FR2983956A1 - Sonde instationnaire et methode de mesure au moyen d'une telle sonde - Google Patents

Abstract

Cette sonde instationnaire (1) de mesure instantanée de la pression d'un fluide (F) comprend un bras (2) dont une extrémité (22) est prolongée par une tête (3), la tête (3) comprenant au moins cinq capteurs (E, A, C) de pression dynamiques. Selon l'invention, la sonde instationnaire (1) comprend un accéléromètre triaxial (4) fixé au bras (2).

Description

SONDE INSTATIONNAIRE ET METHODE DE MESURE AU MOYEN D'UNE TELLE SONDE La présente invention concerne une sonde instationnaire, ainsi qu'une méthode de mesure de la pression d'un fluide au moyen d'une telle sonde.

Pour concevoir une machine hydraulique, par exemple une turbine, on réalise en général un modèle réduit pour valider la géométrie et les paramètres de fonctionnement de la machine hydraulique. Ce modèle réduit permet d'effectuer des tests avant de lancer la fabrication la turbine. Pour valider la géométrie de la turbine, on mesure généralement la vitesse et la pression des écoulements, en vue de vérifier qu'il ne se produit pas de phénomènes hydrauliques indésirables qui dégradent le rendement de la machine hydraulique, par exemple la formation de tourbillons ou d'écoulements transversaux. La vélocimétrie par laser Doppler est une méthode qui permet une mesure instantanée de la vitesse des écoulements. Cette méthode optique est fondée sur la mesure du décalage en fréquence de faisceaux laser éclairant des particules très fines entraînées par un fluide. En mesurant la vitesse des particules dans le fluide, on peut connaître la vitesse du fluide. La vélocimétrie par images de particules est une autre méthode utilisée pour déterminer la vitesse instantanée d'un fluide. On disperse des particules très fines dans l'écoulement et on illumine une fine couche du fluide étudié par un rayonnement laser.

Lorsque les particules traversent cette zone, elles diffusent la lumière qui peut être récupérée par un capteur. Ces méthodes optiques sont nocives pour l'environnement car elles nécessitent l'utilisation de particules de métaux lourds polluants. De plus, elles sont relativement compliquées à mettre en oeuvre.

D'autres méthodes permettent de connaitre la vitesse d'un écoulement par le calcul, à partir de mesures de pression. Pour mesurer la pression d'un fluide, il est connu d'utiliser une sonde qui peut être montée à l'intérieur d'un modèle réduit, par exemple dans le distributeur ou dans le diffuseur d'un modèle réduit de turbine. Ces sondes comprennent une tête de mesure qui est fixée à un bras de la sonde, le bras étant prévu pour être assemblé au modèle réduit. On connait les sondes stationnaires, qui effectuent en continu pendant plusieurs secondes ou plusieurs minutes des mesures de la pression d'un écoulement. Ces sondes permettent de connaitre, en un point de l'écoulement, la pression moyenne. On connait également les sondes instationnaires qui, à l'inverse des sondes stationnaires, fournissent des mesures instantanées de la pression. En service, le fluide fait vibrer la tête de mesure de ces sondes. Ces vibrations faussent les mesures car elles induisent des variations de la pression de l'écoulement autour des capteurs de pression. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une sonde instationnaire dont les mesures de pression ne sont pas influencées par les fluctuations de pression entrainées par la vibration de la sonde. A cet effet, l'invention a pour objet une sonde instationnaire2002 de mesure instantanée de la pression d'un fluide2002, comprenant un bras2002 dont une extrémité est prolongée par une tête, la tête comprenant au moins cinq capteurs de pression dynamiques. Selon l'invention, la sonde instationnaire comprend un accéléromètre triaxial fixé au bras. Grâce à l'invention, l'accéléromètre fournit des données supplémentaires qui permettent, par le calcul et, le cas échéant, en utilisant des données provenant d'un calibrage préalable de la sonde, de corriger les variations de pression résultant de la vibration de la sonde.

