQes à cette mobilité sont notablement réduites.

La présente invention permet d'améliorer les performances d'un dispositif de mesure du niveau d'un liquide dans un réservoir par résonance acoustique en ce qui concerne l'acquisition, le traitement et la présentation (visualisation) des données et des résultats de la mesure, de façon à éliminer ou à réduire le plus possible les erreurs de mesure, afin de rendre possible son utilisation sur un véhicule mobile susceptible de subir des variations de son inclinaison, des ballottements et des vibrations, notamment.

L'invention a pour objet un procédé de mesure du volume d'un liquide contenu dans un réservoir fermé, pouvant être mobile, au moyen d'un dispositif comprenant un transducteur électromécanique fournissant en réponse à un courant alternatif de fréquence déterminée des vibrations mécaniques de même fréquence, transmises à un milieu élastique confiné dans un tube plongé dans le réservoir de haut en bas, la fréquence de résonance acoustique du milieu élastique dans le tube étant fonction inverse de la distance séparant la source des vibrations de la surface du liquide, l'état de la résonance acoustique étant détecté par un maximum de l'amplitude de la tension alternative aux bornes du transducteur.

Suivant l'invention, le transducteur est alimenté sur son entrée par un générateur de fréquence variable, commandée au moyen d'un premier mot numérique à plusieurs digits qui constitue au moins en partie le mot d'adresse fourni par un microprocesseur, la tension alternative aux bornes du transducteur étant convertie en un nombre proportionnel à sa valeur efficace ou à la valeur moyenne de l'une au moins de ses alternances, qui constitue un second mot appliqué au microprocesseur, cette conversion étant effectuée après chaque incrémentation du mot d'adresse, le microprocesseur fournissant à sa sortie le mot d'adresse correspondant à la fréquence de résonance qui est détectée par des opérations effectuées sur les seconds mots, une mémoire morte ayant stockée la courbe d'étalonnage du sytème en ce qui concerne le volume du liquide dans le réservoir et commandant un dispositif d'affichage en clair de celui-ci.

L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé susmentionné.

L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses objets, caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit et des dessins annexés, donnés à titre d'exemple, dont la figure unique représente le schéma synoptique d'un mode de réalisation du dispositif de mesure suivant l'invention.

Sur la figure unique, on a représenté le schéma synoptique d'un mode de réalisation avantageux du dispositif de mesure du volume d'un liquide contenu dans un réservoir, par la résonance acoustique qui permet de déterminer le niveau de celui-ci, suivant l'invention.

Le réservoir R, ainsi que la partie mécanique du dispositif ont été représentés par une coupe par le plan médian (passant par l'axe longitudinal) du véhicule automobile (non représenté), qui montre un profil irrégulier indiquant une variation du contenu avec la hauteur de la surface du liquide qui est une fonction également irrégulièrement croissante. Le réservoir a été représenté avec, en bas, un tronçon de la tubulure d'alimentation A du moteur qui aboutit à la pompe à carburant (à essence) et son tube de remplissage F, à l'arrière plan.

Le tube de confinement T du milieu élastique et compressible (voir la publication précitée) que l'on soumet aux ondes de vibration mécaniques, est montré ici en coupe axiale en élévation et il est orienté normalement à la surface S du carburant C, lorsque le véhicule est à l'arrêt sur un plan horizontal. Il est, de préférence, disposé de telle sorte que son axe traverse le barycentre du réservoir R, si celui-ci se trouve dans une zone où la hauteur de ce dernier est maximale. Dans le cas contraire, le tube T est placé dans la zone de hauteur maximale du réservoir R aussi près que possible du barycentre de celui-ci.

Le réservoir R ayant été conçu, comme leur quasi-totalité, pour l'utilisation d'un dispositif d'indication à flotteur qui y est introduit par un trou circulaire 0 pratiqué dans la paroi supérieure du réservoir R et muni d'un dispositif permettant son obturation étanche E par un bouchon, on utilise ce trou 0 ainsi que le dispositif d'obturation E pour introduire le tube de confinement T qui sera appelé dans ce qui suit tube de mesure, dans le réservoir R et pour l'assujettir à ce dernier.

L'extrémité supérieure du tube de mesure T est, contrairement à la publication précitée, obturé de manière étanche au liquide par la membrane M, de préférence, en tôle mince de métal ou d'alliage non-ferromagnétique. Cette membrane M est couplée à la partie mobile d'un transducteur électromécanique H qui en réponse à un courant alternatif de fréquence variable fait vibrer la membrane M à cette même fréquence.Un tel transducteur H est avantageusement constitué par un haut-parleur électrodynamique comportant une bobine mobile B insérée dans l'entrefer d'un aimant permanent P (ou d'un électroaimant) en forme de "pot" qui est particulièrement efficace dans la bande des fréquences audibles (sonores, ici des200 à 800 Hz environ), pour lesquelles le milieu élastique confiné par le tube de mesure T entre en résonance et qui sont en fonction de la hauteur de ce milieu (distance entre la membrane M et la surface S).

