| 1. | Détecteur à ultrasons pour milieux liquides, comportant un émetteur d'ultrasons en forme de plaquette et un récepteur à ultrason correspondant, montés en regard l'un de l'autre sur un support commun assurant leur fixation par une face principale et délimitant un espace destiné à constituer un chemin acoustique linéaire s'étendant de l'émetteur à travers le liquide à détecter au récepteur, un circuit d'excitation comportant un générateur de fréquence relié à l'émetteur par l'intermédiaire d'un amplificateur et un circuit de détection comportant un redresseur à filtre passebas relié au récepteur par l'intermédiaire d'un amplificateur et à au moins un comparateur à seuil réglable, caractérisé par le fait: (a) que le circuit d'excitation (EC) est agencé de manière qu'il transmet à l'émetteur (E) d'une part une fréquence d'excitation axiale (Fa) qui correspond à une fréquence de résonance axiale de l'émetteur (E) et sert à transmettre des ondes ultrasonores sur le chemin acoustique à travers le liquide à détecter et d'autre part une fréquence d'excitation radiale (Fr) qui correspond à une fréquence de résonance radiale de l'émetteur (E) et sert à transmettre des ondes ultrasonores au récepteur (R) à travers le support commun (2) et (b) que l'émetteur (E) et le récepteur (R) sont fixés respectivement par une face principale sur une surface d'appui correspondante (2e, 2r) agencée sur le support commun (2), de manière à former un guide d'ondes assurant une bonne liaison acoustique permettant la transmission d'ondes ultrasonores dans le support commun (2), le tout de manière que le circuit de détection (DC1; DC2) délivre d'une part un premier signal (Sd) provenant des ondes transmises à travers le liquide à détecter et d'autre part un deuxième signal (Se) provenant des ondes transmises à travers le support commun (2). |
| 2. | Détecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit d'excitation (EC; EC2; EC8) comprend un générateur de fréquences agencé de manière qu'il délivre successivement et cycliquement à l'émetteur (E) les fréquences de résonance axiale (Fa) et radiale (Fr) de cet émetteur et que le circuit de détection (DC1; DC2; DC8) délivre successivement et cycliquement un signal de détection (Sd) et un signal de contrôle (Se) qui correspondent respectivement audit premier et deuxième signal. |
| 3. | Détecteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le générateur de fréquences (1) est associé à un premier commutateur (4; 84) qui présente une sortie reliée à l'émetteur (E) par l'intermédiaire de l'amplificateur (3) et deux entrées reliées au générateur (1) qui reçoivent respectivement les fréquences d'excitation axiale (Fa) et radiale (Fr), ce commutateur (4; 84) étant commandé en fonction d'un signal de synchronisation (Sy) délivré par le générateur de fréquences (1), de manière que les fréquences d'excitation axiale (Fa) et radiale (Fr) soient transmises alternativement à l'émetteur (E). |
| 4. | Détecteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le circuit de détection (DC2) est muni d'un deuxième commutateur (9) qui est commandé par l'intermédiaire d'un temporisateur (17) par le signal de synchronisation (Sy) provenant du générateur de fréquences (1), qui présente une entrée reliée à la sortie d'un redresseur à filtre passebas (6) et qui présente une sortie reliée par l'intermédiaire d'un filtre passebas (10) à une résistance variable (8) de réglage de seui l d'un comparateur (7), le tout de manière que le seuil de détection du comparateur (7) soit ajusté en fonction de l'amplitude du signal sortant du redresseur à filtre passebas (6) et correspondant à la fréquence d'excitation radiale. |
| 5. | Détecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que la sortie du circuit de détection (DC2) est reliée à un circuit auxiliaire (AC3; AC5)) agencé de manière qu'il délivre respectivement le signal de détection (Sd) et le signal de contrôle (Se) à deux sorties de ce circuit auxiliaire. |
| 6. | Détecteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le circuit d'excitation (EC8, Fig. 8) comprend un commutateur (84) à trois positions qui est disposé entre le générateur de fréquences (1 ) et l'amplificateur (3) relié à l'émetteur (E) et qui présente deux entrées qui reçoivent respectivement lesdites fréquences de résonance d'excitation axiale (Fa) et radiale (Fr), une sortie reliée à l'amplificateur (3) et une position de repos, ce commutateur (84) étant commandé par un circuit logique (80a) qui reçoit ledit signal de synchronisation (Sy) du générateur (1) et est agencé de manière à transmettre alternativement lesdites fréquences de résonance d'excitation axiale (Fa) et radiale (Fr) et à les séparer par des intervalles de repos intermédiaires. |
| 7. | Détecteur selon la revendications 1, caractérisé par le fait que le circuit de détection (DC8, Fig. 8) comprend des moyens comparateurs (87a, 87b) associés à des moyens de commutation (87a, 87b) et agencés de manière qu'ils présentent deux seuils de détection réglables associés respectivement aux dits signaux de détection (Sd) et de contrôle (Se). |
| 8. | Détecteur selon la revendications 7, caractérisé par le fait que le seuil de détection associé au signal de détection (Sd) est réglé en fonction du signal (Sc6) sortant dudit redresseur à filtre passebas (6) et correspondant à la fréquence d'excitation radiale. |
| 9. | Détecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le signal sortant du circuit d'excitation (EC8) est acheminé vers un circuit auxiliaire (AC8) comprenant un circuit de discrimination de fréquence (820) qui délivre un signal lorsque la fréquence transmise par le circuit d'excitation (EC8) correspond à la fréquence d'excitation axiale (Fa) et permet de vérifier la transmission de cette fréquence (Fa) à l'émetteur. |