De manière avantageuse mais non obligatoire, une distance axiale entre la tête et l'accéléromètre est supérieure à 80 mm, de préférence supérieure à 50 mm. L'invention concerne également une méthode de mesure de la pression d'un fluide en écoulement au moyen d'une telle sonde instationnaire. Cette méthode comprend - une étape d'acquisition, dans laquelle la tête de la sonde instationnaire est placée dans le fluide et dans laquelle la sonde instationnaire mesure la pression et l'accélération du fluide en écoulement, - une étape de correction dans laquelle on utilise la pression mesurée et l'accélération obtenues lors de l'étape d'acquisition pour calculer un signal temporel de pression corrigé, dans lequel les fluctuations de pression causées par la vibration de la sonde instationnaire sont atténuées. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, une telle méthode peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - La méthode comprend : - une étape d'étalonnage préalable, dans laquelle on détermine un algorithme permettant d'obtenir la vitesse du fluide, selon trois directions non parallèles les unes aux autres, à partir de la pression mesurée par la sonde instationnaire ; - une étape de détermination de la vitesse corrigée, dans laquelle le signal temporel de pression corrigé est converti en signal temporel de vitesse corrigé, au moyen de l'algorithme déterminé lors de l'étape d'étalonnage préalable. - L'étape de correction comprend : - une étape de détermination d'une fréquence principale de vibration de la sonde instationnaire, dans laquelle : - on détermine un signal fréquentiel d'accélération en effectuant une transformée de Fourier de l'accélération obtenue lors de l'étape d'acquisition, - on relève sur le signal fréquentiel d'accélération la fréquence principale de vibration, qui correspond au plus grand pic d'intensité du signal fréquentiel d'accélération, une étape de passage dans le domaine fréquentiel, dans laquelle on détermine un signal fréquentiel de la pression mesurée en effectuant une transformée de Fourier de la pression mesurée obtenue lors de l'étape d'acquisition, - une étape de filtrage, dans laquelle : - à partir du signal fréquentiel de la pression mesurée déterminé lors de l'étape, on détermine une pression de vibration qui correspond à la fréquence de vibration principale, - on détermine un signal fréquentiel de pression corrigé en soustrayant la pression de vibration au signal fréquentiel de la pression mesurée. L'étape de correction comprend une étape de passage dans le domaine temporel, dans laquelle on détermine un signal temporel de pression corrigé en effectuant une transformée de Fourier inverse du signal fréquentiel de pression corrigé obtenu lors de l'étape de filtrage. - La méthode comprend une étape d'étalonnage fréquentiel, dans laquelle on étalonne la sonde instationnaire pour obtenir des données qui, pour plusieurs fréquences discrètes, indiquent une relation entre l'accélération mesurée par l'accéléromètre et les fluctuations de pression causées par des vibrations de la sonde instationnaire. - L'étape d'étalonnage fréquentiel comprend : - une étape de discrétisation de la fréquence, dans laquelle on discrétise une plage fréquentielle afin d'obtenir plusieurs fréquences discrètes, - une étape de mesure, dans laquelle on paramètre un vibrateur mécanique pour qu'il fasse vibrer la sonde instationnaire à chaque fréquence discrète et, pour chaque fréquence discrète, la sonde instationnaire mesure la pression et l'accélération du fluide, - une étape de détermination de la pression mesurée, dans laquelle, pour chaque fréquence discrète, on détermine trois composantes perpendiculaires de la pression mesurée, à partir de la pression mesurée lors de l'étape et de la géométrie de la tête. - Les données sont constituées par des signaux temporels de la perturbation de pression qui sont sinusoïdaux. L'étape d'étalonnage fréquentiel comprend une étape de détermination des signaux temporels de la perturbation de pression, dans laquelle on détermine les signaux temporels de la perturbation de pression avec, pour chaque fréquence discrète, d'une part, le déphasage entre la pression mesurée et l'accélération obtenues lors de l'étape d'acquisition et, d'autre part, l'amplitude de la pression mesurée obtenue lors de l'étape. L'étape de correction comprend une étape de détermination d'un signal de pression temporel corrigé, l'étape de détermination du signal de pression temporel corrigé comprenant : - une première sous-étape, dans laquelle on détermine un signal fréquentiel d'accélération en effectuant une transformée de Fourier de l'accélération mesuré par l'accéléromètre lors de l'étape d'acquisition ; - une deuxième sous-étape, dans laquelle on relève sur le signal fréquentiel d'accélération au moins une fréquence qui correspond à un pic d'intensité du signal fréquentiel d'accélération ; - une troisième sous-étape, dans laquelle on détermine à partir des signaux de perturbation de pression, des signaux utiles de perturbation de pression qui correspondent à des fréquences égales ou proches de chaque fréquence déterminée lors de la deuxième sous-étape ; - une quatrième sous-étape, dans laquelle on détermine le signal temporel de pression corrigé en soustrayant chaque signal utile de perturbation de pression déterminé lors de la troisième sous-étape à la pression mesurée, obtenue lors de l'étape d'acquisition. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'une sonde instationnaire, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'une sonde instationnaire conforme à l'invention, installée dans un conduit et reliée à un ordinateur représenté à plus petite échelle ; - la figure 2 est une vue partielle, à plus grande échelle et de face, de la sonde de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue à plus grande échelle du détail III à la figure 2 ; - la figure 4 est une coupe longitudinale selon le plan P2 à la figure 2 ; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 de la sonde montée sur un dispositif d'étalonnage ; - la figure 6 est un schéma bloc d'une méthode de mesure conforme à l'invention ; - la figure 7 est un schéma bloc d'une deuxième méthode de mesure conforme à l'invention ; et - la figure 8 est un graphique montrant une courbe de pression, en trait continu, et une courbe d'accélération, en pointillés, avec le temps en abscisses. La figure 1 montre une sonde 1 en cours d'utilisation dans un conduit 11 où circule un fluide F, tel que de l'eau, dans le sens de la flèche. Ce conduit 11 est par exemple un conduit appartenant à un modèle réduit de machine hydraulique. La sonde 1 est une sonde instationnaire, c'est-à-dire qu'elle permet la mesure instantanée de la pression d'un fluide en écoulement. En effectuant un étalonnage préalable de la sonde 1, décrit plus en détail dans la suite, on détermine, à partir de la mesure instantanée de la pression, la vitesse du fluide F en écoulement. On entend par mesure instantanée une mesure qui s'effectue en un temps très court, par exemple inférieur à 0.1 ms. Un champ de vitesse d'un fluide est caractérisé, en chaque point de l'espace, par un vecteur ayant trois composantes qui correspondent à la vitesse selon trois directions différentes dans l'espace, par exemple trois directions perpendiculaires. La sonde 1 permet d'obtenir les trois composantes de la vitesse en un seul point à la fois. En effectuant plusieurs mesures et en déplaçant la sonde 1 entre les mesures, on obtient les trois composantes de la vitesse en plusieurs points de l'espace, ce qui permet d'estimer le champ de vitesse.

