FR2566907A1 - Pressure sensor. - Google Patents
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Abstract
Description
CAPTEUR DE PRESSION
La présente invention a pour objet un capteur de pression.PRESSURE SENSOR
The present invention relates to a pressure sensor.
De façon plus précise la présente invention concerne un capteur de pression permettant de détecter les modulations de la pression qui lui est appliquée. De préférence, cette pression est une pression différentielle.More precisely, the present invention relates to a pressure sensor making it possible to detect the modulations of the pressure applied to it. Preferably, this pressure is a differential pressure.
I1 existe un certain nombre de cas ot l'on souhaite mesurer la fréquence de modulation d'une pression ou plus précisément d'une pression différentielle. sans que la mesure de la valeur de la pression différentielle elle-même soit nécessaire. There are a number of cases where it is desired to measure the frequency of modulation of a pressure or more precisely of a differential pressure. without the measurement of the value of the differential pressure itself being necessary.
C'est notamment le cas des compteurs a tourbillon pour le gaz.This is particularly the case with vortex meters for gas.
Ce type de compteur basé sur l'effet Karman est bien connu. On pourra se reporte au brevet -français 2 506 933 pour en avoir une description détaillée. I1 suffit de rappeler qu'un tel compteur comprend un obstacle disposé en travers de la conduite dans laquelle s'écoule le fluide dont on veut mesurer le débit. Cet obstacle engendre des tourbillons qui se détachent alternativement de chacune des faces de l'obstacle disposées sensiblement parallèlement a l'écoulement du fluide. La fréquence de formation de ces tourbillons est proportionnelle a la vitesse du fluide. This type of counter based on the Karman effect is well known. Reference may be made to French patent 2,506,933 for a detailed description. It suffices to recall that such a meter includes an obstacle placed across the pipe through which the fluid flows, the flow of which is to be measured. This obstacle generates vortices which detach alternately from each of the faces of the obstacle arranged substantially parallel to the flow of the fluid. The frequency of formation of these vortices is proportional to the speed of the fluid.
Pour mesurer cette fréquence on mesure les variations de la différence des pressions du fluide au voisinage des deux faces de l'obstacle. Pour cela, l'obstacle comprend deux conduits qui débouchent respectivement dans les faces de l'obstacle. On comprend que dans ce cas c'est la fréquence de modulation de la pression différentielle qui est la grandeur caractéristique et non la valeur a chaque instant, de la pression différentielle.To measure this frequency, the variations in the difference in fluid pressures in the vicinity of the two faces of the obstacle are measured. For this, the obstacle comprises two conduits which open respectively into the faces of the obstacle. It is understood that in this case it is the frequency of modulation of the differential pressure which is the characteristic quantity and not the value at each instant, of the differential pressure.
Pour mesurer la fréquence de modulation de la pression différentielle on a dévia proposé d'utiliser un capteur comportant une membrane sur les faces de laquelle sont respectivement appliquées les deux pressions dont on veut mesurer la différence. Les déplacements de la membrane sont mesurés par un détecteur å selfs variables.To measure the modulation frequency of the differential pressure, it has been proposed to use a sensor comprising a membrane on the faces of which the two pressures are respectively applied, the difference of which is to be measured. The displacements of the membrane are measured by a detector with variable inductors.
Un tel détecteur qui implique une circulation . de courant électrique est peu satisfaisant dans le cas ou le compteur å tourbillon sert å mesurer le débit d'un gaz explosif, car il nécessite l'usage d'un boîtier anti-déflagrant. Such a detector which involves circulation. of electric current is unsatisfactory in the case where the vortex meter is used to measure the flow of an explosive gas, since it requires the use of an explosion-proof enclosure.
De plus, frequemment, il y a une distance non négligeable entre le lieu ou est implanté le compteur avec son capteur de pression différentielle et la zone de contrôle ou l'on veut disposer de l'affichage de la mesure de débit effectuée par le compteur. Dans le cas du capteur inductif cette information est transmise sous forme d'un signal électrique qui peut être perturbé par des interférences électromagnétiques. In addition, frequently, there is a significant distance between the place where the meter is installed with its differential pressure sensor and the control area where you want to have the display of the flow measurement made by the meter . In the case of the inductive sensor, this information is transmitted in the form of an electrical signal which can be disturbed by electromagnetic interference.
