FR2760094A1 - Dispositif acoustique pour mesurer le mouvement d'un fluide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les dispositifs qui permettent de mesurer le mouvement d'un fluide à partir de l'émission et de la réception d'un signal acoustique.Elle consiste à utiliser un émetteur (102) et un récepteur (103) situé côte à côte sur une paroi sur laquelle circule un fluide en mouvement. Sous l'effet du déplacement du fluide, le coefficient de couplage, ou diaphonie, entre l'émetteur et le récepteur varie, et la mesure de cette diaphonie permet de mesurer la vitesse du fluide sans utiliser l'effet Doppler.Elle permet de réaliser des débitmètres très précis.

Description

DISPOSITIF ACOUSTIQUE POUR MESURER
LE MOUVEMENT D'UN FLUIDE.

La présente invention se rapporte aux dispositifs qui permettent le mouvement d'un fluide en utilisant des ondes acoustiques. Ces dispositifs permettent aussi bien de mesurer la vitesse d'un mobile se déplaçant dans le fluide, ce sont alors des lochs acoustiques, que de mesurer la vitesse d'un courant océanique, ce sont alors des courantomètres, ou encore de mesurer la vitesse d'un fluide se déplaçant dans une canalisation, ce sont alors des débitmètres.

Les dispositifs connus jusqu'à présent sont en particulier cités dans l'ouvrage bien connu dans l'art de Mason au tome 14, sous le titre d"'Ultrasonic Flowmeter". Ils utilisent tous la mesure des caractéristiques des échos provenant d'un signal émis selon au moins un faisceau acoustique directif et qui est réfléchi par des cibles de référence, telles qu'une paroi, le fond de la mer ou les centres de diffusion du fluide. Les caractéristiques mesurées sur les échos ainsi reçus sont généralement celles correspondant à l'effet Doppler, ou parfois aux retards apportés aux échos en fonction du mouvement du fluide, qui sont alors déterminés à l'aide d'un système de corrélation.

Lorsque la cible produisant l'écho est éloignée, quand le bâtiment porteur navigue par grand fond par exemple, ou lorsqu'elle tend à disparaître, quand le milieu cesse d'être diffusant, la précision obtenue à l'aide de ces procédés diminue fortement, à cause d'une part de la diminution du rapport signal/bruit, et d'autre part dans certains cas à cause de l'élargissement de la tache formée par le faisceau incident sur la cible qui est à l'origine de l'écho renvoyé vers le récepteur.

En outre ces procédés sont peu adaptés lorsque l'on souhaite mesurer les caractéristiques de l'écoulement du fluide proche du dispositif de mesure, ce qui est le cas par exemple d'un navigateur en compétition. On est alors conduit à revenir aux procédés anciens utilisant des systèmes à hélice ou à fil chaud, dont les inconvénients, en particulier la précision à basse vitesse eVou la fragilité en particulier, sont bien connus.

Pour pallier ces inconvénients, I'invention propose un dispositif acoustique pour mesurer le mouvement d'un fluide se déplaçant le long d'une paroi, du type comprenant un émetteur et au moins un récepteur d'ondes acoustiques situés dans la paroi à l'interface avec le fluide, principalement caractérisé en ce que ce dispositif fonctionne par détection de la modification du couplage entre ledit émetteur et ledit récepteur.

Selon une autre caractéristique, L'émetteur et le récepteur sont destinés à fonctionner avec des ondes acoustiques se propageant perpendiculairement à ladite paroi, et l'espacement entre l'émetteur et le récepteur est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de l'onde acoustique utilisée, de manière à avoir un couplage en champ propre générateur de diaphonie.

Selon une autre caractéristique, la longueur d'onde acoustique utilisée est nettement supérieure à l'épaisseur de la couche limite du fluide se déplaçant le long de la paroi.

Selon une autre caractéristique, cette longueur d'onde est de l'ordre de grandeur de 3 fois l'épaisseur de la couche limite.