Une carcasse cylindrique mince dont la face extérieure porte (par collage) par exemple la bobine B est fixée par l'une de ses extrémités au milieu de la membrane M de telle sorte que les déplacements axiaux de la bobine B, provoqués par l'interaction entre le courant qui la parcourt et le champ magnétique dans l'entrefer lui sont transmises. Les déplacements de la membrane M provoquent des ondes de compression et de dépression qui se propagent axialement dans la colonne du milieu élastique contenu dans le tube T et qui pour certaines fréquences d'oscillations entrent en résonance (les ondes émises et réfléchies par la surface forment des ondes stationnaires).Si l'on mesure la tension aux bornes de la bobine B ou son impédance, on constate qu'elles présentent alors des valeurs maximales et que le déphasage entre le courant parcourant la bobine et la tension à ses bornes devient alors nul.

Dans le dispositif suivant l'invention, le tube de mesure T a été modifié relativement à celui de la publication précitée par le fait que son extrémité inférieure L, proche du fond du réservoir, a été coupé selon un plan incliné de quelques degrés (inférieur à 50) par rapport au plan normal à son axe et quelle est munie d'un diaphragme d'obturation D qui peut être constitué par une plaque percée d'au moins une ouverture ou par un genre de filtre, qui permet de réduire l'effet du ballant ou du ballottement du réservoir
R dû à celui du véhicule. L'ouverture du diaphragme D est choisie de telle sorte que la vitesse d'écoulement du liquide contenu dans le tube T à travers elle ne soit que légèrement supérieure à la vitesse maximale possible d'écoulement à travers la tubulure d'alimentation
A du moteur.On obtient ainsi que la variation de la position de la surface S avec l'inclinaison du réservoir R n'est transmise à l'intérieur du tube T, qu'avec un retard suffisant pour réduire notablement l'effet du ballant, de façon à constituer alors l'équivalent d'un intégrateur hydraulique. La distance entre la membrane M et le diaphragme D qui constitue une surface réflectrice des ondes mécaniques dans le milieu compressible, détermine la fréquence de résonance minimale du système. Elle indiquera alors que le réservoir ne contient qu'une quantité de liquide inférieure ou égale à celle correspondant au niveau de la face supérieure de la plaque du diaphragme D.On notera ici qu'il est également possible de fixer le diaphragme D sur le plan incliné défini par l'extrémité inférieure L du tube T, ce qui entraîne un léger changement de la fréquence minimale et, par conséquent, du volume minimal que le dispositif est capable d'indiquer.

Le réservoir étant fermé de manière sensiblement étanche, la pression du gaz composé d'air et de vapeurs d'hydrocarbures, contenu entre la surface S du liquide C et la partie supérieure de la paroi de réservoir varie, pour des volumes constants, en fonction de la température ambiante, de telle sorte que la surface du liquide dans le tube T pourrait être à un niveau différent de celui dans le réservoir R, si l'on ne ménagait pas à proximité de la paroi supérieure de ce dernier, une ou plusieurs ouvertures G de communication (trous) dans la paroi latérale du tube T, permettant l'équilibrage des pressions et, par conséquent, des niveaux.

La bobine mobile B du haut-parleur H (transducteur) est réunie, à travers un générateur de courant constitué ici par un convertisseur tension-courant 1, par exemple, à la sortie d'un oscillateur à fréquence variable 2 qui forme avec un étage de commande de fréquence 3, un ensemble générateur de formes d'onde à commande de fréquence numérique 4 comprenant des entrées de commande parallèles recevant un mot de commande de plusieurs (n) digits et qui fournit sur sa sortie une onde dont la fréquence est fonction du nombre (N entier, positif) que représente le mot de commande (en code binaire ou BCD).

Un tel générateur à fréquence variable 4 en fonction d'un mot d'entrée numérique peut être réalisé de manière classique au moyen d'un oscillateur à fréquence fixe alimentant l'entrée d'horloge d'un diviseur programmable dont le facteur de division est commandé par le mot de commande.

Une autre réalisation possible utilise un oscillateur à fréquence commandée par tension (VCO) dont l'entrée de commande est alimentée par la sortie d'un convertisseur numérique-analogique (CNA). Les entrées parallèles de ce convertisseur reçoivent le mot de commande et il fournit en réponse à celui-ci une tension continue, en fonction du nombre N que ce mot représente.

La sortie du convertisseur numérique-analogique fournit donc en réponse à un nombre N qui est périodiquement incrémenté d'une unité ou d'un nombre constant d'unités, une tension périodiquement croissante en forme de rampe d'escalier. Cette tension peut être appliquée à l'entrée de commande de l'oscillateur commandé par tension, afin de fournir une forme d'onde récurrente dont la fréquence varie avec cette tension. Cet oscillateur ou convertisseur tension-fréquence, vue sa gamme de fréquence de fonctionnement peu élevée, peut être réalisé, par exemple, à l'aide d'un multivibrateur astable comprenant deux inverseurs logiques en cascade avec la sortie du second couplée à l'entrée du premier au moyen d'un condensateur, cette entrée étant également réunie au moyen d'une résistance à la jonction de la sortie du premier et de l'entrée du second.En rendant cette résistance variable, en fonction d'une tension, par exemple, au moyen d'un transistor à effet de champ dont le canal (n ou trajet drain-source) est relié en parallèle avec elle, commandé par une tension grille-source, on obtient un oscillateur à fréquence commandée par tension. Des oscillateurs à réseaux déphaseurs RC dans lesquels les résistances sont remplacées par des transistors à effet de champ sont également connus.