Pour remédier d ces inconvénients. un objet de l'invention est de fournir un capteur de pression pour mesurer la fréquence de modulation de la pression qui ne nécessite pas de circuit électrique ou électronique a proximité immédiate du compteur et qui, de plus, permette une transmission a distance du signal de mesure qui ne soit pas susceptible d'être perturbé par des interférences électromagnétiques.To remedy these drawbacks. an object of the invention is to provide a pressure sensor for measuring the frequency of modulation of the pressure which does not require an electrical or electronic circuit in the immediate vicinity of the meter and which, moreover, allows a remote transmission of the signal of measurement which is not likely to be disturbed by electromagnetic interference.
Pour atteindre ce but, le capteur de pression selon l'invention comprend une enceinte étanche déformable et un conduit pour appliquer dans ledite enceinte une pression variable dans le temps, et il se caractérise en ce que ledite enceinte comporte une portion dont la courbure est modifiée sous l'effet des variations de ladite pression et d'une pression externe a l'enceinte, et en ce qu'il comporte en outre une fibre optique fixée en partie sur la face externe de ladite enceinte pour qu'une partie de ladite fibre ait a chaque instant une courbure sensiblement identique a celle de ladite portion de l'enceinte, des moyens pour appliquer a une première extrémité de la fibre un signal lumineux d'intensif détermlnCe-, et. des moyen; pour mes;ti.r.er. les. To achieve this goal, the pressure sensor according to the invention comprises a deformable sealed enclosure and a conduit for applying in said enclosure a variable pressure over time, and it is characterized in that said enclosure comprises a portion whose curvature is modified under the effect of variations of said pressure and of a pressure external to the enclosure, and in that it further comprises an optical fiber partially fixed on the external face of said enclosure so that part of said fiber has at each instant a curvature substantially identical to that of said portion of the enclosure, means for applying to a first end of the fiber a light signal of determined intensity, and. means; for my; ti.r.er. the.
variations d'atténuation dudit signal lumineux dans le temps. ladite atténuation étant représentative. a chaque instant, de la valeur de ladite pression par l'intermédiaire desdites variations de courbure.variations in attenuation of said light signal over time. said attenuation being representative. at each instant, of the value of said pressure by means of said variations in curvature.
En d'autres ternes, les variations de la différence des pressions appliquées de part et d'autre de l'enceinte provoquent des variations de la courbure de l'enceinte et donc de la portion de fibre optique solidaire de l'enceinte. Les variations de la courbure de la fibre modifient le coefficient de transmission de la fibre.In other words, variations in the difference in pressures applied on either side of the enclosure cause variations in the curvature of the enclosure and therefore in the portion of optical fiber integral with the enclosure. Variations in the curvature of the fiber modify the transmission coefficient of the fiber.
Comme on l'expliquera ultérieurement le coefficient de transmission diminue lorsque le rayon de courbure diminue, du fait de pertes. En mesurant les variations du signal recueilli å la deuxieme extrémité de la fibre optique on peut en déduire la fréquence de modulation de la différence des pressions appliquées de part et d'autre de l'enceinte étanche.As will be explained later the transmission coefficient decreases when the radius of curvature decreases, due to losses. By measuring the variations of the signal collected at the second end of the optical fiber, it is possible to deduce the modulation frequency from the difference of the pressures applied on either side of the sealed enclosure.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement a la lecture de la description gui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés å titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue en perspective partiellement écorchée d'un premier mode de réalisation d'un capteur de pression selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du capteur de la figure 1; - la figure 3 est une vue simplifiée de la partie optique du capteur selon un premier mode perfectionné de réalisation du capteur; - la figure 4 est une vue simplifiée de la partie optique du capteur selon un deuxième mode perfectionné de réalisation du capteur; et - les figures 5a a Sc sont des vues simplifiées en coupe transversale de trois modes de réalisation de l'enceinte déformable du capteur.Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the description which follows of several embodiments of the invention given by way of nonlimiting examples. The description refers to the appended drawing in which: - Figure 1 is a partially cutaway perspective view of a first embodiment of a pressure sensor according to the invention; - Figure 2 is a longitudinal sectional view of the sensor of Figure 1; - Figure 3 is a simplified view of the optical part of the sensor according to a first improved embodiment of the sensor; - Figure 4 is a simplified view of the optical part of the sensor according to a second improved embodiment of the sensor; and - Figures 5a to Sc are simplified cross-sectional views of three embodiments of the deformable enclosure of the sensor.
En se référant aux figures 1, 2 et Sa, on va décrire un premier mode de réalisation d'un capteur selon l'invention.Referring to Figures 1, 2 and Sa, we will describe a first embodiment of a sensor according to the invention.