| 10. | Détecteur à ultrasons pour milieux liquides, comportant des moyens transducteurs d'émission et de réception d'ondes ultrasonores montés sur un support commun et des moyens électroniques de traitement des signaux appliqués aux moyens transducteurs d'émission et délivrés par les moyens transducteurs de réception, caractérisé en ce que: (a) lesdits moyens transducteurs d'émission et de réception sont constitués respectivement par des plaquettes piézoélectriques cintrées sous forme d'un segment de cylindre (E7; R7) présentant une face active concave et sont montés symétriquement sur un tuyau (27) présentant des segments de paroi cylindrique correspondants de faible épaisseur (27e'; 27r') formant une partie intégrante dudit tuyau (27) et présentent chacun une surface d'appui convexe adaptée à la face concave de la plaquette piézoélectrique correspondante ((E7; R7) et (b) lesdites plaquettes piézoélectriques sont agencés symétriquement de manière que leurs centres de courbure respectifs coïncident avec l'axe longitudinal dudit tuyau (27), le tout de manière que des ondes ultrasonores engendrées d'une part par l'excitation du transducteur émetteur cintré (E7) à une fréquence de résonance axiale puissent former un faisceau convergeant vers l'axe dudit tuyau et divergeant vers ledit transducteur récepteur et que des ondes ultrasonores engendrées d'autre part par l'excitation du transducteur émetteur cintré (E7) à une fréquence de résonance radiale puissent être transmises par sa face active concave en contact direct avec la surface d'appui convexe du segment de paroi correspondant et propagées dans la paroi dudit tuyau (27). |
| 11. | Détecteur à ultrasons selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits deux segments de paroi solidaires dudit tuyau présentent une faible épaisseur radiale inférieure à un dixième de la longueur d'onde correspondant à la propagation des ondes ultrasonores dudit faisceau à travers ledits segments de paroi. |
| 12. | Détecteur selon la revendication 10 ou 11 , caractérisé par le fait que ledit tuyau présente deux trous borgnes radiaux, diamétralement opposés, qui présentent chacun une extrémité ouverte à la surface externe dudit tuyau et un fond cintré, convexe situé au voisinage de la surface interne dudit tuyau de manière à former lesdits segments de paroi qui constituent une partie intégrante de la paroi dudit tuyau, au voisinage de la surface interne de ce tuyau. |
| 13. | Procédé de détection de milieux liquides au moyen d'ondes ultrasonores engendrées par un transducteur piézoélectrique monté sur un support solide présentant une surface destinée au contact avec le mi lieu liquide à détecter, caractérisé par le fait: (a) que l'on fixe ledit transducteur directement sur ledit support et l'on agence ce support de manière qu'il constitue un guide d'onde permettant la transmission d'ondes engendrées par ce transducteur (b) que l'on soumet ledit transducteur d'une part à un mode excitation axiale et d'autre part à un mode d'excitation radiale qui correspondent respectivement à une fréquence de résonance axiale perpendiculaire aux faces majeures du transducteur et à une fréquence de résonance radiale dans le plan des faces majeures du transducteur et (c) que l'on capte les ondes ultrasonores transmises respectivement d'une part dans un liquide à détecter et d'autre part dans ledit support, afin d'effectuer la détection de liquide et un contrôle du transducteur. |
| 14. | Procédé de contrôle du fonctionnement d'un émetteur d'ultrasons sous forme d'une plaquette piézoélectrique fixée sur un support solide et destinée à transmettre des ondes ultrasonores transversales à travers un mi lieu liquide, caractérisé par le fait que: (a) l'on soumet ledit émetteur à deux modes d'excitation différents, dont un premier mode correspond à une fréquence d'excitation axiale, destinée à transmettre lesdites ondes ultrasonores transversale à travers un milieu liquide, et dont un second mode correspond à une fréquence d'excitation radiale destinée à transmettre une onde le long dudit support solide, (b) l'on capte un signal correspondant à l'onde ultrasonore propagée dans ledit support et l'on compare ce signal onde à une référence correspondant au fonctionnement dudit émetteur dans des conditions initiales prédéterminées et (c) l'on détermine tout écart entre ledit signal et ladite référence afin de détecter toute déviation du fonctionnement dudit émetteur par rapport à ladite référence. |
| 15. | Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'on corrige le seuil de détection du signal capté correspondant à l'onde ultrasonore propagée à travers le milieu liquide en fonction dudit écart de manière à réaliser le calibrage du fonctionnement dudit émetteur par rapport aux dites conditions initiales. |
et procédé de contrôle d'un émetteur d'ultrasons
La présente invention a pour objet un détecteur à ultrasons pour milieux liquides, comportant un émetteur d'ultrasons en forme de plaquette et un récepteur à ultrason correspondant, montés en regard l'un de l'autre sur un support commun assurant leur fixation par une face principale et délimitant un espace destiné à constituer un chemin acoustique linéaire s'étendant de l'émetteur à travers le liquide à détecter au récepteur, un circuit d'excitation comportant un générateur de fréquence relié à l'émetteur par l' intermédiaire d'un amplificateur et un circuit de détection comportant un redresseur à filtre passe-bas relié au récepteur par l'intermédiaire d'un amplificateur et à un comparateur à seuil réglable. L'état de la technique relative aux détecteurs à ultrasons de ce type fonctionnant par transmission acoustique à travers le mi lieu l iquide à détecter peut être illustré à titre d'exemple par les documents de brevet suivants: Demande de brevet GB 2 177 510 A. Demande de brevet allemand DE 31 49 909 A1. Brevets US 4 958 518, 4 787 240, 4 535 628, 4 432 231 , 4 063 457.
