Brevet FR2134466A1 — publié le 19721208

i*57k 1 La présente invention se rapporte à un appareil, appelé clinomètre, permettant de déterminer l'orientation d'un corps enfoncé, ou à enfoncer, dans le sol. Lorsqu'on veut mesurer les caractéristiques d'un sol, 5 et en particulier sa résistance à l'enfoncement, on utilise un tube de sondage dont l'extrémité porte un bout conique qui est relié au tube par un organe déformable de mesure, muni de jauges de contrainte. Lorsqu'on enfonce dans le sol un tel tube, qui peut être équipé si nécessaire de tubes prolongateurs, il permet de mesurer la 10 résistance des différentes couches du sol. En outre, cette sonde peut comporter un manchon, relié au tube de façon analogue, pour la détermination de la résistance au frottement latéral des couches environnantes. Les tubes de sondage usuels ont un diamètre relativement 15 faible et sont enfoncés dans le sol a une grande profondeur, de sorte qu'il n'est pas possible de les maintenir toujours exactement verticaux. Or, il est nécessaire, pour que les valeurs relevées soient utilisables, que les mesures de résistance soient rapportées à la profondeur correcte. On a donc besoin d'un clinomètre 20 capable d'indiquer, de façon continue, avec une sensibilité et une précision élevées, une déviation de la sonde par rapport à la verticale, les dimensions du clinomètre devant cependant être assez faibles, pour qu'on puisse l'introduire dans la partie inférieure d'un tube de sondage. 25 On a déjà utilisé pour cela des bandes élastiques, fi xées unilatéralement et munies de jauges de contrainte, comme décrit dans le brevet hollandais n° 71 046. Un tel clinomètre présente cependant l'inconvénient d'une précision insuffisante. Pour la détermination de l'inclinaison de puits de mine, 30 ou d'autres forages, on connaît l'utilisation de pendules qui actionnent des contacts électriques pour la commande de servomoteurs, comme décrit dans le brevet hollandais n° 4 024. Ces moteurs éervent au réglage des contacts qui coopèrent avec un pendule, de façon à ce que ces contacts suivent le pendule correspon-35 dant. Un tel clinomètre est donc assez compliqué et exposé aux pannes, et son fonctionnement est relativement lent et imprécis. La présente invention a pour objet un clinomètre qui évite les inconvénients des dispositifs connus et qui peut, en particulier, être introduit dans un tube de sondage du type dé-40 crit plus haut. Le clinomètre suivant l'invention peut bien enten 72 14574 2 2134466 du être utilisé pour d'autres applications. Le clinomètre suivant l'invention comprend un ou plusieurs pendules, suspendus chacun dans un boîtier dont l'axe longitudinal peut être maintenu parallèle à l'axe du corps dont an 5 veut déterminer l'orientation. Le pivot de chaque pendule est disposé transversalement à l'axe longitudinal du dit boîtier. Des moyens permettent de déterminer la déviation entre l'axe longitudinal du boîtier et la verticale indiquée par le pendule considéré. Ces moyens comprennent un aimant fixé au pendule, le boîtier 10 de chaque pendule étant muni d'une plaque de Hall dont le plan est sensiblement perpendiculaire à l'axe du boîtier. Afin d'obtenir également une indication du sens de la déviation d'un pendule, on utilise de préférence un aimant, dont l'aimantation est dirigée transversalement au pivot et aussi trans-15 versalement à l'axe longitudinal du pendule. On obtient une indication sensiblement linéaire, dans une plage étendue, si l'aimant est un corps cylindrique dont l'axe coïncide substantiellement avec le pivot du pendule. Pour obtenir un réglage facile de la sensibilité et de 20 la correction du point zéro, on monte la plaque de Hall de manière à ce qu'on puisse la déplacer en translation le long de l'axe longitudinal et en rotation autour de cet axe. Les clinomètres suivant l'invention peuvent être fixés dans un tube de sondage, ou suspendus à un câble sans torsion qui 25 permet de les descendre dans un tube ou un puits. Dans le cas d?un montage fixe dans un tube de sondage, on prévoit une marque extérieure correspondant au plan d'oscillation d'un des clinomètres. Lorsquton utilise deux clinomètres à axes d'oscillation perpendiculaires, il est préférable de placer entre eux un écran 30 magnétique. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description d'une forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés. Fig. 1 est un schéma illustrant les principes de l'in- 35 vention. Fig. 2 est une vue d'élévation, avec coupe partielle, d'un clinomètre conforme à l'invention et, Fig. 3 est une coupe partielle a plus grande échelle du pivot de suspension de l'aimant de ce clinomètre. 40 Le principe du clinomètre suivant l'invention est 72 14574 2134466 schématisé sur la figure 1. L'appareil comprend un aimant 1 faisant partie d'un pendule qui peut osciller autour d'un pivot 2 situé au-dessus du centre de gravité de l'ensemble oscillant. L' axe 2 est perpendiculaire à l'axe longitudinal 3 d'un corps dont 5 on veut mesurer l'inclinaison par rapport à la verticale. D'autre part, la direction d'aimantation de l'aimant 1 est sensiblement perpendiculaire au pivot 2. Elle est également, dans l'orientation verticale de l'axe 3, perpendiculaire à ce dernier, lorsque l'aimant 1 est au repos. L'intensité du champ est, dans ce dernier 10 cas, nulle suivant l'axe 3. Le clinomètre comprend une plaque de Hall 4, comportant des bornes 5 pour le courant de commande et des électrodes 6 pour la dérivation de la tension de Hall. Ces dernières électrodes sont disposées transversalement à la direction du courant de 15 commande. Le plan de la plaque 4 est sensiblement perpendiculaire à l'axe 3. Du fait de l'aimantation transversale de l'aimant 1, la tension de Hall, pour une déviation de l'aimant dans un sens par rapport à l'axe 3, est opposée à la tension obtenue pour une déviation opposée. 