Le capteur comprend une enceinte déformable étanche 10 formée par une paroi latérale 12 et par deux parois d'extrémité 14 et 16. La paroi latérale 12 est une surface cylindrique d'axe XX' dont la section droite a la forme représentée sur la figure 5a. La paroi latérale est constituée par deux demi-cylindre 18 et 20 raccordés d deux portions planes parallèles entre elles 22 et 24.The sensor comprises a deformable sealed enclosure 10 formed by a side wall 12 and by two end walls 14 and 16. The side wall 12 is a cylindrical surface of axis XX 'whose cross section has the shape shown in FIG. 5a . The side wall is formed by two half-cylinders 18 and 20 connected by two plane portions parallel to each other 22 and 24.
La paroi latérale 12 est, par exemple, réalisée avec une feuille en cuivre de 50 ssm d'épaisseur qui est recouverte d'une couche de colle comme on l'expliquera ultérieurement. Le rayon R des demi-cylindres est égal å 5 mm et la distance entre les deux demi-cylindres vaut 20 mm. La. longueur de l'enceinte selon l'axe XX'. The side wall 12 is, for example, made with a copper sheet 50 ssm thick which is covered with a layer of adhesive as will be explained later. The radius R of the half-cylinders is 5 mm and the distance between the two half-cylinders is 20 mm. The length of the enclosure along the axis XX '.
est de 50 mm.is 50 mm.
Une première conduite 30 débouche a l'intérieur de l'enceinte 10 par un embout 32 monté dans la paroi d'extrémité 14. La conduite 30 sert a introduire dansl'enceinte 10 un gaz a une première pression P1 dépendant du temps. A first pipe 30 opens inside the enclosure 10 by a nozzle 32 mounted in the end wall 14. The pipe 30 serves to introduce into the enclosure 10 a gas at a first pressure P1 dependent on time.
A l'intérieur de l'enceinte 10 le capteur comprend une pièce de remplissage 34 qui a une forme semblable a celle de l'enceinte 10. La pièce 34 est fixée par ses deux extrémités sur les parois d'extrémité 14 et 16. La pièce 34 définit a l'intérieur de l'enceinte 10 un volume libre 36 d'épaisseur sensiblement constante h.Inside the enclosure 10 the sensor comprises a filling part 34 which has a shape similar to that of the enclosure 10. The part 34 is fixed by its two ends to the end walls 14 and 16. The piece 34 defines inside the enclosure 10 a free volume 36 of substantially constant thickness h.
L'embout 32 est prolongé par deux canalisations internes 38 et 39 ménagées dans la pièce de remplissage qui débouchent dans le volume libre 36.The end piece 32 is extended by two internal pipes 38 and 39 formed in the filling part which open into the free space 36.
L'enceinte 10 est enfermée dans un boltier étanche rigide 40. L'espace 42, mieux visible sur la figure 2 compris entre l'enceinte 10 et le boîtier 40 a une épaisseur h' sensiblement égale å h les épaisseurs h et h' valent par exemple 0,5 mm. Une conduite 44 débouchant dans l'espace 42 permet d'y introduire un gaz b une deuxième pression P2. Ainsi, la paroi latérale 12 de l'enceinte 10 est soumise å la différence de pression P1-P2; pour la pression
P1=P2 l'enceinte 10 a, en section droite. la forme représentée sur la figure Sa. Lorsque P1 et P2 sont différentes, la paroi latérale 12 de l'enceinte se forme sous l'effet de la pression différentielle ;1. The enclosure 10 is enclosed in a rigid watertight bolt case 40. The space 42, better visible in FIG. 2 between the enclosure 10 and the housing 40 has a thickness h ′ substantially equal to h the thicknesses h and h ′ are equal for example 0.5 mm. A pipe 44 opening into the space 42 allows a gas b to be introduced at a second pressure P2. Thus, the side wall 12 of the enclosure 10 is subjected to the pressure difference P1-P2; for pressure
P1 = P2 the enclosure 10 a, in cross section. the shape shown in FIG. Sa. When P1 and P2 are different, the side wall 12 of the enclosure is formed under the effect of the differential pressure; 1.
raison de sa très faible épaisseur. En particulier, les portions de paroi 18 et 20 qui sont semi-cylindriques pour Plan2 voient leur rayon de courbure moyen varier, ces portions n'étant plus semi-cylindriques.because of its very thin thickness. In particular, the wall portions 18 and 20 which are semi-cylindrical for Plan2 see their mean radius of curvature vary, these portions no longer being semi-cylindrical.
