Brevet FR2004189A1 — publié le 19691121

La présente invention se rapporte au domaine des vibrations et, plus particulièrement, "bien que non exclusivement, à des détecteurs de véhicules ; par ces termes, on veut dire, dans la présente description, un dispositif qui répondra au passage d'un vé-5 hicule au dessus de lui pour produire un signal qui peut être u-tilisé dans des "buts tels que le fonctionnement direct ou indirect des signaux de circulation ou le comptage des véhicules pour obtenir des informations pour le contrôle de la circulation, des projets de développement de routes et analogues. 10 II y a de nombreuses formes connues de détecteurs de véhi cules. Probablement celle qui est la plus couramment utilisée est celle comprenant un tube pneumatique dans une structure qui est enfouie dans une route et s'étend transversalement par rapport à celle-ci. La structure est telle qu'elle fournit dans la surface 15 de la route un "tapis" de cadrage rectangulaire en caoutchouc ou analogue et, lorsqu'un véhicule passe dessus, son poids provoque la compression de l'air dans le tube pneumatique et l'élévation de pression en tant que conséquence fait fonctionner un commutateur actionné par diaphragme pour produire un signal électrique 20 afin de réaliser la fonction quelconque que l'on exige du détec-*-teur de véhicules. Cependant, on a proposé des agencements quelque peu semblables, utilisant des tubes hydrauliques remplis de liquides au lieu de tubes pneumatiques remplis d'air. Parmi les nombreuses autres formes de détecteurs de véhicules qui ont été 25 proposées, il y a celles utilisant le poids d'un véhicule passant pour déformer un cristal piézoélectrique afin de produire une tension par voie piézoélectrique ou pour appliquer de la pression à une résistance électrique sensible à la pression ou pour modifier l'espacement entre les plaques d'un condensateur élec-30 trique et ainsi pour faire varier sa capacité ou, plus simplement, pour fermer uniquement (ou ouvrir, mais d'ordinaire de fermer) les contacts d'un commutateur. Cependant, les exigences pratiques pour avoir un détecteur de véhicules satisfaisant sont difficiles à satisfaire et, pôur 35 autant que la demanderesse en soit informée aucun des détecteurs proposés jusqu'à présent ne les satisfait toutes, jusqu'au point désiré. Ces exigences comprennent (elles ne sont pas données par ordre d'importance) le fait que les détecteurs doivent avoir un degré élevé de certitude d'action, doivent répondre de manière sa-40 tisfaisante aux véhicules qui peuvent avoir n'importe quel poids 69 07746 2 2004189 dans une gamme donnée de vitesses pratiques, doivent pouvoir donner un service satisfaisant par simple placement en travers de la surface de la route, comme cela est souvent souhaitable lorsqu'on ne désire qu'une installation temporaire, doivent pouvoir 5 rendre des services satisfaisants par installation permanente dans une conduite dans la route, c'est-à-dire en dessous ou au niveau d'une surface de route, et doivent être raisonnablement faciles et peu coûteux à installer, doivent exiger un minimum d'énergie pour leur fonctionnement, doivent pouvoir être rapide-10 ment installés afin d'avoir une susceptibilité minima aux interférences et d'être le moins possible susceptibles de répondre autrement qu'à des véhicules qui passent ; ils doivent avoir âne susceptibilité minima à la détérioration par usure et déchirement et doivent se' prêter à une installation avec une bonne pro-15 tection contre les endommagements par l'humidité ou les agents atmosphériques et doivent donner des signaux fiablés et facilement reconnaissables et utilisables en réponse au passage des véhicules. La présente invention cherche à fournir des détecteurs de véhicules perfectionnés qui seront à faible prix de revient, 20 et qui satisferont cependant à ces exigences jusqu'à un degré élevé. La présente invention utilise un phénomène qui n'est pas très largement connu, auquel le nom d'effet triboélectrique a été et est ici appliqué. On trouve souvent que certains câbles 25 électriques produisent des tensions électriques dues aux bruits lorsqu'ils sont