Selon une autre caractéristique, L'émetteur et le récepteur sont prévus pour émettre des ondes acoustiques de Scholte se propageant à l'interface entre la paroi et le fluide, et l'émetteur et le récepteur sont espacés d'une distance supérieure à plusieurs fois la longueur d'onde acoustique utilisée.

Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend deux récepteurs disposés de manière symétrique autour de l'émetteur.

Selon une autre caractéristique, il comprend au moins deux récepteurs disposés sur deux axes perpendiculaires entre eux par rapport à l'émetteur.

Selon une autre caractéristique, L'émetteur et le récepteur sont adaptés pour être disposés sur la paroi d'une canalisation existante.

Selon une autre caractéristique, L'émetteur et le récepteur ont la forme de tores cylindriques et sont inclus dans une virole destinée à venir s'insérer entre deux portions d'une canalisation pour pouvoir être utilisée en débitmètre.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent:
- la figure 1, une vue en coupe des organes d'émission et de réception d'un dispositif selon l'invention;
- la figure 2, un schéma des organes électroniques reliés à cette émetteur et ce récepteur;
- la figure 3, un diagramme du profil d'écoulement d'un fluide le long d'une paroi.

- la figure 4, une vue en coupe partielle d'un transducteur selon l'invention;
- la figure 5, une vue schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention fonctionnant avec des ondes de Scholte;
- la figure 6, une vue schématique d'un dispositif selon l'invention présentant une structure symétrique;
- la figure 7, une vue schématique d'un dispositif selon l'invention présentant une structure bidimensionnelle;
- les figures 8 et 9, des vues en coupe d'un dispositif selon l'invention adapté à une tuyauterie; et
- la figure 10, une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention destiné à être inséré dans une tuyauterie.

On a représenté sur la figure 1 une coupe longitudinale d'un support 101, la coque d'un bâtiment par exemple, se déplaçant avec une vitesse U dans un fluide en mouvement selon une direction Ox parallèle au plan de coupe.

Dans un logement ménagé dans ce support, on a placé un émetteur acoustique 102 et récepteur acoustique 103. Les faces actives de cet émetteur et de ce récepteur sont coplanaires avec la surface extérieure du support 101. Les diamètres a de ces transducteurs et la distance d qui sépare les centres de cet émetteur et de ce récepteur, sont de l'ordre de grandeur de la longueur des ondes acoustiques émises et reçues.

L'émetteur et le récepteur sont disposés de telle manière qu'ils soient alignés l'un après l'autre dans le sens de la direction du déplacement respectif entre le fluide et le support.

De cette manière, on obtient un fort couplage par rayonnement entre l'émetteur et le récepteur, ce qui entraîne une diaphonie acoustique importante entre ceux-ci. Par ailleurs, on prend des précautions suffisantes, tant aux points de vue mécanique qu'électrique, par utilisation de matériau absorbant et blindage par exemple, pour que l'origine de cette diaphonie soit strictement limitée à l'interaction radiative entre l'émetteur et le récepteur. La diaphonie sera définie comme étant le rapport entre la tension de réception s en sortie du récepteur et la tension d 'émission e en entrée de l'émetteur soit: s
Dia = (1)
e
En choisissant pour les transducteurs des éléments piézoélectriques qui résonnent à la fréquence d'excitation, et qui vibrent selon un mode piston suivant l'axe Oy perpendiculaire au support 101, et en désignant par u la vitesse vibratoire au niveau de la face de sortie de l'émetteur et par f la force produite par l'onde émise sur la surface d'entrée du récepteur, cette diaphonie est également donnée par:

Dans cette formule, Qu est la réponse électromécanique de la source donnée par u/e, Qf est la réponse piézoélectrique du récepteur donné par s/f, et Z12 est l'impédance mutuelle du rayonnement de l'émetteur vers le récepteur, laquelle présente un caractère réciproque.