Les détecteurs à ultrasons décrits dans t>E 31 49 909 A1 , US 4 787 240 et US 4 063 457 comprennent notamment des éléments élastiques qui sont intercalés entre les transducteurs et leur support et constituent ainsi un isolant acoustique. On peut par ailleurs mentionner un autre type de détecteur de liquide fonctionnant par propagation d'ultrasons à l'intérieur d'un corps de détection solide disposé au contact du liquide à détecter. Des détecteurs de ce type sont décrits par exemple dans les demandes de brevet FR 2 617 965 A1 , FR 2 628 527 A1 et EP 0 372 700 A1. Les détecteurs à ultrasons connus tels que ceux cités ci-dessus nécessitant cependant une structure plus ou moins compliquée, n'assurent généralement pas de contrôle de leur fonctionnement et présentent des limitations importantes de leur champs d'app cation respectifs.
La présente invention a pour but de fournir un détecteur de liquides relativement simple qui offre une entière sécurité de fonctionnement et se prête à un champs d'applications étendu, notamment pour la commande de pompes, de vannes et/ou d'avertisseurs faisant partie de systèmes de réglage ou de sécurité.
A cette fin, l'invention a pour l'objet le détecteur à ultrasons qui présente la combinaison des caractéristiques définies dans la revendication 1 et qui assure notamment le contrôle automatique de l'état de marche du détecteur en l'absence ainsi qu'en présence du l iquide à détecter. L'émetteur d'ultrasons du détecteur de liquide selon l'invention est soumis à deux modes d'excitation différents afin d'assurer d'une part la détection en présence de liquide et d'autre part le contrôle automatique de l'état de marche du détecteur, tandis que le circuit de détection délivre périodiquement le signal de contrôle ainsi que le signal de détection de liquide. Le générateur de fréquences est agencé de manière qu'il engendre d'une part la fréquence de résonance axiale permettant de produire des ondes ultrasonores transmises à travers le liquide à détecter, et d'autre part la fréquence de résonance radiale permettant de produire des ondes ultrasonores transmises à travers le support commun. Les deux fréquences d'excitation sont de préférence les fréquences de résonance fondamentales axiale et radiale de l'émetteur utilisé.
Le contrôle périodique de l'état de ma r che du détecteur est assuré par l'intermédiaire du support commun sur leqjel l'émetteur d'ultrasons et le récepteur sont montés de manière à assurer une bonne liaison mécanique et acoustique solide afin de constituer un guide d'ondes permettant d'assurer te contrôle permanent du fonctionnement de l'ensemble du détecteur.
L'excitation axiale de l'émetteur provoque par ailleurs un couplage parasite dans le support commun mais ne permet pas d'assurer un contrôle adéquat du détecteur. L'expérience a démontré que l'excitation radiale, dans le plan de l'émetteur, permet d'obtenir toujours un signal de contrôle important correspondant à l'état de marche du détecteur aussi bien en l'absence qu'en présence du liquide à détecter.
Le détecteur selon l'invention permet ainsi un contrôle permanent de son état de marche à l'aide des ondes ultrasonores transmises à travers le support commun qui est conçu spécialement pour assurer une bonne liaison acoustique permettant de déceler instantanément toute panne ou dérangement qu'elle qu'en soit la cause.
Le signal de contrôle obtenu conformément à l'invention permet d'assurer avantageusement un réglage du seuil de détection de liquide.
A cette fin, le circuit de détection peut être muni d'un com mutateur com mandé par le signal de synchronisation provenant du générateur de fréquences et relié au potentiomètre de réglage du seuil de détection du comparateur, de manière que ce seuil soit réglé en fonction de l'amplitude du signal sortant du redresseur à filtre passe-bas et correspondant à la fréquence d'excitation radiale.
L'émetteur et le récepteur du détecteur selon l'invention sont formés de plaquettes piézoélectriques de toute forme appropriée, circulaire, carrée ou rectangulaire. Leurs dimensions seront choisis de manière connue notam ment en fonction de la longueur du chemin acoustique à parcourir à travers le l iquide.
Or, selon la nature du liquide à détecter et l'application envisagée, la longueur du chemin acoustique à travers le liquide peut être choisie plus ou moins librement de cas en cas dans une g'ande gam me allant de quelques mi llimètres à plusieurs dizaines de centimètres. La forme et les dimensions du support sont alors choisies selon la tai lle de l'émetteur et du récepteur, la longueur du chemin acoustique à travers le liquide et l'application envisagée. On a obtenu de bons résultats avec des détecteurs comprenant des émetteurs et récepteurs piézoélectriques en forme de disques minces d'un diamètre de 6 à 16 m m et d'une épaisseur de 0,5 à 3 m m.
Une face principale de l'émetteur et cl.i récepteur est avantageusement collée sur la surface d'appui correspondante, afin de la rendre complètement solidaire du support commun et de réaliser ainsi le couplage acoustique qui est indispensable pour assurer la fonction de contrôle par l'intermédiaire de ce support com mun.