La sonde 1 comprend un bras 2 rectiligne, qui s'étend le long d'un axe A2, et une tête 3 de mesure de la pression d'un fluide F en écoulement, par exemple de l'eau. La flèche qui représente le fluide F est orientée selon la direction principale d'écoulement du fluide F. En pratique, des perturbations telles que des tourbillons peuvent perturber l'écoulement du fluide F et de créer des flux secondaires inclinés par rapport la direction principale d'écoulement. Aux figures 2, 3 et 5, le bras 2 est représenté partiellement. Le bras 2 comporte une extrémité proximale 21 et une extrémité distale 22 sur laquelle est fixée la tête 3. Dans la présente description, un élément est qualifié de « distal » lorsqu'il est proche de l'extrémité de la sonde 1 située du côté de la tête 3. Au contraire, un élément qualifié de « proximal » est proche de l'extrémité proximale 21 de la sonde 1, c'est-à-dire l'extrémité de la sonde 1 opposée à la tête 3 et qui est disposée à l'extérieur du conduit 11. Le bras 2 est creux et délimite un volume interne 20. Le bras 2 comprend une partie proximale 2a, une partie centrale 2b et une partie distale 2c. La partie proximale 2a présente une section transversale plus grande que celle de la partie distale 2c. La partie centrale 2b est de forme évasée et relie les parties 2a et 2c. La tête 3 est creuse et délimite un volume interne 30 relié au volume interne 20 du bras 2 par un conduit 23. Cinq capteurs de pression A, B, C, D et E sont logés à l'intérieur du volume interne 30 de la tête 3 et mesurent ensemble la pression P du fluide F, considérées selon cinq directions de l'espace qui ne sont pas parallèles entre elles, en un point M de la tête 3. La tête 3 est délimitée par une paroi latérale 31 cylindrique à base octogonale, s'étendant autour d'un axe A3 perpendiculaire à l'axe A2 du bras 2. Une extrémité axiale 312 de la paroi latérale 31 est raccordée à l'extrémité distale 22 du bras 2. L'extrémité 312 de la paroi latérale 31 est fermée par une paroi antérieure 33 perpendiculaire à l'axe A3 et alignée avec une paroi postérieure 25 du bras 2, parallèle à l'axe A2. Une paroi frontale 32 de la tête 3 est raccordée à une extrémité axiale 311 de la paroi latérale 31, opposée à l'extrémité 312. La paroi frontale 32 est globalement bombée, avec son côté convexe tourné vers l'extérieur de la tête 3. La paroi frontale 32 est formée par cinq facettes : une facette centrale 321 de forme carrée, centrée sur l'axe A3 et perpendiculaire à cet axe, et quatre facettes périphériques 322, 323, 324 et 325 qui relient les bords de la facette centrale 321 à l'extrémité distale 311 de la paroi latérale 31. Les facettes périphériques 322 à 325 sont inclinées à 45° par rapport à l'axe A3, de sorte que la paroi frontale 32 s'évase, le long de l'axe A3, entre la facette centrale 321 et la paroi latérale 31. Un trou est percé dans chaque facette 322 à 325. Les capteurs A à E sont placés chacun dans un trou et affleurent la surface externe de la paroi antérieure 32. Ainsi, les cinq capteurs A à E sont orientés selon des directions non parallèles les unes aux autres. Chaque capteur A à E est relié électriquement à un câble 5 qui s'étend, depuis le volume interne 30 et à travers le conduit 23, jusque dans le volume interne 20 du bras 2. Un accéléromètre 4 à quartz est disposé à l'intérieur de la cavité 20 du manche 2, au niveau de l'extrémité distale de la partie proximale 2a du bras 2. L'accéléromètre 4 est en appui contre un épaulement interne 24 du bras 2, défini par la portion centrale 2a du bras 2. L'accéléromètre 4 est triaxial, c'est-à-dire qu'il mesure les trois composantes Ax, Ay et Az de l'accélération A dans l'espace, selon les trois directions X, Y et Z perpendiculaires. L'accélération A est mesurée en un point N de l'accéléromètre 4.

Un câble électrique 6 est relié à l'accéléromètre 4 et s'étend dans le volume interne 20 du bras 2. Les extrémités des câbles 5 et 6 opposées aux capteurs A à E et à l'accéléromètre 4 sont reliées électriquement à un connecteur 7 permettant de brancher la sonde 1 à un système d'acquisition des mesures de la sonde 1, par exemple un ordinateur 10. En fonctionnement, le bras 2 est inséré au travers d'un trou 111 percé dans le conduit 11. La face antérieure 32 de la tête 3 est placée face au fluide F en écoulement avec l'axe A3 parallèle à la direction principale d'écoulement du fluide F. En d'autres termes, la face antérieure 32 est tournée vers l'amont de l'écoulement.