D'autres convertisseurs tension-fréquence sont bien connus, tels que des circuits intégrés monolithiques du type VFQl, AD 537, 450, 454 ou 456 de "ANALOG DEVICES, INC." dont les entrées de commande peuvent être reliées ou réunies à la sortie d'un convertisseur numérique-analogique du type AD 7520, AD 7533, AD 559 ou AD 561 de la société précitée, ou des générateurs de formes d'onde (fonctions) de fréquence commandée par tension, tels que celui du type 8038 de "INTERSIL, INC." ou AD 566 de "ANALOG DEVîCES,
INC.", qui fournissent des signaux carrés, rectangulaires ou en dents-de-scie.

Les mots de commande numériques de la fréquence proviennent d'un premier ensemble de sorties parallèles 11 d'un microprocesseur 10 dont le fonctionnement sera expliqué plus loin, et agissent sur la fréquence de l'onde fournie par le convertisseur tension-fréquence 2 de telle sorte qu'elle parcourt une gamme de fréquences allant d'une valeur de quelques dizaines de hertz inférieure à la fréquence de résonance minimale déterminée par le diaphragme D, jusqu'à une valeur de quelques dizaines de hertz supérieure à la fréquence de résonance maximale correspondant à un réservoir R plein (la surface S du liquide C se trouvant alors au ras de l'ouverture 0).Pour un réservoir R de forrne et de capacité déterminée, pour lequel les fréquences de résonance occupent la gamme de 420 à 580 Hz, on fera varier la fréquence de l'onde fournie par le convertisseur tension-fréquence de 400 à 600 Hz avec des pas correspondant à la précision désirée de la mesure, par exemple, de + 0,5 litres au moins. Cette gamme peut dans ce cas être parcourue en cent pas (incréments) de 2 Hz chacun, si la capacité du réservoir R est de 50 litres ou en cinquante pas de 4 Hz, si elle est de 25 litres (dans le premier cas il suffit de 7 digits pour 7 disposer au plus de 27 - 1 = 127 incrémentations successives et dans le second de 6 pour en avoir 63 > .

On notera ici que l'utilisation du microprocesseur 10 est plus avantageux qu'une réalisation dite "en logique câblée" qui est également possible, mais qui serait trop coûteuse en matériel.

Le convertisseur tension-courant (ou générateur de courant) 1 qui alimente la bobine mobile B du haut-parleur H a été représenté avec une résistance série en sortie, qui permet de prélever la tension alternative aux bornes de la bobine B afin d'obtenir la fonction de variation de son impédance avec la fréquence. Cette fonction correspond à la courbe de résonance du système acoustique composé du transducteur H, du tube de mesure T et du liquide C dont la surface S détermine la longueur active du tube T.

La tension alternative entre les bornes de la bobine B est convertie en une tension continue, par exemple, au moyen d'un montage redresseur suivi d'un réseau intégrateur simple ou multiple (ou filtre passe-bas), représenté par le convertisseur alternatifcontinu 5. Celui-ci est, de préférence, agencé de manière à fournir une tension continue proportionnelle à la valeur efficace de la tension alternative ou à la valeur moyenne de ses alternances positives, car la valeur crête de son amplitude est trop entachée de fluctuations parasites dûes aux vibrations et au ballant. Ce redresseur peut être à une ou deux alternances (pont).

La tension continue peut être obtenue également par d'autres moyens, tels que, par exemple à l'aide d'un multiplieurfdiviseur analogique intégré du type AD 534 de "ANALOG DEVICES, INC." avec deux amplificateurs opérationnels intégrés respectivement utilisés comme intégrateur actif et redresseur combiné et comme inverseur dans un circuit de rebouclage, qui constitue un convertisseur de la valeur efficace d'une tension alternative en une tension continue correspondante.

La tension continue fournie par le convertisseur 5 alimente l'entrée analogique d'un convertisseur analogique-numérique 6 fournissant sur ses sorties parallèles un mot à plusieurs digits qui correspond à un nombre proportionnel à la valeur de cette tension continue, et qui est appliqué à un jeu d'entrés parallèles 12 du microprocesseur 10. Le convertisseur analogique-numérique 6 est commandé de façon à fonctionner de manière intermittente, consécutivement à chaque changement (incrémentation) de la fréquence du générateur à fréquence variable 4, commandé par le microprocesseur 10, de telle sorte qutà chaque changement de fréquence corresponde un changement de son mot de sortie.A cette fin, il comporte des entrées de commande parallèles 7 reliées à un second jeu de sorties parallèles 13 du microprocesseur 10, qui sont reliées aux voies de commande (d'instructions) parallèles, dites "bus" de commande, 14 de ce dernier. Les entrées parallèles 12 du microprocesseur 10 sont reliées à celles d'une première unité d'entrée/sortie ou d'interface 15 (appelée "peripheral interface adapter" ou "input-output device" dans la littérature anglo-américaine) dont les sorties parallèles alimentent un "bus" de données 16 et qui comprend un jeu d'entrées de commande parallèles 17 reliées au "bus" de commande 14 et, de préférence, également à un "bus" d'adresse 18. Les entrées de commande 17 sont reliées à celles d'un décodeur interne à l'unité d'interface 15 qui commande la prise en compte des données fournies par le convertisseur analogique-numérique 6 qui peut également être commandé par le signal de sortie de ce décodeur interne. Le fait de relier les entrées de commande 17 au "bus" d'adresse 18 permet de travailler en mode d'accès direct de la mémoire (DMA) qui peut être piloté par une horloge externe 8 (CLX) indiquée en pointillé.