Les surfaces d'appui pour le montage de l'émetteur et du récepteur sur le support commun peuvent être avantageusement prévues sur des parois très minces, d'une épaisseur de 0,5 mm par exemple, qui constituant une partie intégrante du support commun et permettant d'améliorer les signaux de détection et de contrôle, notamment lorsque le liquide à détecter absorbe plus ou moins fortement les ondes ultrasonores. Ces parois présentant les surfaces d'appui séparent de préférence l'émetteur et le récepteur du liquide à détecter, de manière à les protéger de tout contact avec ce liquide.
Or, le montage de l'émetteur et du récepteur sur la paroi mince du support permet de supprimer pratiquement la propagation d'ondes par réflexion dans le support et d'affaiblir en conséquence ce couplage parasite. La composante radiale des oscillations qui est due à l'excitation axiale est par ailleurs réduite par un choix judicieux du matériau piézoélectrique de l'émetteur. Selon une forme d'exécution avantageuse de l'invention, telle que définie en particulier dans la revendication 10, le détecteur comprend des moyens transducteurs d'émission et de réception d'ondes ultrasonores qui sont constitués respectivement par des plaquettes piézoélectriques cintrées sous forme d'un segment de cylindre présentant une face active concave et sont montés symétriquement sur un tuyau présentant des segments de paroi cylindrique correspondants de faible épaisseur formant une partie intégrante dudit tuyau et présentent chacun une surface d'appui convexe adaptée à la face concave de la plaquette piézoélectrique.
Les centres de courbure de ces plaquettes piézoélectriques cintrés coïncident avec l'axe longitudinal dudit tuyau de manière que des ondes ultrasonores engendrées par l'excitation du transducteur émetteur cintré à une fréquence de résonance axiale puissent former un faisceau convergeant vers l'axe dudit tuyau et divergeant vers ledit transducteur récepteur et que des ondes ultrasonores engendrées par l'excitation du transducteur émetteur cintré à une fréquence de résonance radiale puissent être transmises par sa face active concave en contact direct avec la surface d'appui convexe du segment de paroi correspondant et propagées dans la paroi dudit tuyau.
Or, des essais effectués dans le cadre de la présente invention ont démontré que cette combinaison particulière du fonctionnement de l'émetteur en mode de résonance radiale avec la propagation des ondes ultrasonores provoquées par cette résonance radiale, permettait de réaliser diverses formes d'exécution avantageuses, adaptées respectivement à des applications différentes.
Il est cependant également possible en principe, comme on le verra plus loin, d'utiliser dans le cadre de l'invention un seul transducteur piézoélectrique agencé sur son support et associé aux moyens électroniques de traitement des signaux d'émission et de réception d'une manière lui permettant de fonctionner alternativement comme émetteur et récepteur.
Lorsque le transducteur électroacoustique est prévu pour fonctionner alternativement comme émetteur et récepteur en mode de résonance axial, il sera associé à toute surface réflectrice appropriée de manière que les ondes ultrasonores transmises par ce transducteur fonctionnant comme émetteur à travers un liquide à détecter soient réfléchies vers ce transducteur fonctionnant ensuite comme récepteur.
L'invention en outre pour objet un procédé de détection de milieux liquides au moyen d'ondes ultrasonores tel que défini en particulier dans la revendication 13.
L'invention a également pour objet un procédé de contrôle du fonctionnement d'un émetteur d'ultrasons tel que défini en particulier dans la revendication 14.
L'invention sera expliquée plus en détail à l'aide de différentes formes d'exécution données à titre d'exemple et représentées sur le dessin annexé de la manière suivante.
Fig. 1 est une vue schématique d'un détecteur à ultrasons associé aux circuits d'excitation et de détection selon une forme d'exécution.
Fig. 1a montre le montage de l'émetteur et du récepteur sur le support commun du détecteur selon Fig. 1.
Fig. 2 montre une variante du circuit de détection du détecteur selon Fig. 1 , comprenant des moyens de correction d'. seuil de détection.
Fig. 3 montre le détecteur selon Fig. 2 associé à un circuit auxiliaire relié à un circuit de commande d'une pompe. Fig. 4 i llustre le fonctionnement du détecteur selon Fig. 1 à 3.
Fig. 5 montre le détecteur selon Fig. 2 avec une variante du circuit auxiliaire relié au circuit de commande d'une pompe.
Fig. 6 montre une coupe d'un détecteur selon une autre forme d'exécution comprenant un support en forme de U. Fig. 7 montre une coupe d'un détecteur selon une autre forme d'exécution comprenant un support en forme de bride.
Fig. 8 montre une autre variante des circuits d'excitation et de détection du détecteur selon Fig. 1.
Fig. 8a illustre le fonctionnement du détecteur selon Fig. 8. Fig. 9 montre une variante du détecteur selon Fig. 8
Fig. 9a illustre le fonctionnement du détecteur selon Fig. 9. Fig. 10 illustre le fonctionnement des circuits logiques selon Fig. 8. Fig. 11a, 11b et 11c montrent des formes d'exécution des circuits logiques selon Fig. 8. Le détecteur selon Fig. 1 comprend essentiellement un émetteur E et un récepteur R agencés en regard l'un de l'autre sur un support commun 2 en forme de U, séparés par un espace délimitant un chemin acoustique linéaire à travers te liquide à détecter, indiqué schèmatiquement par des flèches en Fig. 1 L'émetteur E et le récepteur R sont reliés respectivement au circuit d'excitation EC de l'émetteur E et au circuit de détection DC pour le traitement des signaux provenant du récepteur R.