Plus précisément. si P1 est supérieure a P2, le rayon de courbure moyen augmente, et dans le cas inverse il diminue. Typiquement, lorsque le capteur de pression est utilisé avec un compteur d tourbillon la pression différentielle varie de 0,1 mbar a 1 bar. More precisely. if P1 is greater than P2, the mean radius of curvature increases, and in the opposite case it decreases. Typically, when the pressure sensor is used with a vortex counter, the differential pressure varies from 0.1 mbar to 1 bar.
Pour détecter les variations du rayon de courbure moyen des portions de paroi 18 et 20, qui sont représentatives des variations de la pression différentielle P1-P2, le capteur de pression comprend une fibre optique 5Q dont une partie 52 est bobinée sur la partie médiane de la paroi latérale 12 de l'enceinte 10. En effet, c'est dans cette région la plus éloignée des parois d'extrémitê 14 et 16 que la déformation est la plus importante pour une différence de pression donnée.To detect variations in the mean radius of curvature of the wall portions 18 and 20, which are representative of variations in the differential pressure P1-P2, the pressure sensor comprises an optical fiber 5Q, a portion 52 of which is wound on the middle portion of the side wall 12 of the enclosure 10. Indeed, it is in this region furthest from the end walls 14 and 16 that the deformation is greatest for a given pressure difference.
Sur les figures 1 et 2 la partie bobinée 52 de la fibre optique comprend trois spires, approximativement jointives, le plan moyen de chaque spire étant sensiblement perpendiculaire a l'axe XX' de l'enceinte.In FIGS. 1 and 2 the coiled part 52 of the optical fiber comprises three turns, approximately contiguous, the mean plane of each turn being substantially perpendicular to the axis XX 'of the enclosure.
La portion bobinée 52 de la fibre comprend : au moins une demi-spire qui est collée sur une des deux portions semi-cylindrique. La partie bobinée 52 est collée sur la paroi latérale 12 de l'enceinte a l'aide d'un adhésif tel que celui qui est commercialisé sous la marque zAraldite". De préférence, les spires de la bobine sont noyées dans une couche d'adhésif 53 d'épaisseur- par exemple égale - 300 -Ba -et de toute manière' 'supérieure au diamètre de la fibre, qui couvre toute la paroi latérale 12. Eventuellement, la couche d'adhésif est recouverte par une deuxième feuille métallique pour éviter le contact entre l'adhésif et le gaz. Ainsi, les déformations de la paroi 12 sont intégralement transmises aux spires de la fibre optique 50.En particulier. les modifications du rayon de courbure moyen des portions 18 et 20 de l'enceinte entraînent des modifications identiques du rayon de courbure des portions de la partie bobinée 52 de la fibre qui recouvrent les portions 18 et 20 de l'enceinte 10. Pour concentrer les déformations de la paroi latérale dans les zones présentant le plus faible rayon de courbure (demi-cylindres 18 et 20 dans le cas de la figure 1), il est intéressant de rigidifier les portions présentant le plus grand rayon de courbure (portions planes 22 et 24 dans le cas de la figure 1).The wound portion 52 of the fiber comprises: at least one half-turn which is bonded to one of the two semi-cylindrical portions. The wound part 52 is glued to the side wall 12 of the enclosure using an adhesive such as that which is marketed under the brand name zAraldite ". Preferably, the turns of the reel are embedded in a layer of adhesive 53 of thickness - for example equal - 300 - Ba - and in any case '' greater than the diameter of the fiber, which covers the entire side wall 12. Optionally, the layer of adhesive is covered by a second metal sheet to avoid contact between the adhesive and the gas. Thus, the deformations of the wall 12 are fully transmitted to the turns of the optical fiber 50. In particular, changes in the mean radius of curvature of the portions 18 and 20 of the enclosure cause identical modifications in the radius of curvature of the portions of the wound part 52 of the fiber which cover the portions 18 and 20 of the enclosure 10. To concentrate the deformations of the side wall in the zones having the smallest radius of curvature (half -cyl indres 18 and 20 in the case of FIG. 1), it is advantageous to stiffen the portions having the greatest radius of curvature (flat portions 22 and 24 in the case of FIG. 1).