Les premières sorties parallèles 11 du microprocesseur 10 commandant la fréquence du générateur 4 et, éventuellement, ses mises en route et ses arrêts (c'est-à-dire son fonctionnement périodique), sont reliées à celles d'une seconde unité d'interface 19 dont les premières entrées parallèles 20 sont reliées au "bus" d'adresse 18 afin de transmettre au convertisseur numériqueanalogique 3 des mots d'adresse destinés à commander la fréquence de l'oscillateur 2. Les secondes entrées parallèles 21 de cette second unité d'interface 19 sont reliées au "bus" de commande 14 afin de commander la transmission de ces mots d'adresse vers le convertisseur numérique-analogique 3 et le fonctionnement périodique de l'oscillateur 2.

Le microprocesseur 10 comporte, en outre, une unité centrale de traitement dite processeur 22 (CPU), une unité de mémoires mortes 23 (ROM) et une unité de mémoires vives 24 (RAM), chacune de ces deux dernières pouvant comporter une ou plusieurs mémoires de capacités adaptées au nombre d'opérations que l'on lui demande.

Chacune de ces trois unités 22, 23 et 24 est reliée aux "bus" respectifs de données 16, de commande 14 et d'adresse 18. Elles peuvent être réalisées ensemble sur un ou plusieurs circuits intégrés monolithiques, leurs interconnexions dépendant du type de circuit choisi.

Le processeur 22 comprend généralement un séquenceur d'instructions équipé d'une horloge interne, un générateur ou compteur d'adresse, une unité arithmétique et logique (ALU), différents registres, décodeurs d'instructions et d'autres éléments connus, permettant d'exécuter les opérations selon des programmes et/ou sous-programmes préalablement stockés dans les mémoires mortes 23. - Les données peuvent être stockées et extraites par le processeur 22 ou par accès direct dans les mémoires vives 24.

L'utilisation du microprocesseur 10 permet d'effectuer la mesure du volume du liquide C contenu dans le réservoir R à l'aide de plusieurs procédés permettant la réduction des erreurs de mesure dûes à la mobilité du réservoir R ainsi qu'à la mobilité du liquide C dans celui-ci. Un procédé possible consiste à effectuer plusieurs mesures successives de l'entière courbe de résonance, dont les résultats sont stockés dans la mémoire vive 24, à calculer ensuite la
valeur moyenne, soit de toutes ces courbes et en recherchant ensuite l'adresse correspondant à la valeur maximale de la courbe moyenne calculée et mémorisée, soit des nombres représentés par les mots d'adresse correspondant aux valeurs maximales respectives de toutes ces courbes de résonance. Un tel enregistrement peut être effectué en mode d'accès direct de la mémoire.Il existe également plusieurs procédés de traitement des données permettant de réduire la capacité nécessaire des mémoires 23, 24, par exemple, en effectuant le calcul de la valeur maximale après chaque tranche de mesures composée d'un nombre entier (20, par exemple) d'incréments du mot d'adresse commandant la fréquence du générateur 4, en ne conservant dans la mémoire vive 24 que cette valeur maximale, ainsi que le mot d'adresse dont la fréquence de l'oscillateur est une fonction univoque, en comparant cette valeur maximale de la tranche précédente à celle de la tranche suivante, calculée après la mémorisation de chaque pas (incrément) de celle-ci.Lorsque la valeur maximale d'une tranche (précédente) est supérieure à celle de la tranche suivante, le mot d'adresse qui lui correspond est envoyé dans un registre tampon qui peut être interne au processeur 22 ou faire partie de l'unité des mémoires vives 24. I1 est ensuite possible de répeter le cycle de mesure précédent plusieurs fois pour pouvoir effectuer le calcul de la valeur moyenne des nombres représentant les mots d'adresse qui correspondent respectivement aux maxima des courbes de résonance de chaque cycle et de transférer le mot "d'adresse moyen" résultant de ce calcul à un registre de sortie 25 relié au processeur 22 par deux "bus" 26, 27 véhiculant respectivement le résultat du calcul et les instructions pour changer le mot qui y est stocké et qui n'est renouvelé que lors de l'obtention d'un nouveau résultat de calcul.