L'émetteur E et le récepteur R sont constitués par des plaquettes piézoélectriques fixées respectivement sur ceux surfaces d'appui 2e, 2r (Fig. 1A) disposées aux extrémités libres des deux branches du support com mun 2 qui est formé en l'occurrence d'une bande d'acier repliée en U constituant un bon conducteur acoustique.
Le support commun 2 est rigide et fixe ainsi la position exacte de l'émetteur E et du récepteur R et la longueur du chemin acoustique à travers le liquide à détecter. Il constitue en même temps un guide d'ondes, qui assure une bonne liaison mécanique et acoustique entre l'émetteur et le récepteur et permet ainsi la transmission d'ondes élastiques ultrasonores sur un chemin acoustique secondaire s'étendant dans le support commun 2 de l'émetteur E au récepteur R.
Les circuits d'excitation EC et de détection DC1 représentés en Fig. 1 comportent d'une part un générateur de fréquences 1 relié par un amplificateur 3 à l'émetteur E et d'autre part un redresseur à filtre passe-bas
6 relié au récepteur R par un amplificateur 5 et à un comparateur 7 muni d'une résistance variable 8 de réglage de seuil.
Le générateur de fréquences 1 du circuit d'excitation EC est muni en l'occurrence de trois résistances réglables 1a, 1 r, 1y afin de lui permettre de fournir les trois signaux périodiques réglables suivants:
Un signal de synchronisation Sy coi respondant à une fréquence de com mutation, la fréquence d'excitation axiale Fa correspondant de préférence à la fréquence de résonance fondamentale axiale de l'émetteur E, perpendiculaire à ses faces principales (afin de produire les ondes ultrasonores transmises au récepteur R en présence du liquide à détecter) et un signal d'excitation radiale Fr qui correspond de préférence à la fréquence de résonance fondamentale radiale de l'émetteur E et sert à engendrer des ondes ultrasonores transmises au récepteur R dans le support commun 2.
Le circuit d'excitation EC est muni en outre d'un commutateur 4 associé au générateur de fréquences 1 et com mandé par le signal de synchronisation
Sy, de manière que les fréquences d'excitation axiale et radiale Fa et Fr soient acheminées alternativement à l'émetteur E par l'intermédiaire de l'amplificateur 3.
On a obtenu de bons résultats avec le détecteur selon l'invention dont l'émetteur est excité alternativement par exemple avec une fréquence axiale Fa de 700 kHz et une fréquence radiale Fr ce 250 kHz. La période du signal de synchronisation Sy est choisie de manière qu'elle soit au moins 10 à 20 fois supérieure à la période d'excitation radiale.
Le circuit de détection DC1 délivre alternativement à la sortie du comparateur 7 un signal de détection Sd (en présence du liquide à détecter) et un signal de contrôle Se (transmis à travers le support 2 en l'absence ainsi qu'en présence du liquide à détecter) correspondant à l'état de marche du détecteur.
Com me il ressort plus particulièrement de la Fig. 1 a, une face principale de chacune des plaquettes E et R est fixée au moyen d'une colle conductrice sur la surface d'appui correspondante 2e et 2r à l'extrémité d'une branche du support commun 2. Or, on se limitera à décrire le montage de l'émetteur E, qui est exactement identique à celui du récepteur R.
La face principale intérieure de l'émetteur E est collée en l'occurrence sur la surface d'appui extérieure 2e du support 2 et reliée électriquement à l'électrode correspondante de l'émetteur au moyen d'une couche de colle conductrice reliée au blindage 28e d'un fil coaxial blindé 29e. La face principale extérieure de la plaquette E est revêtue d'une couche conductrice reliée à un fil électrique central 30e du fil blindé 29e.
Le récepteur R est agencé, monté et relié par l'intermédiaire du fil blindé 29r de façon identique sur la face d'appui 2r.
L'ensemble de l'émetteur E et du récepteur R, leur support commun 2 et les connexions électriques sera entouré par un enrobage rigide, non représenté en Fig. 1, par exemple en plastique, servant à encapsuler, protéger et renforcer le support 2 avec l'émetteur E, le récepteur R et leurs connexions.
Fig. 2 montre une variante qui correspond au détecteur décrit selon Fig. 1, sauf que le circuit de détection DC2 selon Fig. 2 comprend des moyens de correction automatique du seuil de détection.
A cette fin, le circuit de détection DC2 représenté en Fig. 2 est muni d'un commutateur 9 relié à la sortie du redresseur avec filtre passe-bas 6 et, par l'intermédiaire d'un autre filtre passe-bas 10, au potentiomètre 8 de réglage du seuil de détection du comparateur 7. Comme if ressort en outre de la Fig. 2, ce commutateur 9 est commandé par le signal de synchronisation Sy (provenant du générateur de fréquences 1), de manière que le signal de réponse transmis à travers le support 2 lors de l'excitation radiale de l'émetteur E soit acheminé au potentiomètre 8 et qu'il ajuste ainsi continuellement le seuil de détection du comparateur 7 en fonction de l'amplitude de ce signal. Afin que le commutateur 9 laisse passer vers le filtre passe-bas 10 ledit signal transmis à travers le support 2 lors de l'excitation radiale. Ce commutateur 9 est commandé par le signal de synchronisation Sy avec un retard fourni par un temporisateur 17 correspondant au temps de propagation dans le support 2. Ainsi, lorsque les signaux de réponse s'affaiblissent pour une raison quelconque, le seuil de détection du comparateur 6 sera baissé en conséquence afin d'assurer une détection satisfaisante.