Le connecteur 7 est relié à l'ordinateur 10 au moyen d'un câble électrique 8. En service, les capteurs A à E transmettent à l'ordinateur 10 des signaux S3 et S4. Le signal S3 contient des informations relatives à la pression PO mesurée par chaque capteur A à E pendant la durée de la mesure. La pression PO regroupe les composantes de pression Pa, Pb, Pc, Pd et Pe qui correspondent chacune à la pression mesurée par un des capteurs A à E. Le signal S4 contient des informations relatives à trois composantes Ax, Ay et Az de l'accélération A de la sonde 1 au point N, selon les directions X, Y et Z perpendiculaires. Pour déduire la vitesse mesurée VO à partir de la pression mesurée P0, on réalise une étape d'étalonnage préalable de la sonde 1. Par exemple, on peut utiliser la méthode dite « des collines d'étalonnage », décrite dans le mémoire intitulé « Développement d'une sonde de pression 5 trous instationnaire avec capteurs embarqués », présenté en 2007 par Laurent Morachioli à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval dans le cadre du programme de maîtrise en génie mécanique pour l'obtention du grade de Maître ès Sciences, au sein du département de génie mécanique de la Faculté des sciences et de génie de l'Université de Laval (Québec). Cette méthode, décrite aux pages 70 à 74 du document précité, consiste à placer la tête d'une sonde instationnaire dans un fluide en écoulement ayant une vitesse connue et formant un angle connu avec l'axe du bras de la sonde. Une unité de commande enregistre, pour une vitesse et un angle donné, la pression P0. L'opération est répétée pour plusieurs vitesses et plusieurs angles. A l'aide des données ainsi recueillies, on calcule quatre coefficients adimensionnels. En service, la sonde mesure la pression PO et l'unité de commande détermine trois composantes VOx, VOy et VOz de la vitesse mesurée VO, non parallèles entre elles, au moyen des quatre coefficients adimensionnels. En pratique, les composantes VOx, VOy et VOz sont perpendiculaires.

En fonctionnement, le fluide F en écoulement fait vibrer la sonde 1 et crée des fluctuations de pression OP qui engendrent des fluctuations de vitesse AV et qui modifient la pression PO et la vitesse mesurée VO. Ces fluctuations de OP et AV disparaissent dans les conditions réelles de fonctionnement du modèle réduit, c'est-à-dire lorsque la sonde 1 n'est pas installée dans le conduit 11. Ainsi, ces fluctuations OP et AV ne sont pas représentatives du comportement du fluide F dans le conduit 11. On note V, la vitesse du fluide F au point M, considéré lorsque la sonde 1 n'est pas installée dans le conduit 11. La vitesse V est un vecteur ayant trois composantes Vx, Vy et Vz perpendiculaires, selon les axes X, Y et Z. Dans la suite, on qualifie cette vitesse V de vitesse « exacte » car il s'agit de la vitesse que l'opérateur souhaite connaitre, puisqu'elle n'inclut pas les fluctuations OP et AV générées par les vibrations de la sonde 1. On a la relation : VO = V + AV. La vitesse mesurée VO est égale à la somme de la vitesse exacte V et de la fluctuation de vitesse AV. Il est préférable que la tête 3 soit la plus petite possible pour ne pas perturber le fluide F de manière trop prononcée. Les accéléromètres du commerce sont plus grands que les capteurs de pression. Par conséquent, il est avantageux de déporter l'accéléromètre 4 sur le bras 2, à l'extérieur de la tête 3. On note d une distance axiale, mesurée parallèlement à l'axe A2, entre l'accéléromètre 4 et la tête 3. De préférence, pour limiter la perturbation du fluide F créée par l'accéléromètre 4 qui a des dimensions relativement importantes, la distance d est supérieure à 80 mm, de préférence encore supérieure à 50 mm. La suite de la description concerne une méthode de détermination de la vitesse au moyen de la sonde 1, à partir de la pression PO mesurée par les capteurs A à E et de l'accélération A mesurée par l'accéléromètre 4. Cette méthode permet, par le calcul, de diminuer les erreurs de mesure causées par les fluctuations OP et AV. La méthode comprend une étape d'étalonnage préalable, dans laquelle on détermine un algorithme permettant d'obtenir la vitesse mesurée VO du fluide F, selon trois composantes non parallèles les unes aux autres, à partir de la pression PO mesurée par la sonde 1. Par exemple, l'algorithme est déterminé selon la méthode d'étalonnage des collines mentionnée précédemment. La méthode comprend une étape d'acquisition, dans laquelle la tête 3 de la sonde 1 est placée dans le fluide F en écoulement pendant quelques secondes ou minutes et transmet des signaux S3(t) et S4(t) à l'ordinateur 10. Les signaux S3(t) et S4(t) sont des signaux temporels. Autrement dit, ils dépendent du temps.