Les sorties parallèles du registre de sortie 25 qui fournissent le "mot d'adresse moyen" sont réunies soit directement, soit par l'intermédiaire d'une troisième unité d'interface 28 (représentée en pointillé), au troisième jeu de sorties parallèles 29 du microprocesseur 10. Les sorties parallèles 29 sont reliées aux entrées d'adresse parallèles 30 d'une mémoire morte extérieure 31 au microprocesseur 10, qui est programmé en fonction du réservoir R utilisé, afin que le mot fourni par ses sorties parallèles en réponse au mot d'adresse reçu, corresponde au volume du liquide C en litres, contenu dans celui-ci. Plus précisément, la conversion qu'effectue cette mémoire morte extérieure 31 correspond à la courbe d'étalon- nage obtenue en versant successivement des volumes constants de liquide dans un réservoir R de ce type (en position horizontale du véhicule).

Les sorties parallèles de la mémoire morte extérieure 31 alimentent les entrées parallèles 33 d'un circuit décodeur-démultiplexeur 31 dont les sorties alimentent un dispositif d'affichage 34 composé de trois afficheurs à sept segments (à diodes émettrices de lumière, par exemple) juxtaposes qui constituent ensemble le dispositif de visualisation du volume de carburant.

La mémoire morte (ROM) exterieure 31 peut être prévue pour compenser également l'effet de variation de l'assiette de la voiture à l'arrêt soit en changeant de courbe d'étalonnage [N adresse = F (volume)] pour plusieurs assiettes, c'est-à-dire en aiguillant les sorties 29 vers des entrées d'adresse d'une autre partie de celle-ci ou vers une autre mémoire morte, lorqu'elle est constituée par une pile de ROMs, en fontion de cette assiette. Cette assiette peut être mesurée par l'inclinaison d'un pendule (à déplacement amorti) par rapport à la voiture, soit uniquement dans un plan parallèle ou normal à l'axe longitudinal du véhicule ou dans l'espace tridimensionnel. La tige du pendule pourrait alors être suspendue de façon articulée à l'aide d'une rotule qui pourrait entraîner deux potentiomètres ayant respectivement des axes perpendiculaires dans un plan horizontal, qui sont respectivement entraînés par un mécanisme du type "manche à balai" ("joystick" en anglais).L'indication de l'angle d'inclinaison peut également se faire à l'aide d'une barrière optique (non représentée), où l'extrémité du pendule portant une diode émettrice de lumière éclaire l'une des photodiodes d'une rampe de celles-ci, disposées en arc de cercle et respectivement couplées à des entrées d'un multiplexeur commandé par un compteur dont le mot de sortie, lorsqu'il comcide avec un état indiquant l'éclairement d'une photodiode, donne la position de celles, qui correspond à l'angle d'inclinaison dont on veut tenir compte.On appliquera alors ce mot de sortie du compteur aux entrées de commande de la pile de
ROMs de façon à choisir celle des mémoires mortes de la pile qui correspond à la courbe d'étalonnage adéquate pour l'angle d'inclinaison concerné, et qui répondra au "mot d'adresse moyen" d'entrée.

Dans un autre procédé de mesure, on effectue une première fois la recherche de la valeur maximale à partir de la fréquence minimale (mot d'adresse égal à 0) par tranches successives de n (20) pas ou incréments d'adresse comme précédemment en dépassant d'une tranche celle qui contient une valeur maximale. Lorsque toutes les valeurs du second mot correspondant à des adresses consécutives sont inférieures à celle-ci, elle constituera le maximum de la courbe de résonance que l'on devait rechercher. On extraira cette valeur maximale ainsi que le mot d'adresse NM correspondant que l'on stockera. Ensuite, le compteur d'adresse effectue un retour de n/2 pas par rapport à l'adresse NM de ce mot (on décrémente le mot d'adresse NM de n/2 si n est entier et pair).

On peut alors parcourir plusieurs fois les n pas d'une tranche en stockant les portions correspondantes de la courbe de résonance dans la mémoire vive 24 à partie de l'adresse NM - n/2 et jusqu'à
NM + n/2. A partir de ces résultats, il y a également deux possibilités pour élaborer une valeur moyenne permettant de réduire la marge d'erreur dQe à la mobilité. L'une consiste à calculer la valeur moyenne des mots d'adresse correspondant aux maxima respectifs de toutes les tranches de courbes de résonance ainsi stockés et à l'inscrire dans le registre de sortie 25.L'autre possibilité consiste à élaborer une courbe de résonance moyenne en calculant la moyenne de valeurs des données stockées à des adresses correspondantes de chaque courbe (ou en les additionnant) et à inscrire cette courbe moyenne (ou somme) en élaborant des nouveaux mots d'adresse correspondants pour obtenir une tranche centrale moyenne (ou somme) de la courbe, et à rechercher ensuite l'addresse correspondant à sa valeur maximale qui pourra être utilisée en lui faisant subir l'inverse du traitement qui lui a été appliquée pour l'obtenir à partir de la succession des mots d'adresse initialement utilisées.