La Fig. 3 montre un détecteur qui correspond à la Fig. 2 et est muni en l'occurrence d'un circuit auxiliaire AC3 comprenant un commutateur 1 1 qui présente une entrée reliée à la sortie du comparateur 7 et deux sorties associées respectivement à deux filtres passe-bas 15 et 16, est commandé par le signal de synchronisation Sy provenant du générateur de fréquences 1 par l'intermédiaire d'un temporisateur 17' et est agencé de manière qu'il délivre respectivement le signal de contrôle Se à la sortie associée au filtre passe-bas 15 et le signal de détection Sd à la sortie associée au filtre passe-bas 16.
Fig. 3 montre en outre à titre d'exemple une pompe 14 dont le circuit d'alimentation électrique est commandé par l'intermédiaire de deux commutateurs 12 et 13 représentés dans leur position de repos ouverte.
Lorsque le détecteur fonctionne normalement, le comparateur 7 délivre le signal de contrôle Se qui ferme le commutateur 12 et le signal de détection Sd passe au commutateur 13, lequel se ferme en présence du signal de détection de liquide Sd pour faire fonctionner la pompe 14.
L'absence du signal de contrôle Se provoquera cependant toujours l'arrêt de la pompe en cas de dérangement du détecteur.
Le fonctionnement du détecteur selon Fig. 1 à 3 est illustré en Fig. 4 qui représente respectivement les signaux suivants: Le signal de synchronisation Sy et le signal correspondant aux fréquences d'excitation axiale Fa et radiale Fr, les oscillations transitoires n'étant pas représentées, tandis que leur importance relative est limitée du fait que la fréquence du signal Sy est choisie de manière qu'elle soit au moins 10 à 20 fois inférieure à la fréquence d'excitation radiale Fr. Les signaux de réponse S5a, S6a et S7a délivrés respectivement en l'absence du liquide à détecter par l'amplificateur 5, le redresseur 6 et le comparateur 7 du circuit de détection.
Les signaux de réponse S5b, S6b et S7b délivrés respectivement en présence du liquide à détecter par l'amplificateur 5, le redresseur 6 et le comparateur 7 du circuit de détection.
Cependant, il convient de noter que le décalage dans le temps des signaux de réponse par rapport aux signaux d'émission, résultant du temps de vol entre l'émetteur et le récepteur, n'est pas représenté en Fig. 4 afin de simplifier le dessin.
Comme il ressort de la Fig. 4, le signal de synchronisation Sy correspond à la valeur 1 et 0 respectivement pendant les phases d'excitation axiale à la fréquence Fa et radiale à la fréquence Fr.
Fig. 4 montre en outre que le signal S5a, S6a de réponse en l'absence de liquide présente d'une part lors de la phase d'excitation axiale (fréquence Fa) une faible amplitude correspondant au couplage parasite à travers le support commun 2.
Le signal S7a qui est délivré par le comparateur 7 en l'absence du liquide à détecter lors de la phase d'excitation axiale (fréquence Fa) présente la valeur -1 (voir Fig. 4).
Il ressort en outre de la Fig. 4 que le signal S5a, S6a de réponse en l'absence de liquide présente une amplitude importante lors de la phase d'excitation radiale (fréquence Fr), tandis que le signal S7a correspondant délivré par le comparateur 7 lors de cette phase présente la valeur +1. Le signal S7a sortant de l'amplificateur 7 en l'absence de liquide comprend ainsi un signal de contrôle périodique Se, qui tombe immédiatement à -1 en cas de panne du détecteur.
La partie inférieure de la Fig. 4 représente en outre les signaux S5b, S6b et S7b de réponse qui sont délivrés respectivement en présence du liquide à détecter par l'amplificateur 5, le redresseur 6 et le comparateur 7 du circuit de détection.
Le signal S5b délivré par l'amplificateur 5 en présence de liquide lors des phase d'excitation axiale (fréquence Fa) et radiale (Fr) présente une amplitude importante lors de ces deux phases et le comparateur délivre dans ce cas un signal S7b qui reste constant à la valeur 1 aussi longtemps que le liquide est détecté.
En revanche, si le fonctionnement du détecteur est dérangé pour une raison quelconque, le signal S7a tombe instantanément à -1 (indépendamment de la présence ou l'absence du l iquide à détecter). Fig. 5 montre un détecteur qui correspond au détecteur selon Fig. 3 et est muni en l'occurrence d'un circuit auxiliaire AC5 comprenant un redresseur avec filtre passe-bas 21 dont la sortie est branchée en parallèle à deux autres comparateurs 19a et 19b avec des potentiomètres de réglage de seuil 18 et 20 respectivement.
Les seuils de détection de ces deux comparateurs sont ajustés à des valeurs différentes de manière que le comparateur 19b délivre le signal de détection Sd à la sortie associée au filtre-passe bas 16 et le comparateur 19a délivre le signal de contrôle Se à l'autre sortie associée au filtre passe-bas 15. Comme il ressort en outre de la Fig. 5, ce circuit auxiliaire AC5 est également associé à la commande, d'une pompe 14 de la manière déjà décrite par rapport à la Fig. 3.
Le détecteur représenté en Fig. 6 comprend l'émetteur E et le récepteur
R montés en regard l'un de l'autre dans un support commun 26 constitué par un profilé qui est replié en forme de U et présente deux trous borgnes diamétralement opposés 22e, 22r ménagés dans les branches parallèles du support.