II est connu de définir un paramètre k = cûI, appelé nombre d'onde acoustique, dans lequel cg est la vitesse du son dans le fluide et o la pulsation des ondes acoustiques émises par l'émetteur. Lorsque l'on se trouve en présence d'un écoulement homogène u, tel que représenté sur la figure, ce nombre d'onde devient /cocu pour les ondes se propageant dans le même sens que u et olcg-u pour les ondes se propageant en sens inverse.

Cette constatation est un corollaire de l'effet Doppler, et il en résulte que l'interaction acoustique entre l'émetteur et le récepteur, caractérisée par l'impédance mutuelle Z12 définie plus haut, dépend alors de u. Lorsque u/c0l qui est le nombre de Mach, est très petit devant 1, on a:
o = 70 "
Z12 = z12 + Z avec z = 12 (3)
CO kd)
De manière plus générale pour un écoulement formant avec l'axe passant par les centres des deux transducteurs un angle a on a:
o 1
Z12 = ±cosaZ (4)
12
II en résulte donc que la diaphonie entre l'émetteur et le récepteur est elle aussi dépendante de u, selon la formule:
Dia = Dia +A x avec A = Qf x cos aZ x Q" (5)
c0
On peut donc ainsi mesurer u en mesurant le signal s en fonction de e, en utilisant par exemple un dispositif électronique tel que celui représenté sur la figure 2.

Un oscillateur local 202 permet d'obtenir un signal sinusoïdal à une fréquence adaptée au transducteur 102 et 103, quelques milliers de
Hertz par exemple . Ce signal, après amplification dans un amplificateur de puissance 203, est appliqué à l'émetteur 102 par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation 204. Une partie du signal acoustique émis dans l'eau par cet émetteur 102 est transmise au récepteur 103 par le couplage 201 provenant de l'écoulement de cet eau.

Ce récepteur 103 émet alors en réponse à ce signal acoustique un signal électrique qui est amplifié dans un amplificateur 205 pour être ensuite appliqué à l'entrée + d'un amplificateur différentiel 206. L'entrée - de cet amplificateur différentiel reçoit le signal de sortie de l'oscillateur local 202, dûment filtré par un filtre 207.

Le signal de sortie de l'amplificateur 206 est appliqué à un démodulateur synchrone 208, lequel reçoit directement le signal de sortie de 'oscillateur 202. Le signal de sortie de ce démodulateur 208, correspondant à la détection du signal fourni par le récepteur 103, est proportionnel à la vitesse d'écoulement du fluide. II permet donc de mesurer cette vitesse d'écoulement dans un organe de mesure 209, un galvanomètre étalonné par exemple.

En l'absence d'écoulement le signal est sensiblement nul. En présence d'écoulement par contre, son amplitude est sensiblement proportionnelle à la valeur de u, et son signe à la direction de u. Pour obtenir le coefficient de proportionnalité, on procédera à un étalonnage en utilisant le dispositif avec un écoulement connu, pouvant être mesuré par des moyens autres, un chronométrage par exemple.

Comme dans la plupart des dispositifs tachymètriques, les performances de ce dispositif s'apprécie essentiellement sur la mesure des faibles vitesses, c'est à dire la résolution du système. Celle-ci dépend essentiellement de trois facteurs.

Le premier de ces facteurs est que le couplage entre l'émetteur et le récepteur, qui s'effectue bien entendu par propagation dans le fluide, doit s'effectuer essentiellement dans une zone où l'écoulement du fluide est régulier et correspond bien à la vitesse relative entre le fluide et le dispositif porteur des moyens de mesure, c'est à dire en dehors de la couche limite, dans laquelle l'écoulement du fluide présente, soit un caractère tourbillonnant, soit un gradient de vitesse important. On a représenté sur la figure 3, par rapport au dispositif 301 fixé sur un support mobile 302, le profil 303 d'écoulement relatif du fluide par rapport à la surface de ce support 302.