Un autre procédé permettant d'économiser des capacités des mémoires internes 23, 24 du microprocesseur 10, consiste à comparer après chaque pas ou incrémentation du mot d'adresse et, par conséquent, de la fréquence de l'oscillateur 2, la donnée en train d'être fournie par le convertisseur A/N 6 à celle stockée au cours du pas précédent, afin d'en déterminer la supériorité, l'égalité ou la différence. Lorsque la dernière donnée reçue est supérieure à celle reçue et mémorisée au cours du pas d'acquisition précédant, on peut remplacer le contenu de ia mémoire vive (accumulateur) par cette dernière donnée avant d'incrémenter le mot d'adresse d'une unité et procéder au prochain pas d'acquisition suivi d'une comparaison analogue.

Lorsque le résultat de la comparaison indique que le dernier mot de données est d'une valeur inférieure ou égale à la précédente, il n'est pas possible de conclure que l'on soit arrivé au pic de la courbe de résonance, parce que celle-ci comporte de nombreux petits maxima (pics) relatifs dûs aux vibrations et aux ballottements du liquide.

On passera donc dans ce cas à un sous-programme ("subroutine" en anglais) de p (p nombre entier) cycles consécutifs d'incrémentation, d'acquisition et de comparaison successives pour déterminer si le pic précédent était le maximum de la courbe ou non. Si la réponse est négative on revient au programme initial qui continue jusqu'à la prochaine inversion de la courbe, où l'on reprend le même sous-programme de p cycles. Si la réponse est affirmative, c'est-à-dire si toutes les données successivement acquises au cours de ce sous-programme ont une valeur inférieure soit à celle acquise précédemment, soit à celle qui a été stockée durant le pas précédant l'inversion de la courbe au cours du programme normalement exécuté, le mot d'adresse en fin de sous-programme est décrémenté de p + 1, afin qu'il fournisse celui correspondant au maximum de la courbe ainsi obtenue.Le mot d'adresse résultant est, soit inscrit au registre de sortie 25 afin de servir à l'affichage, soit stocké dans un accumulateur interne du processeur 22 pour servir à l'élaboration d'un "mot d'adresse dit moyen" résultant de plusieurs cycles de mesure consécutifs, qui est ensuite transféré au registre de sortie 25.

Lorsque l'on dispose de mémoires vives 24 de grande capacité, le stockage successif de plusieurs courbes de résonance peut être effectué en accès direct de la mémoire. Ensuite on peut procéder par des comparaisons successives des données mémorisées à des mots d'adresse consécutifs pour extraire le maximum absolu pour chaque courbe en la testant à l'aide d'un sous-programme du type décrit. Alternativement on peut additionner ou calculer la valeur moyenne des données qui se trouvent à des adresses correspondant à la même fréquence du générateur 4. Certains types de memoires vives permettent d'ajouter aux données stockées à une adresse déterminée des données acquises postérieurement et dirigées à la même adresse. Cette propriété permet de simplifier le programme et les interconnexions du microprocesseur.Après obtention de la courbe moyenne ou "somme" stockée dans une RAM, on peut en extraire la valeur maximale de celle-ci, ainsi que le mot d'adresse correspondant qui sera transféré au registre de sortie 25 pour affichage.

En utilisant une mémoire morte extérieure 31 pour y stocker des courbes d'étalonnage qui expriment les fonctions complexes entre l'adresse correspondant à la fréquence de résonance acoustique de la cavité excitée par la membrane et dépendant du niveau du liquide et le volume de celûi-ci, le même circuit électronique pourrait être utilisé pour différents types de réservoirs (de voitures automobiles) en changeant les courbes d'étalonnage (ROMs 313.

Si la précision désirée est, par exemple de + 0,5 litres, il suffit de renouveler le contenu du registre de sortie 25 toutes les 5 minutes, par exemple, le fonctionnement du dispositif peut donc être intermittant et même son alimentation en énergie, à l'excep- tion de ce registre de sortie 25 et des circuits en aval de celui-ci, peut être interrompue pendant ia majeure partie de l'intervalle de récurrence du processus d'acquisition et de traitement des données.

Par adjonction au dispositif de mesure décrit ci-dessus, d'une mémoire vive extérieure (non représentée), alimentée en permanence et comportant des générateurs d'adresse et d'instructions propres, programmés pour recueillir les données fournies par la mémoire morte extérieure 31, par exemple, il serait possible d'obtenir une indication concernant la quantité totale de carburant ayant transité par le réservoir pendant une période donnée.

on notera ici que le microprocesseur 10 qui n'est utilisé ici qu'avec un rapport cyclique relativement faible, peut être utilisé pour contrôler à tour de rôle (multiplexage dans le temps), d'autres fonctions du véhicule, tels que la consommation de carburant, le freinage, le fonctionnement de l'allumage, la dépollution de ses gaz d'échappement et la temperature dans l'habitacle (climatisation), du lubrifiant ou du fluide de refroidissement du moteur, par exemple.