Ces trous borgnes 22e, 22r sont percés depuis l'extérieur en laissant deux parois planes 26e', 26r' de faible épaisseur faisant partie du support 26 tandis que leur fonds présentent respectivement des surfaces d'appui planes 26e, 26r servant au montage fixe de l'émetteur E du récepteur R.
Les deux parois planes 26e', 26r' présentent une très faible épaisseur inférieure à 1 mm, en l'occurrence de 0,4 mm.
Cette épaisseur est avantageusement inférieure à un dixième de la longueur d'onde des ondes ultrasonores propagées dans le matériau solide du support 26, et cela afin de rendre cette paroi mince 26e' et 26r' transparente aux ondes ultrasonores émises axialement.
On se limitera ici à la description du montage de l'émetteur E, étant donné que le montage du récepteur R est le même. L'émetteur E est logé dans le trou borgne correspondant 22e en laissant un jeu latéral afin d'éviter tout contact latéral et couplage parasite avec la paroi délimitant ce trou 22e. La face principale intérieure de l'émetteur E est collée au moyen d'une couche de colle onductrice sur la face d'appui correspondante 26e au fond de ce trou 22e et reliée au blindage 28e d'un fi l coaxial blindé 29e.
La face extérieure de l'émetteur E est revêtue d'une couche de col le conductrice reliée au fil central 30e du fil blindé 29e.
Un coussin amortisseur 31e est en outre collé à la face arrière de l'émetteur E et le trou 22e est enfin obturé par un bouchon 32e servant à renfermer de façon étanche l'émetteur E et ses connexions électriques.
Le récepteur R est monté et relié électriquement de façon identique dans le trou borgne 22r par l'intermédiaire du fil blindé 29r.
Comme on le voit de la Fig. 6, le support 26 en forme de U est muni d'un trou central 33 relié aux trous borgnes 22e, 22r par deux percements 34e, 34r contenant les fils coaxiaux 29e et 29r.
Ce trou central 33 sert à la fixation du support commun 26 renfermant l'émetteur E et le récepteur R sur un tube de raccordement 35 contenant les connexions électriques et servant à la liaison aux circuits d'excitation et de détections (non représentés en Fig. 6), ces circuits pouvant être agencés de la manière décrite par rapport à l'une des figures précédentes.
La forme d'exécution représentée en Fig. 7 comporte un support annulaire 27 sous forme d'un tuyau et le montage de l'émetteur E7 et du récepteur R7 correspond à celui selon Fig. 6, les éléments similaires déjà décrits étant désignés par les mêmes références dans les Fig. 6 et 7. Comme il ressort de la Fig. 7, les parois minces 27e' et 27r' présentant les surfaces d'appui respectives sont cintrées sur la périphérie du support annulaire 27, l'émetteur E7 ainsi que le récepteur R7 étant cintrés en conséquence afin que leurs faces principales épousent les surfaces d'appui correspondantes. Un tube de raccordement 36 est par ailleurs monté latéralement dans le trou central 37 sur la branche du support annulaire 27 qui renferme les fils coaxiaux 29e et 29r respectivement dans les percements 38e et 38r, afin de conduire ces fils électriques vers l'extérieur et de les relier aux circuits d'excitation et de détection non représentée, ces circuits pouvant également être agencés de la manière décrite selon l'une des figures précédentes.
Ce détecteur de forme annulaire selon Fig. 7 peut être utilisé de différentes manières. Il peut être monté horizontalement par exemple sur un tuyau vertical présentant le même diamètre intérieur que le support annulaire
27, afin de détecter la présence ou l'absence de liquide au niveau de l'émetteur E et du récepteur R.
La variante selon Fig. 8 comprend des circuits d'excitation EC8 et de détection DC8 modifiés, qui comportent les mêmes éléments 1, 1a, 1 r, 1y, 2, 3, 5 et 6 que ceux déjà décrits par rapport è la Fig 1.
Le circuit d'excitation EC8 comprend un commutateur 84 à trois positions, dont une position de repos, commandé par un circuit logique 80a en fonction du signal de synchronisation Sy.
Le circuit de détection DC8 comprend deux comparateurs 87a et 87b qui sont à seuils réglables par les résistances variables 88a et 88b et sont reliés respectivement par l'intermédiaire des commutateurs 89a et 89b à des circuits monostable réarmables 81 1a et 81 1b qui délivrent respectivement les signaux Se et Sd. Les commutateurs 89a et 89b sont commandés en fonction du signal de synchronisation Sy provenant du générateur de fréquence respectivement par l'intermédiaire de circuits logiques 80b et 80c.
La sortie du redresser 6 est reliée à l'entrée des comparateurs 87a et
87b et à l'entrée d'une mémoire analogique 822 qui est commandée par le circuit logique 80d en fonction du signal de synchronisation Sy et présente une sortie reliée à la résistance 88b afin de régler le seui l du comparateur 87b. La figure 8 montre en outre un circuit auxiliaire AC8 de validation des signaux Sd et SC. Le signal à la sortie de l'amplificateur 3 est dirigé à l'entrée d'un circuit de discrimination de fréquence 820 (PLL, phase lock loop).
Ce circuit 820 est réglé de manière qu'il délivre un signal 1 à sa sortie si le signal d'entrée correspond à la fréquence d'excitation axiale, et un signal 0 dans le cas contraire.
La largeur de bande pour laquelle ce circuit 820 délivre un signal 1 est réglée en fonction des transducteurs piézoélectriques E et R et du niveau de signal admissible lorsque la fréquence dérive.