soumis à des châcs ou & des tensions mécaniques et on a eu beaucoup d'ennuis par suite de cette production de tension électrique due aux bruits dans des câbles isolés, employés pour la transmission de signaux. Des expériences indi-30 quent que si un câble ayant des conducteurs séparés par un diélectrique isolant (par exemple un câble coaxial ayant un conducteur intérieur isolé du conducteur extérieur par une gaine de diélectrique isolant) est soumis à un choc ou à une vibration mécanique, des tensions électriques dues aux bruits apparaîtront 35 entre les deux conducteurs si le contact mécanique entre le diélectrique et l'un ou l'autre des conducteurs qu'il sépare électriquement est modifié par le choc ou la vibration. Ainsi, dans le cas d'un câble coaxial ordinaire avec un conducteur intérieur, un conducteur extérieur et une matière isolante entre eux, de 40 petits intervalles sont en pratique laissés entre la surface ex 69 07746 3 2004189 térieure de l'isolement et la surface intérieure du conducteur extérieur, et la vibration ou le choc amène ces intervalles à changer de position et/ou de dimension, en modifiant ainsi les conditions de contact entre la surface extérieure de l'isolement 5 et la surface intérieure du conducteur extérieur, les vibrations ou les chocs provoqueront la production de tensions électriques (qui peuvent varier entre des fractions d'un millivolt et plusieurs volts, selon les circonstances) apparaissant entre les deux conducteurs, l'effet qui produit ces tensions (qui sont, 10 bien sûi} un ennui à éviter autant que possible dans les câbles à signaux) constitue ce que l'on appelle ici l'effet triboélectrique. Le mécanisme physique qui est à la base de l'effet triboélectrique est quelque peu obscur mais on croit (bien que la 15 présente invention ne dépende pas de l'exactitude ou autre considération de la théorie) qu'il est dû à la production d'électricité par frottement et/ou au déplacement de charges électriques résiduelles dues au mouvement relatif entre les surfaces d£élecr-triques et-un conducteur en forme de câble. Il apparaît claire-20 ment que le phénomène doit peu de chose ou ne doit rien du tout à la variation de capacité du câble, bien que cette variation puisse quelquefois accompagner, dans une faible mesure, la production de tension triboélectrique. Selon des caractéristiques de la présente invention, un 25 détecteur de vibrations comprend au moins deux conducteurs allongés, une matière diélectrique isolante pleine entre les conducteurs, les isolant l'un de l'autre, cette matière et ces conducteurs étant dans un agencement et une relation mutuels tels qu'il y a plusieurs points ou surfaces de contaet entre la ma-30 tière et au moins un des conducteurs, des moyens pour monter les conducteurs et la matière afin de les soumettre à la vibration à détecter jusqu'à un point nécessaire pour perturber ces points ou ces surfaces de contact et des moyens pour prendre des tensions produites par suite des perturbations des contacts. 35 Pour l'utilisation comme détecteurs de véhicules, les dé tecteurs s élon des caractéristiques de la présente invention seront placés sur ou dans les conduites dans la surface de la route afin de les soumettre à une vibration provenant de véhicules passant sur la route. 40 De préférence, la matière diéelectrique et les conducteurs 69 07746 4 2004189 sont dans un agencement et une relation mutuels tels qu'ils fourniront un nombre considérable de points ou de surfaces de contact léger, au hasard, entre les diélectriqueôet un des conducteurs. 