20 Si l'aimant 1 est un corps cylindrique, dont l'axe coïn cide sensiblement avec le pivot 2, on obtient un champ magnétique sensiblement sinusoïdal, de sorte que la relation entre l'angle de déviation et la tension de Hall aux électrodes 6 esi/linéaire dans une large plage de déviation du pendule. Si les paliers du pivot 2 25 sont montés de façon fixe dans le corps dont on veut déterminer 1' inclinaison, l'aimant tend à rester aussi vertical que possible pendant les changements d'orientation du corps, qui ont une composante située dans le plan perpendiculaire au pivot. L'aimant prend alors une orientation correspondant à la projection de la verticale 30 sur le plan d'oscillation. Il est clair que pour une détermination complète de l'orientation, il faut utiliser deux clinomètres dont les pivots 2 sont mutuellement perpendiculaires. La figure 2 est une vue en élévation, avec coupe partielle, d'une forme de réalisation d'un tel clinomètre. Celui-ci 35 comprend une chape symétrique 7, qui peut être montée dans le corps à vérifier et dont l'axe correspond à l'axe 3 de la figure 1« Une tige 8, dirigée suivant cet axe, est montée dans la chape 7 par l'intermédiaire d'un manchon 9 qui peut tourner et se déplacer axialement dans la chape et qu'on peut bloquer au moyen d'une vis 40 d'arrêt 10. La tige 8 porte à son extrémité inférieure la plaque 72 14574 2134466 de Hall 4, ainsi que les conducteurs de raccordement 5 et 6, non représentés. L'axe 2 est défini par des pivots 11 qui peuvent être bloqués par des vis d'arrêt 12 et qui pénètrent dans des alésages 5 appropriés 13 d'un raccord 14 de fixation de l'aimant 1. On voit, sur la figure 3, qu'un palier radial 15 et un bloc d'appui axial 16 sont prévus dans chaque alésage 13. La matière et le profil de surface de ces blocs sont choisis de façon à ce que le frottement soit aussi réduit que possible, lorsque le pivot 11 est supporté 10 sensiblement sans jeu, le jeu restant étant éliminé par le déplacement des pivots 11. A l'extrémité inférieure du raccord 14 est fixé un pendule 17 dont l'extrémité inférieure porte une palette 18 utilisée pour l'alignement de l'aimant lors du réglage du clinomètre. La 15 sensibilité du clinomètre peut être réglée par translation axiale du manchon 9 et on peut effectuer une correction du point zéro par rotation de ce manchon. Il est possible d'obtenir une relation linéaire entre l'angle d'inclinaison et la tension de Hall, avec un tel clino-20 mètre comprenant un aimant cylindrique à aimantation transversale, à l'intérieur d'un angle d'au moins 25° de part et d'autre de la. position neutre. Le clinomètre peut être descendu dans un corps creux ou un puits au moyen d'un câble sans torsion. Il est toutefois conçu 25 principalement pour être fixé à l'intérieur d'un tube de sondage utilisé pour la détermination de la résistance du sol. On dispose, dans ce cas,deux clinomètres dont les axes sont perpendiculaires, dans le tube de sondage inférieur. La chape peut comporter une surface extérieure adaptée à l'alésage intérieur d'un tubede sonda-30 ge. Le tube inférieur porte alors une marque correspondant au plan d'oscillation d'un des clinomètres. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de la présente invention ; 35 celle-ci n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée et décrite ci-dessus à titre d'exemple. 72 14574 s 2134466 REVENDICATIONS 1• Clinomètre pour la détermination de l'orientation, par rapport à la verticale, d'un corps enfoncé ou à enfoncer dans le sol, ou pour des applications semblables, qui comprend un ou plusieurs pendules suspendus chacun dans un boîtier ayant un axe longitudinal, susceptible d'être maintenu parallèle à 1' axe du corps, le pivot de chaque pendule étant dirigé transversalement à l'axe longitudinal de ce boîtier, des moyens permettant de déterminer la déviation entre l'axe longitudinal de ce boîtier et la verticale indiquée par le pendule considéré, caractérisé en ce que chaque pendule comprend un aimant et en ce que le boîtier de chaque pendule est muni d'une plaque de Hall, dont le plan est sensiblement perpendiculaire à l'axe du boîtier. 2. Clinomètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la direction d'aimantation du pendule est transversale à l'axe du pivot et transversale à l'axe longitudinal du pendule. 3. Clinomètre suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aimant est un corps cylindrique dont l'axe coïncide sensiblement avec l'axe du pivot. 4. Clinomètre suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orientation mutuelle de l'aimant et de la plaque de Hall correspondante peut être modifiée dans la direction de l'axe longitudinal et autour de cet axe. 5. Clinomètre suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier est suspendu à un câble sans torsion. 6. Corps à enfoncer dans le sol, équipé d'un ou de plusieurs clinomètres suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un écran magnétique entre les clinomètres adjacents. 7. Corps suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est tubulaire et qu'il présente une marque extérieure correspondant au plan d'oscillation d'un des clinomètres. 8. Corps suivant une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les clinomètres sont fixés dans le corps.