Cet écoulement part d'une valeur sensiblement nulle sur cette surface, pour aboutir à une valeur u sensiblement constante et correspondant à la vitesse relative entre le fluide et le support. La valeur de la vitesse de l'écoulement augmente d'abord très rapidement avec un gradient important dans une zone de faible épaisseur 6, connue dans l'art sous le nom de couche limite, où la valeur représentée n'est d'ailleurs qu'une valeur moyenne d'un écoulement essentiellement tourbillonnaire. Au delà de cette couche limite cette valeur se stabilise rapidement à la valeur u. Pour que le couplage acoustique s'effectue bien en dehors de cette couche limite, il est nécessaire que la longueur d'onde A du signal acoustique émis soit nettement supérieur à l'épaisseur 6 de cette couche limite. Dans la pratique, et plus particulièrement en vitesse faible, pour laquelle le problème de la résolution est le plus important, on prendra A supérieur à 36. Pour fixer les idées,
I'épaisseur de la couche limite dans l'eau est d'environ 1cm, ce qui conduit à une longueur d'onde d'environ 3 cm soit une fréquence de 50 kHz.

Le deuxième facteur est que la diaphonie électrique et mécanique, qui s'ajoute au couplage dû à l'écoulement sans pouvoir en être distinguée, et que l'on peut obtenir en effectuant une mesure dans le vide, ou éventuellement dans l'air, doit être la plus faible possible, par exemple inférieur à - 80 dB. Pour obtenir un tel découplage électrique et mécanique, on peut par exemple utiliser une structure telle que celle représenté sur la figure 4.

Sur cette figure, on n'a représenté complètement que le transducteur d'émission 102, le transducteur de réception 103 étant sensiblement identique.

Ce transducteur d'émission comporte pour sa partie active un ensemble de plaques piézoélectriques 301, ici au nombre de 2. Ces plaques sont d'une forme quelconque, carrée ou circulaire, pour pouvoir fonctionner en mode piston pur. Elles sont contenues dans un carter de blindage 302, en métal conducteur et ferromagnétique, qui permet d'obtenir un blindage électromagnétique. II comporte un passage isolant permettant le passage des conducteurs d'alimentation 303 des plaques piézoélectriques. Celles-ci sont fixées sur le fond de ce carter de blindage par l'intermédiaire d'une couche 304, formée d'un matériau acoustique de découplage tel qu'une mousse de polyuréthane. Le pourtour des plaques piézoélectriques, et de la couche arrière, est isolé de la face intérieure latérale du carter par un espace vide 305. Enfin, pour améliorer encore le découplage mécanique, le carter 302 est lui-même isolé de la paroi 101 par un écran acoustique 306 formé de matériaux acoustiquement absorbants, tels que par exemple des mousses plastiques présentant une basse impédance acoustique. On arrive ainsi, avec une telle structure, à obtenir une diaphonie électrique et mécanique entre l'émetteur et le récepteur répondant aux critères cités plus haut.

Enfin le troisième facteur est que le rapport signal/bruit de la chaîne de réception soit le meilleur possible. Ceci s'obtient en utilisant une puissance d'émission suffisante, 1mW par exemple, un rapport entre l'impédance mutuelle entre l'émetteur et le récepteur et l'auto impédance de chacun de ceux-ci suffisamment important, par exemple XXX dB et une bande de fréquence, correspondant à la largeur de bande du filtre de réception, suffisamment faible, par exemple 1000 Hz.

On remarquera que cette dernière condition sur la bande de fréquence est plus facile à obtenir dans un dispositif selon l'invention, qui fonctionne par modification de la fonction de transfert émission-réception en champ proche, donc sur une fréquence sensiblement pure, que sur les dispositifs fonctionnant par effet Doppler, dans lesquels la fréquence varie en fonction de cet effet Doppler et ne doit pas être éliminé au filtrage en réception. Avec les vaieurs de ces paramètres, on peut obtenir un rapport signal/bruit de 80 dB, ce qui permet de mesurer une vitesse de l'ordre de lm par seconde dans l'eau avec une précision d'environ 5%.