Ce résultat peut être obtenu en ne déposant une couche d'adhésif 53 que sur les portions planes 22 et 24, ou en déposant sur les portions de surface 22 et 24 une couche d'adhésif plus épaisse que sur les portions semi-cylindriques 18 et 20. On peut encore donner aux portions planes 22 et 24 elies-memes une épaisseur supérieure å celle des portions semi-cylindriques 18 et 20. La partie bobinée 52 de la fibre se prolonge par deux portions 54 et 56 de la même fibre présentant un rayon de courbure aussi grand que possible et qui traversent le boîtier externe 40 par des traversées étanches 58 et 58'. De mime la conduite 30 traverse le boltier externe 40 par une traversée étanche 59.This result can be obtained by depositing a layer of adhesive 53 only on the flat portions 22 and 24, or by depositing on the surface portions 22 and 24 a layer of adhesive thicker than on the semi-cylindrical portions 18 and 20. It is also possible to give the flat portions 22 and 24 themselves a thickness greater than that of the semi-cylindrical portions 18 and 20. The wound portion 52 of the fiber is extended by two portions 54 and 56 of the same fiber having a radius of curvature as large as possible and which pass through the external housing 40 by watertight bushings 58 and 58 '. Likewise, the pipe 30 crosses the external bolt case 40 by a sealed crossing 59.
Dans une zone de contrôle ZC le capteur comprend une source lumineuse 60 qui applique b l'extrémité 54a de la fibre 50 un signal lumineux d'intensité prédéterminée. La source 60 peut être une lampe å incandescence, une diode photoémettrice ou un laser å gaz Hélium-Néon délivrant un faisceau monochromatique
Dans la zone de contrôle ZC le capteur comprend également un convertisseur opto-électrique 62, qui délivre un signal électrique IR proportionnel a l'intensité du faisceau lumineux reçu par le convertisseur 62 a l'extrémité 56a de la fibre 50. Le convertisseur 62 peut être une photodiode associée a un amplificateur.Le signal IR peut autre comparé dans le circuit 64 au signal électrique IE commandant l'intensité lumineuse appliquée a l'entrée de la fibre optique 50. Le rapport a=IR/IE est proportionnel au coefficient de transmission de l'ensemble de la fibre optique 50.In a control zone ZC the sensor comprises a light source 60 which applies to the end 54a of the fiber 50 a light signal of predetermined intensity. The source 60 can be an incandescent lamp, a light emitting diode or a Helium-Neon gas laser delivering a monochromatic beam
In the control zone ZC, the sensor also includes an opto-electric converter 62, which delivers an electric signal IR proportional to the intensity of the light beam received by the converter 62 at the end 56a of the fiber 50. The converter 62 can be a photodiode associated with an amplifier. The IR signal can also be compared in circuit 64 to the electrical signal IE controlling the light intensity applied to the input of the optical fiber 50. The ratio a = IR / IE is proportional to the coefficient of transmission of the entire optical fiber 50.
Il est bien connu que le coefficient de transmission dépend en particulier de la valeur du rayon de courbure de la fibre (voir par exemple l'article de D. Gloge dans la revue Applied Optics, Vol 11, Moly, Novembre 1972, pages 2506 a 2513.It is well known that the transmission coefficient depends in particular on the value of the radius of curvature of the fiber (see for example the article by D. Gloge in the journal Applied Optics, Vol 11, Moly, November 1972, pages 2506 a 2513.
Ainsi la fréquence des variations de la pression différentielle P1-P2 est détectée en première approximation en mesurant la fréquence de variation du signal lumineux recueilli par le convertisseur 62 si l'intensité du signal lumineux appliqué a la fibre est Coflstante En effet, la fréquence de modulation de ce signal est représentative de la fréquence de variations du rayon de courbure R de l'enceinte qui est elle-même représentative de la fréquence de variation de la pression différentielle P1-P2. Thus the frequency of variations of the differential pressure P1-P2 is detected as a first approximation by measuring the frequency of variation of the light signal collected by the converter 62 if the intensity of the light signal applied to the fiber is Coeffective Indeed, the frequency of modulation of this signal is representative of the frequency of variations of the radius of curvature R of the enclosure which is itself representative of the frequency of variation of the differential pressure P1-P2.
Après avoir décrit le principe de ce premier mode de réalisation du capteur, il est important de revenir sur certains points particuliers. After having described the principle of this first embodiment of the sensor, it is important to return to certain specific points.
La pièce de remplissage 34 a pour but d'éviter la création d'un important volume mort a l'intérieur de l'enceinte 10. Les "épaisseurs" h et h' des espaces 36 et 42 respectivement situés a l'intérieur de l'enceinte 10 et entre la paroi 12 de l'enceinte 10 et le boltier extérieur 40 sont sensiblement égales. Cette valeur correspond au maximum de l'amplitude de déformation des portions planes 22 et 24 de la paroi 12 correspondant au maximum. de pression différentielle normalement admissible. Ainsi le boltier 40 et la pièce de remplissage 34 constituent des butées pour la paroi latérale 12.The purpose of the filling piece 34 is to avoid the creation of a large dead volume inside the enclosure 10. The "thicknesses" h and h 'of the spaces 36 and 42 respectively located inside the enclosure 10 and between the wall 12 of the enclosure 10 and the external bolt case 40 are substantially equal. This value corresponds to the maximum of the amplitude of deformation of the flat portions 22 and 24 of the wall 12 corresponding to the maximum. normally allowable differential pressure. Thus the bolt bowl 40 and the filling part 34 constitute stops for the side wall 12.