On entend par signal temporel une fonction X(t) qui indique la valeur d'une grandeur X en fonction du temps t. On entend par signal fréquentiel une fonction Y(f) qui indique la valeur d'une grandeur Y en fonction de la fréquence f. Un signal fréquentiel Y(f) peut également être qualifié de spectre de fréquence. Les signaux S3(t) et S4(t) sont transmis à l'ordinateur 10. On obtient ainsi un signal temporel de la pression P0(t) mesurée par chaque capteur A à E et l'accélération A(t) mesuré par l'accéléromètre 4. La méthode comprend également une étape de correction, dans laquelle on utilise la pression P0(t) et l'accélération A(t) pour calculer un signal temporel de pression corrigé, dans lequel les effets des fluctuations OP et AV sont atténués. Enfin, la méthode comprend une étape de détermination de la vitesse corrigée, dans laquelle le signal de pression corrigé est convertit en signal temporel de vitesse corrigé, au moyen de l'algorithme déterminé lors de l'étape d'étalonnage préalable. La suite de la description détaille un premier mode de réalisation de la méthode de l'invention, représenté schématiquement à la figure 6. Cette méthode comprend une étape d'étalonnage préalable 1001, une étape d'acquisition 1002 et une étape de détermination de la vitesse corrigée 1004 telles que décrites précédemment, ainsi qu'une étape de correction 1003 qui comprend cinq sous-étapes 1031, 1032, 1033 et 1034. L'étape 1031 de détermination d'une fréquence principale de vibration f1 de la sonde 1 comprend deux sous-étapes 1311 et 1312.

Lorsqu'un système mécanique externe fait vibrer la sonde 1 à la fréquence principale de vibration f1, l'accélération A de la sonde 1 est maximale. Dans l'étape 1311 de passage dans le domaine fréquentiel, l'ordinateur 10 effectue une transformée de Fourier de l'accélération A(t) obtenue lors de l'étape 1002 d'acquisition. On obtient ainsi un signal fréquentiel d'accélération A(f).

Dans l'étape 1312 de relevé de la fréquence principale de vibration f1, on relève sur le signal A(f) la fréquence f1 qui correspond au plus grand pic d'intensité du signal A(f). Dans l'étape 1032 de passage dans le domaine fréquentiel, on effectue une transformée de Fourier du signal temporel de la pression mesurée P0(t), mesurée lors de l'étape d'acquisition 1002. On obtient ainsi un signal fréquentiel de la pression mesurée P0(f), où la pression est exprimée en fonction de la fréquence. Ce signal fréquentiel P0(f) inclut les fluctuations de pression OP qui résultent de la vibration de la sonde 1. La transformée de Fourier est réalisée pour chacune des composantes Pa(t), Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) de la pression mesurée P0(t).

Dans une étape 1033 de filtrage, on détermine la pression P0(f 1), qui est la valeur de la pression PO qui correspond à la fréquence de vibration principale f1. La pression P0(f1) regroupe les cinq composantes Pa, Pb, Pc, Pd et Pe de la pression Pc1(f). Puis, on soustrait la pression P0(f1) au signal fréquentiel de la pression mesurée P0(f). On obtient ainsi un signal fréquentiel corrigé de pression Pc1(f), qui regroupe les cinq composantes corrigées Pa(f), Pb(f), Pc(f), Pd(f) et Pe(f) du signal fréquentiel corrigé de pression Pc1(f).

On a la relation : Pc1(f) = P0(f) - P0(f1). Dans une étape 1034 de passage dans le domaine temporel, on effectue une transformée de Fourier inverse du signal fréquentiel de pression corrigé Pc1(f). La transformée de Fourier inverse est réalisée pour chacune des composantes Pa(f), Pb(f), Pc(f), Pd(f) et Pe(f) du signal fréquentiel corrigé de pression Pc1(f). On obtient ainsi un signal temporel de pression corrigé Pc1(t) qui regroupe les cinq composantes corrigées Pa, Pb, Pc, Pd et Pe du signal temporel de pression corrigé Pc1(t). Dans une étape 1004 de détermination de la vitesse corrigée Vc1(t), l'ordinateur 10 détermine les trois composantes Vc1x(t), Vc1y(t) et Vc1z(t) de la vitesse corrigée Vc1(t) au point M au moyen de l'algorithme déterminé lors de l'étape d'étalonnage préalable 1001, à partir du signal temporel de pression corrigé Pc1(t) déterminée lors de l'étape 1034 et à partir de la géométrie de la tête 3. Les étapes 1002, 1003 et 1004 décrites ci-dessus peuvent être répétées en déplaçant la sonde 1, de manière à obtenir une estimation du champ de vitesse du fluide F dans le conduit 11. Cette méthode est simple à mettre en oeuvre et permet d'obtenir facilement la vitesse corrigée Vc1, qui est relativement proche de la vitesse exacte V. Cette méthode est approximative car les fluctuations de pression OP sont considérées comme correspondant uniquement à la fréquence de vibration principale f1 de la sonde 1. De ce fait, la vitesse corrigée Vc1 déterminée au moyen de cette méthode n'est pas tout à fait égale à la vitesse exacte V. En pratique, la sonde 1 peut vibrer à différentes fréquences, et entrainer des perturbations plus complexes. Cette méthode est satisfaisante sauf au cas où la fréquence principale de vibration f1 de la sonde 1 est égale à une fréquence de fluctuation de la pression du fluide F en écoulement car, dans ce cas, la fréquence de vibration f1 atténue, voire annule, cette fluctuation de pression et de vitesse du fluide. La suite de la description concerne un deuxième mode de réalisation de la méthode de l'invention, représenté à la figure 7.