5 Une forme de détecteur, selon des caractéristiques de la présente invention, comprend un conducteur extérieur, sous la forme d'une certaine longueur de tube métallique, et un conducteur intérieur sous la forme d'un fil avec une gaine de diélectrique s'étendant à l'intérieur du tube métallique et ayant un diamè-10 tre extérieur inférieur au diamètre intérieur du tube, de sorte que la surface extérieure du conducteur intérieur, recouvert de diélectrique, repose légèrement à l'intérieur du conducteur extérieur. Le conducteur intérieur revêtu de diélectrique peut être semblable à l'intérieur revêtu de diélectrique d'un câble 15 ordinaire coaxial flexible, à fréquence élevée. Un autre exemple de réalisation comprend une certaine longueur de câble coaxial ordinaire flexible, à fréquence élevée, comprenant un conducteur central, un gaînage de diélectrique, un conducteur coaxial tressé sur le gaînage de diélectrique et 20 un recouvrement de diélectrique sur le conducteur tressé, cette longueur de câble coaxial étant placée tout du long d'une manière relâchée à l'intérieur d'un conducteur extérieur sous forme d'un élément tubulàire métallique entourant le câble. On doit comprendre que, dans tous les cas, les conducteurs 25 entre lesquels on prend les tensions triboélectriques'(normalement à une extrémité) dans un détecteur selon des caractéristiques de la présente invention, sont isolés l'un de l'autre sur toute leur longueur, c'est-à-dire que la seule connexion entre eux est par la charge à laquelle les tensions triboélectriques 30 sont envoyées. La combinaison de conducteurs et de diélectrique pour former un détecteur de véhicules selon des caractéristiques de la présente invention peut être convenablement montée dans un trou allongé dans une enveloppe de protection et d'entourage, qui 35 peut être formée de n'importé quelle matière convenable au point de vue mécanique. Ainsi, par exemple, l'enveloppe pourrait être en caoutchouc ou autre- matière flexible semblable et être d'une section par segment, avec un alésage central pour recevoir le détecteur. Une telle structure pourrait être- simplement placée 4-0 en travers d'une route et convenablement fixée à sa surface, ou 69 07746 5 2004189 "bien elle pourrait être placée dans une conduite peu profonde en travers d'une route, de manière telle que la surfaee en arc de l'enveloppe à section par segment fassent projection légèrement au dessus de la surface générale de la route, ou "bien elle pour-5 rait être enfouie dans une conduite peu profonde à recouvrement afin d'être de niveau avec la surface de la route ou de.se trouver entièrement sur une courte distance sous la surface de la t route, les. vibrations de véhicules passant sur la route dans ce dernier cas atteignait le déteoteur par l'intermédiaire de la >10 route. Il est également possible d'utiliser une enveloppe en métal. Une telle enveloppe pourrait aussi avantageusement avoir une section généralement à segment, adaptée pour être évidée dans une surface de la route, la surface en arc étant en haut. Convenablement, une telle enveloppe pourrait être formée d'une manière >15 solidaire d'une partie du genre tube faisant projection vers le bas à partir de la surface plate, le câble constituant le détecteur proprement dit étant placé à l'intérieur de la partie du genre tube. Si on le désire, la partie du genre tube pourrait être agencée pour constituer un conducteur d'un détecteur selon £0 des caractéristiques de la présente invention. La présente invention est illustrée dans les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 représente un exemple de réalisation simple, Les figures 2 et 3 représentent deux formes d'enveloppe, Z.S I»a figure 4 est un diagramme d'un circuit d'un amplifica teur convenable pour recevoir des tensions triboélectriques produites par un détecteur selon des caractéristiques de la présente invention et, La figure 5 est une vue en coupe schématique à travers un 30 autre exemple de réalisation de la présente invention. En se référant à la figure 1, .le détecteur de véhicules représenté comprend un tube métallique extérieur 1, dans lequel on dispose d'une manière lâche une longueur de conducteur 2 recouvert par du diélectrique. Le conducteur 2 et son diélectrique de re-35" couvrement 3 peuvent être semblables au conducteur intérieur et à son isolement de recouvrement d'un câble haute fréquence coaxial flexible ordinaire, le tressage en cuivre extérieur et tout'recouvrement dessus ayant été retiré. Le conducteur recouvert 2-3 a un- diamètre total inférieur au diamètre intérieur du tube 1 et ko simplement repose légèrement sur la surface intérieure du tube. 69 07746 6 2004189 Sur le côté gauche de la figure 1, le