De plus, il est nécessaire que la fréquence propre de l'enceinte 10 soit nettement supérieure au maximum de la fréquence de modulation de pression que l'on veut mesurer. Pour un capteur associé å un compteur å tourbillon la fréquence maximale est de l'ordre de un kHz.In addition, it is necessary that the natural frequency of the enclosure 10 is significantly greater than the maximum of the pressure modulation frequency which it is desired to measure. For a sensor associated with a vortex counter, the maximum frequency is of the order of one kHz.
Les figures 5b et 5c montrent d'autres formes possible de l'enceinte 10. Dans le cas de la figure 5b la section droite de la paroi latérale 12'-est el-liptigue,
La pièce de remplissage 34' et le boltier externe 40' ont des formes correspondantes. Dans le cas de la figure 5c, la paroi latérale 12 de l'enceinte est constituée par deux portions de cercle 80 et 82 correspondant a un angle au centre supérieur å 180*. FIGS. 5b and 5c show other possible forms of the enclosure 10. In the case of FIG. 5b, the cross section of the side wall 12 ′ is el-liptigue,
The filling part 34 'and the external bolt case 40' have corresponding shapes. In the case of FIG. 5c, the side wall 12 of the enclosure is constituted by two portions of a circle 80 and 82 corresponding to an angle at the center greater than 180 *.
Ces deux portions circulaires sont raccordées par des portions incurvées å des portions rectilignes 84 et 86 parallèles entre elles. La pièce de remplissage 34" et le boîtier 40" ont des formes correspondantes. These two circular portions are connected by curved portions to rectilinear portions 84 and 86 parallel to each other. The filling piece 34 "and the housing 40" have corresponding shapes.
Dans les trois cas, la paroi latérale de l'enceinte est une surface cylindrique dont la section par des plans perpendiculaires a la direction de ses génératrices est une courbe fermée présentant deux portions. symétriques par rapport å une droite qui présentent un rayon de courbure réduit, et deux portions également symétriques par rapport a une droite perpendiculaire a la première droite. qui présentent un rayon de courbure plus important.In all three cases, the side wall of the enclosure is a cylindrical surface whose section through planes perpendicular to the direction of its generatrices is a closed curve having two portions. symmetrical with respect to a line which have a reduced radius of curvature, and two equally symmetrical portions with respect to a line perpendicular to the first line. which have a larger radius of curvature.
Comme le montre la figure b la liaison entre le capteur proprement dit (enceinte 10) et l'ensemble de mesure (source lumineuse 60, convertisseur opto-électrique 62) est réalisée par les portions de fibre 54 et 56. Cette transmission peut être effectuée sur une distance relativement importante et sans risque de perturbations électromagnétiques. Cependant, elles que soient les précautions prises, les portions de fibre optique 54 et 56 peuvent être soumises a des déformations localisées dont la fréquence peut interférer avec la fréquence de variation du rayon de courbure de l'enceinte 10. As shown in FIG. B, the connection between the sensor itself (enclosure 10) and the measurement assembly (light source 60, opto-electric converter 62) is carried out by the fiber portions 54 and 56. This transmission can be carried out over a relatively large distance and without risk of electromagnetic interference. However, regardless of the precautions taken, the portions of optical fiber 54 and 56 may be subjected to localized deformations the frequency of which may interfere with the frequency of variation of the radius of curvature of the enclosure 10.
Pour remédier a cet inconvEnient une première solution représentée sur la figure 4. consiste a réaliser le circuit optique de la manière suivante
Un premier élement de fibre optique 100 relie la source lumineuse 60 a un connecteur-séparateur de lumière 102. To remedy this drawback, a first solution shown in FIG. 4. consists in making the optical circuit as follows
A first optical fiber element 100 connects the light source 60 to a light-splitter connector 102.
Le séparateur 102 divise le faisceau émis par la source 60 en deux faisceaux lumineux. L'un des faisceaux est envoyé dans un deuxième élément de fibre optique 104 qui comprend une partie bobinée sur l'enceinte 10. The separator 102 divides the beam emitted by the source 60 into two light beams. One of the beams is sent into a second optical fiber element 104 which includes a part wound on the enclosure 10.