Cette méthode nécessite de mettre en place un système de calibration, représenté à la figure 5. Ce système comporte un vibrateur mécanique 12 qui est relié électriquement à l'ordinateur au moyen d'un câble 9. Le vibrateur 12 est relié à une structure fixe, non représentée, au moyen d'un bras 13. Une partie mobile 14 du vibrateur 10 déplace la tête 3 avec une fréquence de vibration f connue, choisie par l'opérateur. Le mouvement de va-et-vient de la partie mobile 14 se fait parallèlement à l'axe A3 et donc parallèlement à la direction principale d'écoulement du fluide F lorsque la sonde 1 est utilisée pour une mesure. Cette méthode comprend une étape d'étalonnage 2000, une étape d'acquisition 2002, une étape de correction 2003 et une étape de détermination de la vitesse corrigée 2004. L'étape d'acquisition 2002 et l'étape de détermination de la vitesse corrigée sont semblables à aux étapes 1002 et 1004 décrites précédemment. L'étape d'étalonnage 2000 comprend une étape d'étalonnage préalable 2001, analogue à l'étape 1001 de la première méthode, ainsi qu'une étape d'étalonnage fréquentiel 2010. Dans l'étape 2010 d'étalonnage fréquentiel, on étalonne la sonde 1 pour établir une correspondance fréquentielle entre l'accélération A mesurée par l'accéléromètre 4 et les fluctuations de pression AP créées par les vibrations de la sonde 1. L'étape 2010 d'étalonnage fréquentiel comprend trois sous-étapes 2101, 2102 et 2103 décrites ci-dessous. Dans l'étape 2101 de discrétisation de la fréquence, on discrétise une plage fréquentielle [fmin - fmax] selon un écart de fréquence Af afin d'obtenir plusieurs fréquences discrètes fdi. Par exemple, la fréquence minimale fmin est égale à 10 Hz, la fréquence maximale fmax est égale à 1000 Hz et l'écart de fréquence Af est égal à 100 Hz. Les fréquences discrètes fdi sont comprises entre la fréquence minimale fmin et la fréquence maximale fmax et séparées entre elles par l'écart de fréquence M.

Dans l'étape 2102 de mesure, on place la sonde 1 dans un réservoir rempli avec un fluide inerte et on effectue, pour chaque fréquence discrète fdi obtenue lors de l'étape de discrétisation de la fréquence 2101, une acquisition, c'est-à-dire une mesure au moyen de la sonde 1 pendant plusieurs secondes ou minutes. Pour ce faire, on paramètre le vibrateur 10 pour qu'il fasse vibrer la sonde 1 à chaque fréquence discrète fdi et, pour chaque fréquence discrète fdi, la sonde 1 transmet à l'ordinateur 10 les signaux S3(t) et S4(t) relatifs à la pression P0(t) mesurée par chaque capteur A à E et à l'accélération A(t) mesurée par l'accéléromètre 4. Ici, les signaux S3(t) et S4(t) sont sinusoïdaux car la sonde 1 est placée dans un réservoir rempli avec un fluide inerte, c'est-à-dire qui ne s'écoule pas.

La figure 8 représente, pour une fréquence fdi particulière, la composante Pa(t) de la pression P0(t) en trait continu et l'accélération A(t) en pointillés. L'étape de mesure 2102 est globalement similaire à l'étape d'acquisition 1002 de la méthode du premier mode de réalisation. Toutefois, dans l'étape de mesure 2102 et contrairement à l'étape d'acquisition 1002, on place la sonde 1 dans un fluide inerte qui ne s'écoule pas, et on répète l'étape de mesure 2102 pour plusieurs fréquences discrètes fdi.

Dans une étape 2103 de détermination de signaux temporels de la perturbation de pression dPi(t), on détermine, pour chaque fréquence discrète fdi, d'une part, le déphasage (p(fdi) entre chaque composante Pa(t), Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) du signal temporel de la pression mesurée P0(t) et le signal temporel d'accélération A(t) et, d'autre part, l'amplitude P0(fdi) de chaque composante Pa(t), Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) du signal temporel de la pression mesurée P0(t). La pression mesurée PO correspond ici uniquement à la perturbation de pression générée par la vibration de la sonde 1, puisque la sonde 1 est placée dans un réservoir contenant un fluide inerte. La pression mesurée PO n'est donc pas perturbée par des vibrations provoquées par un fluide en écoulement. Des courbes similaires à celle de la figure 8 peuvent être réalisées pour les autres composantes Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) de la pression P0(t) mesurée lors de l'étape de mesure 2102. L'étape 2103 décrite ci-dessus traite toutes les composantes Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) de la pression mesurée P0(t). A l'issue de l'étape 2103, on obtient un ensemble de données constituées par les signaux dPi(t) qui sont sinusoïdaux et qui, pour chaque fréquence discrète fdi, sont construits à partir du déphasage (p(fdi) et de l'amplitude Pa(fdi), Pb(fdi), Pc(fdi), Pd(fdi) et Pe(fdi) de chaque composante Pa(t), Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) de la pression mesurée P0(t). L'étape de correction 2003, qui se déroule après l'étape d'acquisition 2002, comprend quatre sous étapes 2031, et 2032, 2033 et 2034. Dans l'étape de passage dans le domaine fréquentiel 2031, on détermine un signal fréquentiel d'accélération A(f) en effectuant une transformée de Fourier de l'accélération A(t) mesurée par l'accéléromètre 4 lors de l'étape d'acquisition 2002. Dans l'étape de relevé de pic d'intensité 2032, on relève sur le signal A(f) plusieurs fréquence f1i qui correspondent chacune à un pic d'intensité du signal A(f). On pourra choisir par exemple trois fréquences f11, f12 et f13 qui correspondent aux trois pics de plus grande intensité du signal A(f). Dans l'étape de détermination de signaux utiles de la perturbation de pression 2033, pour chaque composante Pa(t), Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) de la pression mesurée P0(t), on sélectionne certains signaux de perturbation dPi(t) en fonction des fréquences f1i déterminées lors de l'étape de relevé de pic d'intensité 2032. Par exemple, pour chaque composante de la pression P0(t) et pour chaque fréquence f1i, on sélectionne deux signaux dPi(t) qui correspondent, pour l'un, à la fréquence fdi directement inférieure à la fréquence f1i et, pour l'autre, à la fréquence fdi directement supérieure à la fréquence f1i. Ensuite, on effectue une interpolation linéaire des deux signaux dPi(t) sélectionnés, entre les deux fréquences fdi de ces signaux, de manière à obtenir un signal interpolé dP'i(t) qui correspond à une fréquence égale à la fréquence f1i.