tube peut être fermé de n'importe quelle manière convenable. L'isolement sur le conducteur 2 est tel qu'il empêchera tout contact électrique entre lui et le tube 1. À l'autre extrémité de la .figure 1, les conducteurs 5 L connectent le conducteur 2 et le tube 1 aux bornes d'entrée d'une unité d'utilisation électronique A-ïï d'amplification de signaux, de n'importe quelle forme désirée convenable. Un détecteur, tel que représenté sur la figure 1, peut être logé suivant n'importe laquelle d'un grand nombre de formes dif-10 férentes d'enveloppe de protection. Par exemple, on peut employer une bande en caoutchouc ou analogue 4 sectionnée par segment, tel que représenté sur la figure 2, et ayant un alésage 5 pour recevoir le tube 1 de la figure 1. Lorsque le détecteur est dans l'enveloppe, l'alésage peut Être convenablement bouché à ses extrémi-15 tés pour fournir une protection contre les. agents atmosphériques, si elle n'est pas déjà suffisamment fournie par la construction du protecteur lui-même. La bande 4 peut être alors fixée à une surface de route pour s'étendre partiellement suz1 la route ou bien elle peut être enfouie dans une colonne peu profonde dans une rou-20 te, la surface supérieure incurvée de la bande étant juste en saillie par rapport à la surface de la route ou entièrement enfouie sur une courte distance sous la surface de la route. La figure 3 représente une autre forme convenable d'enveloppe adaptée pour se joindre à une conduite à la surface d'une 25 route par des consoles de jointement (non représentées). L'enveloppe sur la figure 3 est en métal (par exemple de l'aluminium extrudé) et possède une partie tubulaire dépendante solidaire 6 dans laquelle le détecteur peut être logé. Si on le désire, la partie tubulaire peut elle-même constituer le conducteur exté-30 rieur d'un détecteur qui, en principe, est tel que représenté sur la figure 1, c'est-à-dire qu'un câblage recouvert comme en 2-3 de la figure 1 peut être placé d'une manière lâche tout le long à l'intérieur de la partie tubulaire 3. Si ceci est réalisé, il faut prendre en pratique des précautions pour exclure l'humidité 35 etc ... de la partie 3 car, dans un tel exemple de réalisation, tout dépendra de la partie 3 pour empêcher la détérioration ou l'interférence par les agents atmosphériques et l'humidité. La figure 4 représente une forme convenable pour un étage d'amplification à inclure dans une unité d'amplification et d'u-40 tilisation, telle que l'unité AU de la figure 1. Les conducteurs 69 07746 7 ' 2004189 1 de la figure 1 sont connectés aux "bornes ainsi référencées sur la figure 4, de sorte que les tensions triboélectriques sont appliquées par l'intermédiaire d'un condensateur 7 à un amplificateur de transistor 8, sur lequel la réaction négative est appli-5 quée par un condensateur 9. les "bornes de sortie 10 alimentent dans des circuits d'utilisation (non représentés) choisis selon la fonction exigée qu'on doit réaliser, par exemple la mise en fonctionnement d'un compteur ou la commande de signaux de circulation. 10 la figure 5 représente un détecteur de véhicules selon des caractéristiques de la présente invention dans une autre forme d'enveloppe placée dans une conduite ou canal à la surface de la route, les mêmes références ont été utilisées sur la figure 5 comme sur la figure 1 pour des parties semblables, le tube métal-15 lique 1 est fermement connecté à une plaque métallique 11 et tous deux sont encastrés dans un bloc rectangulaire en caoutchouc ou en matière caoutchouteuse. 