La sortie du circuit de discrimination 820 délivre donc, lorsque le circuit fonctionne normalement, de façon intermittente un signal 1 vers le circuit monostable réarmable 81 1c qui dans ce cas délivre un signal 1 constant. Ce signal est acheminé vers deux portes logique "et" 821a et 821b. Ces deux portes valident les signaux Sd et Se émis par le circuit DC8.
Le signal Sd6, Sc6 à la sortie du redresseur 6 est acheminé vers les deux comparateurs 87a et 87b à seui ls réglables par les résistances variables 88a et 88b.
Le comparateur 87a délivre un signal 1 ou 0 selon que le seuil de contrôle est atteint ou non. Le commutateur 89a piloté par le circuit logique
80b achemine en fonction du temps le signal de sortie du comparateur 87a vers le circuit monostable réarmable 81 1a. Il n'est pris en compte que le signal correspondant au temps de réception de l'onde radiale.
Le circuit monostable réarmable 81 1a ainsi excité délivre un signal continu de contrôle Se tant que le signal issu du commutateur 89a passe à 1 et se répète à une fréquence suffisamment élevée en correspondance avec la constante de temps du circuit monostable réarmable 811a. Le comparateur 87b fonctionne de la même manière pour le signal Sd6 correspondant au signal de détection. Le circuit logique 80c permet au commutateur 89b d'acheminer le signal reçu pour les intervalles de temps correspondant au temps de réception de l'onde axiale vers le circuit monostable réarmable 811b qui fonctionne comme le circuit monostable réarmable 811a.
La mémoire analogique 822 reçoit le signal Sc6 de sortie du redresseur 6 et, au moment correspondant à la réception de l'onde radiale, moment indiqué par le circuit logique 80d, garde en mémoire cette valeur qui alimente d'un côté la résistance de réglage de seuil 88b. Ainsi le seuil du comparateur 87b est ajusté automatiquement en fonction de l'efficacité des transducteurs E et R.
La figure 8a illustre le fonctionnement des circuits selon Fig. 8, les signaux S3, S5a, S5b, S6a, S6b correspondant respectivement aux signaux portant les mêmes références et déjà décrits par rapport à la Fig. 4. Cette figure montre le décalage dans le temps de la réception par rapport à l'émission dû au temps de vol de l'onde.
La valeur issue de la mémoire analogique 822 peut par ailleurs être utilisée aussi comme indicateur d'efficacité des éléments d'émission et de réception et être pris en compte dans la validation des signaux. Fig. 11a, 11b et 11c représentent respectivement, à titre d'exemple, des formes d'exécution des circuits logiques: 80a; 80b, 80d; 80c selon Fig. 8.
Le circuit logique représenté en Fig. 11a comprend deux bascules JK1 et JK2 (de type JK) montés en série et trois portes P1, P2 et P3.
La bascule JK1 reçoit le signal de synchronisation Sy et bascule sur le flanc montant de ce signal. La bascule JK2 bascule sur le flanc montant de JK1.
La porte P1 délivre le signal P1 correspondant au temps d'excitation axiale, la porte P2 délivre le signal P2 correspondant au temps d'excitation radiale et la porte P3 délivre le signai P3 correspondant au temps de repos. Fig. 11b et 11c représentent des formes d'exécution simplifiées par rapport aux circuits selon Fig. 1 1a.
Fig. 10 illustre le fonctionnement de ces circuits logiques et représente le déroulement des signaux correspondants JK1, JK2, P1 , P2 et P3 Q en fonction du signal de synchronisation Sy.
Fig. 9 montre une variante du détecteur selon figure 8 dans laquelle un support 92 est muni d'un seul élément piézoélectrique E/R qui fonctionne alternativement en émetteur et récepteur.
Dans un premier temps, ledit élément piézoélectrique E/R est relié par le commutateur 84a au circuit d'excitation EC8 de sorte qu'il fonctionne comme émetteur. A la fin de l'émission d'un train d'ondes, le commutateur 84a bascule et relie ledit élément piézoélectrique E/R au circuit de détection
DC8 de sorte qu'il fonctionne alors comme récepteur.
La figure 9a illustre le fonctionnement des circuits selon Fig. 9, les signaux S3, S5a, S5b, S6a, S6b correspondant respectivement aux signaux portant les mêmes références et déjà décrits par rapport à la Fig. 4. Cette figure montre en outre le décalage dans le temps de la réception par rapport à l'émission dû au temps de vol aller et retour de l'onde.
Il faut tenir compte du temps de vol aller et retour pour déterminer la longueur des trains d'onde d'émission tant axiale que radiale qui doivent être plus brefs que le dit temps de vol. De même, le temps de repos entre deux émissions axiale et radiale doit être plus long que la somme du temps d'émission et du temps de vol aller et retour afin d'éviter toute superposition de signaux.
Le détecteur selon l'invention présente divers avantages pratiques qui permettent son emploi dans divers champs d'applications. Grâce au contrôle automatique de son état de marche, ce détecteur présente une très grande fiabilité, telle que requise pour la majorité des applications industrielles dans les systèmes de réglage et de sécurité.
Le correction de son seuil de détection lui permet de s'adapter à des conditions de fonctionnement variables. I I se prête ainsi à la détection de liquides très divers, même des liquides très visqueux et corrosifs, qui peuvent se trouver à une température comprise entre -20°C et 150°C.
Ce détecteur peut servir également à détecter l'apparition de bulles ou de corps poreux dans un liquide.