Dans le cas de l'émission d'une onde acoustique perpendiculairement à la surface du porteur, pour que le couplage entre l'émetteur et le récepteur ait une valeur suffisamment grande il faut, comme on l'a vu plus haut, que ceux-ci soient relativement rapprochés. A titre de variante, I'invention propose d'utiliser un système dans lequel l'émetteur et le récepteur sont adaptés pour émettre et recevoir des ondes de surface, dites ondes de Scholte, se propageant à l'interface solide/liquide entre le porteur du dispositif et le fluide dans lequel il est plongé. Dans ces conditions, I'atténuation de ces ondes est relativement faible avec la distance parcourue, et l'on peut donc séparer d'une distance beaucoup plus grande que dans le mode de réalisation décrit ci-dessus l'émetteur de ces ondes et son récepteur, tout en gardant une fonction de transfert de valeur suffisante. L'écoulement du fluide modifiera cette fonction de transfert en fonction de la vitesse de cet écoulement, ce qui permettra alors de mesurer cette vitesse de la même manière que vue ci-dessus.

Pour cela, on utilisera par exemple, comme représenté sur la figure 5, un émetteur 502 d'ondes de Scholte, formé par exemple d'un réseau de 3 transducteurs espacés d'un pas égal à ;-/2, x étant la longueur d'onde de la fréquence émise, avec un transducteur central émettant en opposition de phase par rapport aux transducteurs extérieurs. Ce dispositif connu permet de générer une onde de Scholte dont le profil en amplitude est représenté par le diagramme connu 504, qui montre que celle-ci se propage essentiellement à l'interface solide/fluide avec une composante évanescente à l'intérieur du solide et une composante évanescente à l'intérieur du fluide.

Le récepteur 503 est situé à une distance L de l'émetteur 502. Il est formé par exemple d'un réseau de transducteurs, comportant ici deux transducteurs espacés de AJ2 et fonctionnant en opposition de phase.

L'écoulement relatif du fluide par rapport au porteur 501 est représenté par son profil 505. Il modifie dans la direction de l'écoulement le nombre d'onde de l'onde de Scholte, par effet dit de convection. Le retard entre l'instant d'émission et l'instant de réception pour une vitesse d'écoulement nulle est donné par TO = L/v, où v est la vitesse de l'onde de
Scholte, qui est sensiblement égale à la vitesse du son dans l'eau libre. En présence d'un mouvement relatif entre le porteur et le fluide, on mesure un retard ri, et le retard total est alors donné par: T=:o+MtI (6)
Dans cette formule M = u/v, ce qui permet d'obtenir la mesure de u.

Pour améliorer la précision et la stabilité du dispositif selon l'invention, on propose en outre, à titre de variante, de le symétriser en utilisant deux récepteurs situés de part et d'autre de l'émetteur selon l'axe d'écoulement, à des distances identiques de cet émetteur. Pour avoir une mesure de l'écoulement après détection, il suffit alors, comme représenté de manière simplifiée sur la figure 6, d'effectuer dans un amplificateur différentiel 606 la différence des signaux de sortie obtenus à l'aide des récepteurs 603 et 613 à partir du signal émis par l'émetteur 602.

La description précédente suppose bien entendu que la direction de l'écoulement soit bien celle de l'alignement de l'émetteur et du récepteur.