L'autre faisceau est envoyé dans un troisieme élément
de fibre optique 110 non bobinée sur l'enceinte 10. Des
connecteurs 106 et 108 relient les fibres 104 et 110 a
des fibres de liaison 112 et 114. Les fibres 112 et 114
sont mécaniquement reliées entre elles pour que toute
déformation subie par un des fibres soit subie de façon
sensiblement identique par l'autre élément de fibre.The other beam is sent in a third element
of optical fiber 110 not wound on the enclosure 10. Des
connectors 106 and 108 connect fibers 104 and 110 to
binding fibers 112 and 114. Fibers 112 and 114
are mechanically linked together so that any
deformation undergone by one of the fibers is undergone so
substantially identical by the other fiber element.
Les faisceaux lumineux b la sortie des éléments de
fibre 112 et 114 sont convertis en signaux électriques
par les convertisseurs opto-électroniques 116 et 118.The light beams at the exit of the
fiber 112 and 114 are converted into electrical signals
by opto-electronic converters 116 and 118.
Les signaux électriques délivrés par les convertisseurs
116 et 118 sont amplifiés par les amplificateurs 120 et
122 ayant des gains différents respectivement égaux a
G1 et G2 avec G2=Gl 1). La différence de
gain des deux amplificateurs a pour but de compenser
les deux éléments de fibre optique 104 et 110 qui ont
des coefficients de transmission différents, de façon
que la partie continue des signaux délivrés par les
convertisseurs 120 et 122 soit égale. Cela peut être
obtenu en asservissant les deux gains G1 et G2 avec
une constante de temps très supérieure à la plage de
fréquence de modulation des pressions d mesurer.Les --signaux délivrés--par les amplificateurs 120;eut 122 sont
appliqués aux entrées d'un soustracteur 124 qui délivre
le signal de mesure 5. On comprend qu'en effectuant la
différence des signaux délivrés par les convertisseurs
116 et 118, on élimine les modulations parasites du
signal de mesure résultant de déformations localisées
qui auraient pu être appliquées å l'élément de fibre
optique 100 ou aux portions 108 et 114 des deuxième et
troisième éléments de fibre, ces deux portions étant
mécaniquement reliées. The electrical signals delivered by the converters
116 and 118 are amplified by amplifiers 120 and
122 having different gains respectively equal to
G1 and G2 with G2 = Gl 1). The difference of
gain of the two amplifiers is intended to compensate
the two optical fiber elements 104 and 110 which have
different transmission coefficients, so
that the continuous part of the signals delivered by the
converters 120 and 122 is equal. This may be
obtained by enslaving the two gains G1 and G2 with
a time constant much greater than the range of
frequency of modulation of the pressures to be measured.The - signals delivered - by the amplifiers 120; eut 122 are
applied to the inputs of a subtractor 124 which delivers
the measurement signal 5. We understand that by performing the
difference of the signals delivered by the converters
116 and 118, the parasitic modulations of the
measurement signal resulting from localized deformations
that could have been applied to the fiber element
optics 100 or at portions 108 and 114 of the second and
third elements of fiber, these two portions being
mechanically linked.
Sur la figure 4 on a représenté une variante de réalisation du circuit optique de la figure 3. Ce circuit comprend un premier élément de fibre optique 130 comportant deux coeurs 132 et 134 dans une même gaine 136. La source lumineuse 60 envoie par l'intermédiaire du séparateur optique 138 deux faisceaux lumineux sensiblement identiques respectivement dans les coeurs 132 et 134. Les coeurs 132 et 134 sont reliés par un connecteur 140 respectivement a un deuxième élément de fibre optique 142 a un seul coeur qui est bobiné sur l'enceinte 10, et a un troisième élément de fibre optique 144 qui présente une configuration fixe et qui n'est pas bobiné sur l'enceinte 10. Enfin, le circuit optique comprend un quatrième élément de fibre optique 146 comportant deux coeurs 148 et 150 noyés dans une même gaine 152.In Figure 4 there is shown an alternative embodiment of the optical circuit of Figure 3. This circuit comprises a first optical fiber element 130 having two cores 132 and 134 in the same sheath 136. The light source 60 sends via of the optical splitter 138 two substantially identical light beams respectively in the hearts 132 and 134. The hearts 132 and 134 are connected by a connector 140 respectively to a second optical fiber element 142 has a single core which is wound on the enclosure 10, and has a third optical fiber element 144 which has a fixed configuration and which is not wound on the enclosure 10. Finally, the optical circuit comprises a fourth optical fiber element 146 comprising two hearts 148 and 150 embedded in the same sheath 152.