On obtient ainsi, à partir des signaux dPi(t) et pour chaque composante Pa(t), Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) de la pression mesurée P0(t) lors de l'étape d'acquisition 2002, plusieurs signaux utiles de perturbation de pression dP'i(t), qui correspondent chacun à une fréquence f1i déterminée lors de l'étape de relevé de pic d'intensité 2032. Dans l'étape de filtrage 2034, pour chaque composante Pa(t), Pb(t), Pc(t), Pd(t) et Pe(t) de la pression mesurée P0(t) lors de l'étape d'acquisition 2002, on soustrait chaque signal utile de perturbation de pression dP'i(t) correspondant à la composante de pression sélectionnée, à la composante de pression sélectionnée. On obtient ainsi un signal de pression corrigé Pc2(t), tel que Pc2(t) = P0(t) - dP'i(t). Ce signal Pc2(t) de pression corrigé inclut ainsi les cinq composantes corrigées de la pression P0(t).

Dans l'étape 2004 de détermination de la vitesse corrigée Vc2(t), l'ordinateur 10 détermine les trois composantes Vc2x(t), Vc2y(t) et Vc2z(t) de la vitesse corrigée Vc2(t) au point M au moyen de l'algorithme déterminé lors de l'étape d'étalonnage préalable 2001, à partir de la pression corrigée Pc2(t) obtenue lors de l'étape de filtrage 2034 et à partir de la géométrie de la tête 3.

La vitesse corrigée Vc2 est plus proche de la vitesse exacte V que la vitesse corrigée Vc1 obtenue au moyen de la première méthode car les signaux de perturbation dP'i(t) sont plus proches de la pression exacte P. La méthode conforme au deuxième mode de réalisation est plus complexe à mettre en ceuvre que la méthode conforme au premier mode de réalisation, car elle nécessite d'effectuer un étalonnage fréquentiel.

En variante, on n'effectue pas d'interpolation linéaire dans l'étape de détermination de signaux utiles de la perturbation de pression 2033 mais on sélectionne les signaux temporels de la perturbation de pression dPi(t) les plus proches des fréquences f 1i correspondant aux pics d'intensité. Dans une autre variante, on détermine, lors del'étape de relevé de pic d'intensité 2032, une seule fréquence f1.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1.- Sonde instationnaire (1) de mesure instantanée de la pression d'un fluide (F), comprenant un bras (2) dont une extrémité (22) est prolongée par une tête (3), la tête (3) comprenant au moins cinq capteurs de pression (A-E) dynamiques, caractérisée en ce que la sonde instationnaire (1) comprend un accéléromètre triaxial (4) fixé au bras (2).

   2.- Sonde instationnaire (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une distance axiale (d) entre la tête (3) et l'accéléromètre (4) est supérieure à 80 mm, de préférence supérieure à 50 mm.

   3.- Méthode de mesure de la pression d'un fluide (F) en écoulement au moyen d'une sonde instationnaire (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend : - une étape d'acquisition (1002 ; 2002), dans laquelle la tête (3) de la sonde instationnaire (1) est placée dans le fluide (F) et dans laquelle la sonde instationnaire (1) mesure la pression (P0) et l'accélération (A) du fluide (F) en écoulement, la pression mesurée (P0) regroupant cinq composantes de pression (Pa, Pb, Pc, Pd et Pe) qui correspondent chacune à la pression mesurée par un des capteurs (A-E). - une étape de correction (1003 ; 2003) dans laquelle on utilise la pression mesurée (P0) et l'accélération (A) obtenues lors de l'étape d'acquisition (1002 ; 2002) pour calculer un signal temporel de pression corrigé (Pc1 ; Pc2), dans lequel les les fluctuations de pression (OP) causées par la vibration de la sonde instationnaire (1) sont atténuées.