Cette condition est parfois difficile à réaliser, en particulier pour les navires en évolution, les corps flottants ou semi-flottants, ainsi que pour les gouvernes et les organes hydrauliques. Dans le cas où cet axe d'écoulement n'est pas connu, I'invention propose, comme représenté sur la figure 7, de réaliser un dispositif bi-directionnel en utilisant au moins deux transducteurs de réception situés par rapport aux transducteurs d'émission selon des axes Ox et Oy perpendiculaires entre eux. Dans ce cas, le couple émetteur 702/récepteur 703 donne la composante ux de l'écoulement u par rapport à l'axe x , et le couple émetteur 702 et récepteur 713 donne la composante uy de cet écoulement par rapport à l'axe y. A partir de ces deux composantes, il est facile d'obtenir le module u de l'écoulement, ainsi que l'angle a qu'il forme avec l'axe Ox et son sens.

On peut bien entendu utiliser dans ce cas la variante décrite plus haut, en disposant deux récepteurs symétriques par rapport à l'émetteur sur l'axe x, et deux récepteurs symétriques par rapport à l'émetteur sur l'axe y.

Comme les directions d'émission et de réception sont orientées perpendiculairement à la surface du bateau porteur, en dehors du couplage transversal, I'onde émise par l'émetteur s'éloigne de ce bateau et lorsqu'elle rencontre un obstacle elle est réfléchie vers le bateau et donc vers le récepteur. Ces organes, ainsi que les circuits analogiques d'excitation et de réception qui leurs sont associés, peuvent donc être utilisés pour former avec d'autres organes électroniques adéquats, un sonar Doppler classique permettant d'obtenir la vitesse du bâtiment porteur en champ lointain, par rapport par exemple au fond de la mer, ou au sein de celle-ci en utilisant la réverbération de volume. On peut ainsi, dans un même appareil, en utilisant très peu d'organes supplémentaires, obtenir les deux mesures de vitesse, celle absolue par rapport au fond, et celle relative par rapport à un éventuel courant.

A titre d'exemple de réalisation, on citera un dispositif utilisant des transducteurs carrés de 16mm de côté espacés de 60 mm. Ceci permet d'obtenir un isolement électrique et mécanique de 44 mm, formé de deux fois 4 mm de blindage métallique et de 36 mm d'écran acoustique, composé par exemple avec une mousse polymère à haute densité. On utilisera alors des impulsions de fréquence pure à 50 kHz, ce qui correspond à une longueur d'onde de 3 centimètres et à un espacement entre les transducteurs de 2x. On peut ainsi mesurer l'écoulement de l'eau le long d'une paroi qui comporte une couche limite d'une épaisseur de l'ordre de 1cm. Dans ces conditions l'impédance mutuelle Z12 est sensiblement égale à 0,04pcS, comme explicité dans la publication JASA, volume 36, n"8, 1964, article de E. ARASE. La puissance reçue est alors sensiblement égale à 4% de la puissance émise, et, en utilisant une puissance d'émission de l'ordre du milliWatt, on peut obtenir un rapport signal/bruit de 210 décibels pour une bande de fréquence de 1000 Hz, si ce bruit correspond uniquement au bruit thermodynamique. On dispose donc d'une marge importante pour pouvoir assurer un rapport signal/bruit réel de l'ordre de 80 dB, comme décrit plus haut. Cette marge peut être utilisée pour inclure la diaphonie inévitable d'origine électrique et/ou mécanique. Pour améliorer l'isolement électrique, on peut alors dimensionner les carters métallique pour pouvoir y intégrer l'amplificateur de puissance à l'émission et le préamplificateur à la réception. Ceci permet de limiter les diaphonies accidentelles provenant du cheminement des câbles reliant les transducteurs aux moyens électroniques d'émission et de traitement de la réception.