12. l'enveloppe rectangulaire formée par le bloc 12 est représentée placée dans un eanal dans une surface de route 13, de manière telle que la surface supérieure de 20 la plaque 11 se trouve au même niveau que la surface de la route. Une matière adhésive 14 est utilisée pour lier l'enveloppe à la surface de la route 13. Comme on l'a représenté, la sortie du détecteur de véhicule est envoyée par l'intermédiaire du conducteur 1 à l'unité électronique d'utilisation AU d'amplification de si-25 gnaux comme auparavant. le fonctionnement de ce détecteur est semblable au détecteur précédent, sauf que la matière caoutchouteuse 12 isole le détecteur des vibrations transmises à la surface de la route pour constituer une sauvegarde eontre la création de détections incor-30 reetes de véhicules, par suite de vibrations au hasard, à la surface de la route provoquées par d'autres moyens, par exemple des perforations sur la route ou la circulation des piétons, la plaque métallique 11 forme une surface à usure difficile pour le détecteur en le rendant moins susceptible d'usure et d'endommage-35 ment. l'unité AU peut avantageusement être constituée par un circuit de détection suivant la demande de brevet britannique No. 48.801/68 déposée le 15 octobre 1968 sous le titre"cir cuits descriminateurs perfectionné"à la place de l'agencement 40 d'amplification de la figure 4. 69 07746 8 2004189 La présente invention n'est pas limitée aux exemples de ré alisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire sus ceptlfcle de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 69 07746 9 2004189 REVENDICATIONS 1) - Détecteur de vibrations, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux conducteurs allongés, une matière diélectrique isolante pleine entre les conducteurs les isolant l'un de 5 l'autre, la matière et les conducteurs étant en agencement et en relation mutuels tels qu'il y a plusieurs points ou surfaces de contact entre la matière et au moins l'un des conducteurs, des moyens pour monter les conducteurs et la matière 'afin de les soumettre à la vibration à détecter jusqu'au point nécessaire pour 10 perturber les points ou les surfaces de contact et des moyens pour retirer les tensions électriques produites en tant que résultat de la perturbation des contacts. 2) - Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière diélectrique et les conducteurs sont dans un agen- 15 cernent et une relation mutuels tels qu'ils fournissent un nombre considérable de légers points ou de légères surfaces de contact, distribués au hasard, entre le diélectrique et un dès conducteurs 3) - Détecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il a un conducteur extérieur sous la sorme d'une cer-20 • taine longueur de tube métallique et un conducteur intérieur sous forme d'un fil, avec une gaine de diélectrique s'étendant à lrin-térieur du tube métallique et ayant un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du tube, de sorte que la surface extérieure du conducteur intérieur recouvert de diélectrique re-25 pose légèrement sur l'intérieur du conducteur extérieur. 4) - Détecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une certaine longueur de câble coaxial ordinaire flexible, à fréquence élevée, se composant d'un conducteur central, d'un gainage de diélectrique, d'un conducteur coa-30 xial tressé sur le gaînage de diélectrique et d'un recouvrement de diélectrique sur le conducteur tressé, cette longueur de câble coaxial étant placée tout du long d'une manière relâchée à l'intérieur d'un conducteur extérieur sous forme d'un élément tubulaire métallique entourant le câble. 35 5) - Détecteur de vibration selon l'une quelconque des re vendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu pour la détection du passage de véhicules en travers, en étant monté dans un alésage allongé dans une enveloppe de protection et d'entourage. 40 6) - Détecteur de véhicules selon la revendication 5, 69 07746 10 2004189 caractérisé en ce que l'enveloppe est en caoutchouc ou en matière flexible semblable et a une section transversale sensiblement sous forme de segment. 7) - Détecteur de véhicules selon la revendication 5, ca-5 ractérisé en ce que l'enveloppe a la forme d'un bloc de caoutchouc ou d'une matière caoutchouteuse ayant une surface avec une plaque métallique encastrée dedans, afin d'être au même niveau que la surface, le détecteur étant fermement connecté à la plaque et dans un alésage ou canal dans le bloc et, de ce fait, tout le bloc 10 peut être placé dans un canal sur une surface de route, la plaque métallique étant au même niveau et protégeant le détecteur d'usure et d'endommagement et la matière du genre caoutchouc isolant le détecteur des chocs transmis par la route.