   4.- Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend :- une étape d'étalonnage préalable (1001 ; 2001), dans laquelle on détermine un algorithme permettant d'obtenir la vitesse (VO) du fluide, selon trois directions (X, Y, Z) non parallèles les unes aux autres, à partir de la pression mesurée (P0) par la sonde instationnaire (1) ; - une étape de détermination de la vitesse corrigée (1004 ; 2004), dans laquelle le signal temporel de pression corrigé (Pc1 ; Pc2) est converti en signal temporel de vitesse corrigé (Vc1 ; Vc2), au moyen de l'algorithme déterminé lors de l'étape d'étalonnage préalable (1001 ; 2001).

   5.- Méthode selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que l'étape de correction (1003) comprend :- une étape (1031) de détermination d'une fréquence principale de vibration (f1) de la sonde instationnaire (1), dans laquelle : - on détermine un signal fréquentiel d'accélération (A(f)) en effectuant une transformée de Fourier de l'accélération (A) obtenue lors de l'étape d'acquisition (1002), - on relève sur le signal fréquentiel d'accélération (A(f)) la fréquence principale de vibration (f1), qui correspond au plus grand pic d'intensité du signal fréquentiel d'accélération (A(f)), - une étape (1032) de passage dans le domaine fréquentiel, dans laquelle on détermine un signal fréquentiel de la pression mesurée (P0(f)) en effectuant une transformée de Fourier de la pression mesurée (P0) obtenue lors de l'étape d'acquisition (1002), - une étape de filtrage (1033), dans laquelle : - à partir du signal fréquentiel de la pression mesurée (P0(f)) déterminé lors de l'étape (1032), on détermine une pression de vibration (P0(f1)) qui correspond à la fréquence de vibration principale (f1), - on détermine un signal fréquentiel de pression corrigé (Pc1(f)) en soustrayant la pression de vibration (P0(f1)) au signal fréquentiel de la pression mesurée (P0(f)).

   6.- Méthode selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'étape de correction (1003) comprend une étape de passage dans le domaine temporel (1034), dans laquelle on détermine un signal temporel de pression corrigé (Pc1(t)) en effectuant une transformée de Fourier inverse du signal fréquentiel de pression corrigé (Pc1(f)) obtenu lors de l'étape (1033).

   7.- Méthode selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une étape d'étalonnage fréquentiel (2010), dans laquelle on étalonne la sonde instationnaire (1) pour obtenir des données (dP) qui, pour plusieurs fréquences discrètes (fdi), indiquent une relation entre l'accélération (A) mesurée par l'accéléromètre (4) et les fluctuations de pression (OP) causées par des vibrations de la sonde instationnaire (1).

   8.- Méthode selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'étape d'étalonnage fréquentiel (2010) comprend :- une étape (2101) de discrétisation de la fréquence, dans laquelle on discrétise une plage fréquentielle ([fmin - fmax]) afin d'obtenir plusieurs fréquences discrètes (fdi), - une étape (2102) de mesure, dans laquelle on paramètre un vibrateur mécanique (10) pour qu'il fasse vibrer la sonde instationnaire (1) à chaque fréquence discrète (fdi) et, pour chaque fréquence discrète (fdi), la sonde instationnaire (1) mesure la pression (P0) et l'accélération (A) du fluide (F).

   9.- Méthode de mesure selon la revendication 8, caractérisée en ce que les données (dP) sont constituées par des signaux temporels de la perturbation de pression (dPi) qui sont sinusoïdaux et en ce que l'étape d'étalonnagefréquentiel (2010) comprend une étape (2103) de détermination des signaux temporels de la perturbation de pression (dPi), dans laquelle on détermine les signaux temporels de la perturbation de pression (dPi) avec, pour chaque fréquence discrète (fdi), d'une part, le déphasage (q)(fdi)) entre la pression mesurée (P0) obtenue lors de l'étape d'acquisition (2002) et l'accélération (A) et, d'autre part, l'amplitude (P0(fdi)) de la pression mesurée (P0) obtenue lors de l'étape d'acquisition (2002).

   10.- Méthode de mesure selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'étape de correction (2003) comprend - une première sous-étape (2031), dans laquelle on détermine un signal fréquentiel d'accélération (A(f)) en effectuant une transformée de Fourier de l'accélération (A) mesuré par l'accéléromètre (4) lors de l'étape d'acquisition (2002) ; - une deuxième sous-étape (2032), dans laquelle on relève sur le signal fréquentiel d'accélération (A(f)) au moins une fréquence (f1, f1i) qui correspond à un pic d'intensité du signal fréquentiel d'accélération (A(f)) ; - une troisième sous-étape (2033), dans laquelle on détermine à partir des signaux de perturbation de pression (dPi), des signaux utiles de perturbation de pression (dPi, dP'i) qui correspondent à des fréquences (fdi) égales ou proches de chaque fréquence (f1, f1i) déterminée lors de la deuxième sous-étape (2032) ; - une quatrième sous-étape (2034), dans laquelle on détermine le signal temporel de pression corrigé (Pc2) en soustrayant chaque signal utile de perturbation de pression (dPi, dP'i), déterminé lors de la troisième sous-étape (2032), à la pression mesurée (P0), obtenue lors de l'étape d'acquisition (2002).