Dans la mesure où l'interaction acoustique entre l'émetteur et le ou les récepteurs englobe tout le volume fluide qui est en mouvement, par exemple lorsqu'il s'agit d'une canalisation, la mesure différentielle en sortie de ce dispositif délivre un signal qui est proportionnel au débit du fluide même si ce débit est variable selon l'emplacement dans la veine en mouvement. Cette proportionnalité dépend bien évidemment de la géométrie et de la nature de la canalisation, ainsi que des propriétés acoustiques du fluide et du type d'écoulement, ce qui ne permet pas de faire une mesure absolue. Toutefois, pour des paramètres donnés, par exemple pour un fluide et une canalisation particulière, on peut étalonner un tel dispositif vis à vis du débit du fluide, et donc l'utiliser en débitmètre. Dans un premier mode de réalisation, dit non intrus if, c'est à dire correspondant à un dispositif pouvant être fixé sur une canalisation existante, comme représenté sur la figure 8, on fixe sur la paroi d'une canalisation 801 un émetteur acoustique 802 encadré par deux récepteurs acoustiques 803 et 813 situés devant et derrière cet émetteur relativement au sens de propagation du fluide dans la canalisation.

Les ondes acoustiques émises par l'émetteur se propagent pour atteindre les deux récepteurs et on n'a représenté sur la figure que celles correspondant à la réception sur le récepteur 803, celles correspondant dans l'autre sens à la réception sur ie récepteur 813 se propageant de manière semblable. Les signaux reçus sur le récepteur 803 peuvent provenir d'une propagation 805 par les parois de la canalisation, 806 à l'intérieur de la veine de fluide, et 807 toujours à l'intérieur de cette veine mais après réflexion simple ou multiple sur la paroi interne de la canalisation. Le profil de l'écoulement dans cette paroi est représenté par le diagramme 804 et est sensiblement parabolique, selon les résultats classiques de la mécanique des fluides. Quel que soient les trajets empruntés par les ondes acoustiques, seuls ceux correspondant à une propagation à l'intérieur de la veine de fluide sont affectés par l'écoulement de celle-ci. II en résulte donc que le signal de sortie, correspondant à la différence entre les signaux provenant des récepteurs 803 et 813 convenablement filtrés, est proportionnel à la vitesse de l'écoulement du fluide en chaque point de celuici, et donc finalement au débit dans la canalisation. Les problèmes de couplages parasites évoqués plus haut sont donc bien moins cruciaux ici, puisqu'il s'agit de mesurer un débit et qu'il y a en fait intégration en chaque point de la veine. Le seul problème, qui peut être résolu par essais au cas par cas, consiste à optimiser la fréquence de fonctionnement du dispositif.

Quelques expériences simples permettront de déterminer pour quelle fréquence le maximum d'énergie passe par le fluide, ce qui correspond au maximum de signal de sortie de ce dispositif. Pour obtenir un appareil très versatile, pouvant être utilisé sur de nombreux types de canalisations existantes, I'invention propose d'utiliser, comme représenté sur la figure 9, un module d'émission-réception standard que l'on viendra adapter à la canalisation existante 801 par l'intermédiaire d'une pièce d'adaptation 824, présentant d'un côté une face plate permettant d'y fixer le module 823, et de l'autre côté une face usinée de manière conforme à la surface extérieure de la canalisation 801. La fixation d'une part sur le module et d'autre part sur la canalisation s'effectuera par exemple par l'intermédiaire de couches adhésives 825 et 826 utilisant une colle connue permettant le couplage acoustique. La pièce d'adaptation sera elle-même formée avec un métal relativement banal permettant de transmettre facilement les ondes acoustiques. Comme elle est massive et ne nécessite qu'un simple usinage, elle sera d'un coût extrêmement réduit par rapport au coût de l'ensemble de l'appareil, ce qui permettra une adaptation peu coûteuse de cet appareil sur n'importe quelle canalisation existante.