Les coeurs 150 et 148 sont respectivement relies au deuxième élément de fibre optique 142 et au troisième élément de fibre optique 144 par un connecteur 154. A l'extrémité des coeurs 148 et 150 du quatrième élément de fibre optique on retrouve un circuit de traitement lectronique 'identique a 9elut de la figure 3 et qui comprend les convertisseurs opto-électroniques 116 et 118, les amplificateurs 120 et 122 et le soustracteur 124. Dans ce cas encore toute déformation appliquée aux éléments de fibre optique 130 et 146 est sans effet sur le signal 5. En effet, toute déformation subie par un de ces éléments de fibre optique est appliquée sensiblement de la même marnière aux deux coeurs constituant la fibre. En effectuant la différence pondérée des deux signaux optiques les atténuations identiques subies par les deux coeurs s'éliminent. The hearts 150 and 148 are respectively connected to the second optical fiber element 142 and to the third optical fiber element 144 by a connector 154. At the end of the hearts 148 and 150 of the fourth optical fiber element there is an electronic processing circuit identical to 9elut of FIG. 3 and which includes the opto-electronic converters 116 and 118, the amplifiers 120 and 122 and the subtractor 124. In this case again any deformation applied to the optical fiber elements 130 and 146 has no effect on the signal 5. Indeed, any deformation undergone by one of these optical fiber elements is applied in substantially the same way to the two hearts constituting the fiber. By carrying out the weighted difference of the two optical signals the identical attenuations undergone by the two hearts are eliminated.
Dans les modes de réalisation des figures 3 et 4 on voit que le circuit optique comprend d'une part un chemin optique de mesure semblable å celui de la figure 1 et qui est constitué soit par les éléments de fibre optique 100, 104 et 114, soit par les éléments de fibre optique 132, 142, et 150, et un chemin optique de compensation constitué soit par les éléments de fibre optique 100, 110 et 112 soit par les éléments de fibre optique 134, 144 et 148.In the embodiments of FIGS. 3 and 4, it can be seen that the optical circuit comprises on the one hand an optical measurement path similar to that of FIG. 1 and which is constituted either by the optical fiber elements 100, 104 and 114, either by the optical fiber elements 132, 142, and 150, and an optical compensation path consisting either of the optical fiber elements 100, 110 and 112 or by the optical fiber elements 134, 144 and 148.
I1 faut ajouter que les fibres optiques peuvent être du type multimode. Pour obtenir le meilleur effet d'atténuation en fonction des variations du rayon de courbure, il est préférable d'injecter le rayon lumineux sous une incidence telle que ce soient les modes de transmission de la fibre de niveaux les plus élevés qui soient transmis. Dans le cas de la figure 3 cela peut être réalisé par un choix judicieux des caractéristiques du connecteur-séparateur 102. It should be added that the optical fibers can be of the multimode type. To obtain the best attenuation effect as a function of the variations in the radius of curvature, it is preferable to inject the light ray under an incidence such that it is the modes of fiber transmission of the highest levels which are transmitted. In the case of FIG. 3, this can be achieved by a judicious choice of the characteristics of the connector-splitter 102.
Dans le cas de la figure 4 cette incidence est obtenue par le connecteur 140. De plus, il apparaît que l'effet d'atténuation en fonct-ion du rayon de courbure de. la fibre optique est encore améliorée si la gaine de la fibre au niveau de la courbure est réalisée en un matériau absorbant. In the case of Figure 4 this incidence is obtained by the connector 140. In addition, it appears that the attenuation effect in function of the radius of curvature. the optical fiber is further improved if the fiber sheath at the curvature is made of an absorbent material.
Enfin le capteur a une structure tout a fait symétrique ce qui le rend insensible aux effets des chocs mécaniques. Finally, the sensor has a completely symmetrical structure which makes it insensitive to the effects of mechanical shock.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8410209A FR2566907B1 (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | PRESSURE SENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8410209A FR2566907B1 (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | PRESSURE SENSOR |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2566907A1 true FR2566907A1 (en) | 1986-01-03 |
FR2566907B1 FR2566907B1 (en) | 1986-07-11 |
Family
ID=9305548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8410209A Expired FR2566907B1 (en) | 1984-06-28 | 1984-06-28 | PRESSURE SENSOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2566907B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1999000653A2 (en) * | 1997-06-30 | 1999-01-07 | Optoplan As | Pressure sensor |
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-
1984
- 1984-06-28 FR FR8410209A patent/FR2566907B1/en not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2566907B1 (en) | 1986-07-11 |
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