L'un des principaux avantages de la présente invention, outre la précision accrue de la mesure, est constitué par le fait qu'aucune tension ou courant électrique n'entre à l'intérieur du réservoir R.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Procédé de mesure du volume d'un liquide (C) contenu dans un réservoir (4) fermé, pouvant être mobile, au moyen d'un dispositif comprenant un transducteur électromécanique (H) fournissant en réponse à un courant alternatif de fréquence déterminée des vibrations mécaniques de même fréquence, transmises à un milieu élastique confiné dans un tube (T) plongé dans le réservoir de haut en bas, la fréquence de résonance du milieu acoustique dans le tube (T) étant fonction inverse de la distance séparant la source (M) des vibrations de la surface (S) du liquide (C), l'état de la résonance acoustique étant détecté par un maximum de l'amplitude de la tension alternative aux bornes du transducteur (H), caractérisé en ce que le transducteur (H) est alimenté sur son entrée par un générateur de fréquence variable (4 > , commandée au moyen d'un premier mot numérique à plusieurs digits qui constitue au moins en partie le mot d'adresse fourni par un microprocesseur (10), la tension alternative aux bornes du transducteur (H) étant convertie en un nombre proportionnel à sa valeur efficace ou à la valeur moyenne de l'une au moins de ces alternances de façon à constituer un second mot appliqué au microprocesseur (10), cette conversion étant effectuée consécutivement à chaque incrémentation du mot d'adresse, en ce que le microprocesseur (10) fournit à sa sortie le mot d'adresse correspondant à la fréquence de résonance qui est détectée par des opérations effectuées sur les seconds mots, et en ce qu'une mémoire morte (31) ayant stockée la courbe d'étalonnage du système en ce qui concerne le volume du liquide dans le réservoir, alimente un dispositif d'affichage en clair de celui-ci.

2. Procédé de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs cycles de mesure consécutifs de la courbe sont effectués en faisant chaque fois varier le mot d'adresse par increments égaux, entre une valeur minimale correspondant à une fréquence inférieure à la fréquence de résonance, lorsque le réservoir (R) est vide, et une valeur maximale correspondant à une fréquence supérieure à la fréquence de résonance représentant un réservoir (R > plein et en stockant les seconds mots respectifs correspondant à une même fréquence des cycles successifs dans des cases de la mémoire vive (24) ayant des adresses en partie correspondantes.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le microprocesseur (10) calcule la valeur moyenne des mots d'adresse correspondant au maxima respectifs des courbes de résonance des cycles de mesure consécutifs, qu'il fournit ensuite à sa sortie.

4. Procédé de mesure suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le microprocesseur (10) calcule la valeur moyenne des seconds mots respectifs correspondant au même premier mot dans les cycles de mesure consécutifs, afin d'élaborer une courbe de résonance moyenne qui est mémorisée, en ce qu'il calcule ensuite par comparaisons successives des valeurs correspondant à des adresses croissantes, afin de retrouver la valeur maximale de cette courbe moyenne et le mot d'adresse qui lui correspond, celui-ci étant ensuite appliqué à sa sortie.

5. Procédé de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le microprocesseur' (10), chaque second mot fourni à la suite d'une incrémentation du premier mot est comparé au second mot reçu précedemment, de façon à déterminer si celui-là est supérieur à celui-ci, en ce que dès que se produit le cas contraire, le microprocesseur (10) interrompt son programme normal et fait démarrer un sous-programme d'un nombre p prédéterminé de pas, durant lequel il vérifie si les seconds mots reçus sont inférieurs successivement l'un à l'autre, et si chacun d'eux est inférieur au second mot reçu avant l'inversion de la courbe, et en ce que, si c'est le cas à la fin du sous-programme, il décrémente son dernier mot d'adresse de (p + 1), afin de fournir celui correspondant au pic de la courbe résonance sur sa sortie.

6. Procédé de mesure suivant la revendication 5, caractérisé en ce que, lorsque l'un au moins des seconds mots reçus au cours du sous-programme est supérieur à un second mot précédent de celui-ci ou au second mot reçu avant l'inversion précédent le passage au sous-programme, le microprocesseur (10) revient à l'adresse précédant ce passage et recommence les comparaisons successives jusqu'à ce que la prochaine inversion de la courbe le ramène au même sous-programme.

7. Procédé de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque mesure de volume démarre à partir du premier mot (d'adresse) correspondant à un réservoir vide et poursuit

I'acquisition et la comparaison des seconds mots respectivement par tranches égales de n (pair, entier) pas d'incrémentations successives égales du premier mot, l'acquisition des seconds mots correspondant à n incrémentations successives du premier et leur comparaison aux seconds mots correspondant au premier mot transrnis précedemment pouvant être effectuées, soit de manière alternée, soit de manière séquentielle dans une tranche, en ce que l'on mémorise le second mot représentant la valeur maximale dans la tranche résultant de ces comparaisons, ainsi que le mot d'adresse correspondant avant de procéder à la mesure dans la tranche suivante, afin de comparer le second mot de valeur maximale de la tranche précedente soit à l'un ou à plusieurs mots de la tranche suivante, soit à la valeur maximale de cette dernière, et en ce que, lorsque les valeurs de tous les seconds mots de la tranche suivante sont inférieures au second mot de valeur maximale de la tranche précedente, le microprocesseur (10) passe à un sous-programme dans lequel le mot d'adresse mémorisé du second mot de valeur maximale est décrémenté de la moitié du nombre de pas contenus dans une tranche (n/2) afin de procéder à plusieurs cycles de mesure successifs dans la tranche centrée autour du mot d'adresse correspondant au second mot de valeur maximale résultant de la première acquisition et comparaison, les tranches centrales des courbes de résonance respectivement obtenues par ces mesures successives servant à calculer la valeur moyenne soit des mots d'adresse correspondant au divers maxima, soit des tranches de courbes dont on extrait après la mémorisation de la courbe moyenne, le mot d'adresse correspondant à sa valeur maximale.