Dans un autre mode de réalisation, représenté en coupe sur la figure 10, le débitmètre est réalisé sous une forme à symétrie radiale présentant l'aspect d'une virole permettant de l'insérer entre deux sections de tuyauterie 901 terminées par des brides. Les transducteurs sont alors réalisés sous la forme de tores à section rectangulaire et vibrent radialement avec une fréquence de résonance donnée par la formule bien connue: c
Ê=2j (7)
On utilisera de préférence un tore émetteur central 902 entouré de deux tores récepteurs 903 et 913, I'un en amont et l'autre en aval du flux dans la canalisation. Le dispositif sera contenu dans un cylindre 905 résistant à la pression, et les tores piézoélectriques seront isolés au point de vue mécanique de ce cylindre par une couche arrière 904. Des cloisons radiales 906 permettront en outre d'isoler entre eux le tore émetteur et les tores récepteurs.

En raison de cette structure symétrique, le couplage entre l'émetteur et les récepteurs passe entièrement par le volume fluide, et le coefficient de couplage est alors très élevé. On peut donc obtenir une très bonne précision sur le débit, ce qui permet d'utiliser ce dispositif dans un compteur. A titre de variante, I'invention prévoit de ménager un espace, en augmentant par exemple le diamètre du cylindre extérieur 905 dans des proportions suffisantes, pour placer les organes électroniques qui permettent de faire fonctionner l'ensemble. On peut alors prévoir de placer dans l'espace ainsi disponible des moyens d'alimentation, tels qu'une pile à longue durée, au lithium par exemple, permettant de faire fonctionner le système en permanence et de mémoriser dans une mémoire adéquate les indications de débit ainsi mesurées.

On pourra alors prévoir des moyens de lecture de cette mémoire interfacés avec un dispositif de connexion adapté. Ce dispositif pourra être par exemple une prise du type RS232 permettant un relevé périodique, ou une prise téléphonique permettant de relier le dispositif au réseau et de procéder à des télémesures.

De tels dispositifs peuvent être utilisés pour mesurer le débit de fluides de natures diverses, tels que de l'eau ou du gaz. Dans le cas de la mesure du débit d'un gaz, pour pouvoir adapter les impédances acoustiques des tores émetteurs et récepteurs à celle du gaz, on utilisera de préférence des anneaux en polymère piézoélectrique.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif acoustique pour mesurer le mouvement d'un fluide se déplaçant le long d'une paroi (101), du type comprenant un émetteur (102) et au moins un récepteur (103) d'ondes acoustiques situés dans la paroi à l'interface avec le fluide, caractérisé en ce que ce dispositif fonctionne par détection de la modification du couplage entre ledit émetteur et ledit récepteur.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur (102) et le récepteur (103) sont destinés à fonctionner avec des ondes acoustiques se propageant perpendiculairement à ladite paroi (101), et en ce que l'espacement entre l'émetteur et le récepteur est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de l'onde acoustique utilisée, de manière à avoir un couplage en champ propre générateur de diaphonie.

3 -Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur d'onde acoustique utilisée est nettement supérieure à l'épaisseur de la couche limite du fluide se déplaçant le long de la paroi (101).

4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que cette longueur d'onde (x) est de l'ordre de grandeur de 3 fois l'épaisseur de la couche limite ( ).

5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur (502) et le récepteur (503) sont prévus pour émettre des ondes acoustiques de Scholte se propageant à l'interface (501) entre la paroi et le fluide, et en ce que l'émetteur et le récepteur sont espacés d'une distance supérieure à plusieurs fois la longueur d'onde acoustique utilisée.

6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend deux récepteurs (603,613) disposés de manière symétrique autour de l'émetteur (602).

7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux récepteurs (703,713) disposés sur deux axes perpendiculaires entre eux par rapport à l'émetteur (702).

8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'émetteur (802) et le récepteur (803,813) sont adaptés pour être disposés sur la paroi d'une canalisation (801) existante.

9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'émetteur (902) et le récepteur (903, 913) ont la forme de tores cylindriques et sont inclus dans une virole destinée à venir s'insérer entre deux portions d'une canalisation (901) pour pouvoir être utilisée en débitmètre.