8. Dispositif de mesure du volume dXun liquide !C) contenu dans un réservoir (R) fermé, porté par un véhicule mobile, par la résonance acoustique d'un milieu élastique et compressible confiné à l'intérieur d'un tube de mesure (T) plongeant dans ce réservoir (R), dont l'axe est normal au fond de celui-ci et qui comprend une extrémité inférieure ouverte aboutissant à proximité de ce fond et une extrémité supérieure qui atteint au rnoins la paroi supérieure du réservoir (R) à laquelle sa circonférence est réunie de manière étanche et qui est obturée par une membrane élastique (M) et étanche faisant partie d'un transducteur électromécanique, tel qu'un haut-parleur du type électrodynamique (H) comprenant une bobine mobile (B) disposée dans le champ magnétique d'un aimant (P) et parcouru par un courant alternatif fourni par un générateur à fréquence variable (4), les bornes de sortie du transducteur (fol) fournissant une tension alternative dont l'amplitude varie en fonction de cette fréquence de façon à atteindre une valeur maximale lorsque le milieu élastique entre en résonance dont la fréquence est déterminée par sa hauteur constituée par la distance entre la membrane (M) qui est la source des oscillations mécaniques et la surface (S) du liquide (C), le tube (T) communiquant par un trou (G) situé sous la paroi supérieure du réservoir (R) avec celui-ci, caractérisé par le fait que le tube (T) est partiellement obturé à son extrémité inférieure par un diaphragme (D) muni d'au moins une ouverture dont la dimension est choisie de telle sorte que la vitesse d'écoulement d'un liquide à travers elle soit au moins légèrement supérieure à celle correspondant à la consommation maximale possible passant par la tubulure d'alimentation (A > , afin d'atténuer l'effet du ballant du liquide dans le réservoir (R), dû à sa mobilité.

9. Dispositif de mesure suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le tube de mesure (T) est disposé dans le réservoir (R) dans sa zone de plus grande profondeur, avec son axe passant aussi près du barycentre de celui-ci que possible.

10. Dispositif de mesure suivant l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le plan défini par l'extrémité inférieure (L) du tube (T) est légèrement incliné par rapport au plan normal à son axe qui est parallèle au fond du réservoir (R).

11. Dispositif de mesure suivant l'une des revendications 8à 10, caractérisé en ce que le générateur à fréquence variable (4) comporte un circuit de commande de fréquence (3) dont les entrées parallèles recoivent un premier mot numérique dont les incrémentations successives commandent les variations correspondantes de la fréquence d'un oscillateur (2), et en ce que la tension alternative entre les bornes du transducteur (H) est appliquée, par l'intermé- diaire d'un circuit de conversion (5) de celle-ci en une tension continue de niveau proportionnelle à sa valeur efficace ou à la valeur moyenne de l'une au moins de ses alternances, à l'entrée d'un convertisseur analogique-numérique (6) qui est synchronisé avec les incrémentations du premier mot, de telle sorte qu'il fournisse à la suite de chaque incrémentation de celui-ci et, par conséquent, de celle de la fréquence du courant alimentant la transducteur (H), un second mot numérique proportionnel à cette tension continue, afin de permettre la recherche de la résonance par des comparaisons successives des seconds mots dont celui qui représente la valeur maximale indique la résonance, la fréquence étant déterminée à l'aide du premier mot correspondant à l'adresse du second mot.

12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le mot.d'adresse correspondant au second mot de valeur maximale est appliqué à une mémoire morte (31) programmée de façon à représenter la courbe d'étalonnage du système exprimant la fonction entre le volume contenu dans le réservoir et le mot d'adresse correspondant à la fréquence de l'oscillateur, cette memoire morte (31) convertissant ce mot d'adresse en un mot numérique exprimant le volume en litres, qui est appliqué à un dispositif d'affichage en clair comportant un ensemble de décodeurs/démultiplexeurs (32) et plusieurs afficheurs à sept segments (34) juxtaposes.

13. Dispositif suivant les revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu'il comporte un microprocesseur (10) dont des premières sorties parallèles (11) couplées au bus d'adresse (18) fournissent le premier mot au générateur (4 > , dont des entrées parallèles (12) réunies au bus de données (16) reçoivent les seconds mots, et dont un registre de sortie (25) fournit le mot d'adresse correspondant au second mot de valeur maximale, éventuellement, en calculant sa valeur moyenne sur plusieurs cycles de mesure successifs.

14. Application du dispositif suivant l'une des revendications 8 à 13, à la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 2 à 7.