Brevet FR2138268A1 — publié le 19730105

La présente invention est le résultat de travaux conduits à l'institut National des Sciences Appliquées de Layon (I..S.A., Cyon) Elle vise un appareil pour la esure de la tension d'un 111, câble ou analogue, utilisable notamment pour la détermination automatique de la tension d'une armature d'un élément de construction en béton précontraint. On sait que les armatures i'élémants de construction en béton précontraint, généralement en acier à haute limite élastique, doivent être tendues à des valeurs de tension précises. Ces armatures, qui peuvent être de grande longueur, sont nacrées à une de leurs extrémités dans des massifs de réaction et sont mises sous tension, par traction à leur extrémité libre, à l'aide de vérins, de manière usuelle des vérins hydrauliques. Pour déterminer la valeur de tension desdites armatures, on utilise, jusqu'à présent, des appareils faisant appllcation soit d'une mesure directe, soit d'une mesure indirecte. Dans ce dernier cas, on fait appel, par exemple, à la mesure de la pres sinon du fluide du vérin hydraulique de mise sous tension des armatures. Une telle mesure est cependant entachée d'erreurs, n'est ni juste, ni fidèle, notamment en raison des frottements internes du vérin, de l'imprécision relative du dispositif manométrique de mesure, des frottements des dispositifs mobiles extérieurs au vérin, des variations duessaux modifications de température, etc. .Iême en perfectionnant la mesure indirecte mentionnée ci-dessus en faisant appel aux propriétés des électrovalves équipant les dispositifs de vérins automatiques de mise sous tension d'armatures, on aboutit encore à des résultats de mesure très dispersés, au sens statistique du terme, en raison des difficultés d'étalonnage de ces appareils. Les procédés- et appareils, qui font application d'une mesure directe de la tension de l'armature proprement dite, ne sont pas non plus dépourvus d'inconvénients. te procédé, suivant lequel on mesure l'allongement de l'armature lors de sa mise sous tension pour en déduire la force de tension par lecture du diagramme contraint e-dé formation de l'acier constitutif de l'armature, exige, pour être précis, d'avoir à disposition une armature de longueur relativement grande, de l'ordre de dix mètres, ce qui n'est pas toujours le cas. in outre, un tel procédé ne permet pas une mesure automatique. Un autre procédé, suivant lequel on place un anneau dynamométrique sur l'armature ou câble dont on désire déterminer la tension, conduit à des résultats précis. Cependant, l'anneau dy.azométrique ne peut généraletent être récupéré après mesure, de sorte que si un tel procédé est utilisable pour effectuer des contrôles il est mal adapté à des mesures industrielles. I1 en est de même du procédé qui fait application de la détermination de l'allongement d'une pièce auxiliaire métallique, placée sur l'armature dont on désire connaître la tension, ainsi que du procédé suivant lequel on rapporte, sur l'armature, une pièce défori:able sur laquelle sont placées des jauges de contrainte. On connaît également, pour la mesure de la tension d'un fil, câble ou analogue, notamment a d'une armature d'élément en béton précontraint, des appareils faisant application des propriétés des cordes vibrantes, en particulier de celle suivant laquelle la tension d'une corde vibrante est reliée à sa fréquence de vibration. Ces appareils ne donnent pas, cependant, entière satisfaction ; ils sont précis mais peu maniables, et aucun d'entre eux n'est à fonctionnement automatique. C'est, d'une manière générale, un but de l'invention de fournir un appareil de détermination automatique de la tension d'un fil, câble ou analogue, notamment d'une armature d'un élément de construction en béton précontraint, qui pallie les inconvénients mentionnés ci-dessus des dispositifs connus. C'estsen particulier, un but de l'invention de fournir un tel appareil qui puisse servir non seulement au contrôle de la tension d'un câble ou analogue mais également à la co;.a.ande du ou des dispositifs de mise sous tension dudit câble conne une armature d'élél.zent de construction en béton précontraint. C'est également un but de l'invention de fournir un tel appareil de faible encombrement, robuste, et ainsi bien adapté à l'utilisation dans les conditions qui sont celles de l'industrie du bâtirent. C'est aussi un but de l'invention de fournir un tel appareil qui n'apporte pas d'entrave à l'utilisation d'autres moyens de mesure, contrôle ou commande, par exemple de certains moyens de contrôle du type de ceux mentionnés ci-dessus. L'appareil selon l'invention, pour la mesure de la tension d'un fil, cible ou analogue, utilisable notamment pour la détermination automatique de la tension d'une armature d'un élément de construction en béton précontraint à partir de la fréquence de vibration d'une partie dudit fil, câble ou analogue, est caractérisé en ce qu'il comprend un capteur électromagnétique sensible à la vibration du fil, câble ou analogue et dont le signal de sortie commande un oscillateur relié à des moyens de conversion de la fréquence du signal qu'il fournit en la valeur numérique de la tension du fil, câble ou analogue. Dans une forme de réalisation préférée, l'appareil selon l'invention fait application des oscillations entretenues de la corde vibrante que constitue une partie du fil, câble ou analogue dont'la tension est à mesurer, l'oscillateuT dont le circuit accordé est ménagé par une fraction de longueur prédéterminée du fil, cabale ou analogue, dont la tension est à mesurer, étant alors constitué, outre le circuit accordé, par un moyen électromagné- tique engendrant les vibrations entretenues et relié au capteur par des moyens d'amplification. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma électrique d'un appareil selon l'invention pour une première forme de réalisation ; - la figure 2 est une vue en perspective pour une autre forme de réalisation - la figure 3 est un schéma électrique de l'appareil illustré sur la figure 2 - la figure 4 est un schéma, en blocs-diagralr-Les, d'une installation-de mise sous tension d'armatures d'éléments de construction comprenant un appareil selon l'invention - la figure 5 est un schéma, en blocs-diagraHules, d'une partie d'une telle installation. On sait que la fréquence propre de vibration transversale f dlune corde vibrante sans raideur est donnée par la formule dans laquelle L est la longueur de la corde, T sa tension et d la densi.ti du matériau constitutif.Si l'on mesure f, on en déduit alors, connaissant L ent d, la valeur de la tension par l'expression (2) T = 4 2 f2 d Dans une première forme de réalisation d'un appareil selon l'invention, à la mise au point de laquelle a collaboré I1onsieur Alain 330YER, le fil, câble ou armature dont on désire déterminer la fréquence de vibration est excité par une impulsion, par exemple un choc, sans que la vibration soit entretenue. Dans cette forme de réalisation, l'appareil comprend une inductance 10, (figure 1), bobinée sur un support de ferrite et qui est placée à proximité de la corde vibrante F dont on désire mesurer la fréquence.Le déplacement relatif de la corde par rapport à l'inductance 10 provoque une variation de la valeur de la selfinductance de cette dernière branchée en parallèle sur un condensateur 11 dans un circuit 12 relié par une voie 13 à un oscillateur 14 émettant un signal sinusordal. te signal alternatif émis par l'oscillateur 14, et dont l'amplitude varie en fonction des variations de la self-inductance du circuit 12, est détecté dans un dispositif 15 pour isoler le signal très basse fréquence dont la fréquence est celle de la vibration transversale du fil, câble ou analogue F à mesurer, puis est mis en forme dans un dispositif 16 dont la sortie 17 constitue l'une des entrées 18 d'un dispositif de porte 19. L'autre entrée 20 de la porte 19 est reliée à une base de temps 21 propre à etre mise en circuit par un bouton-poussoir 22 lorsque le dispositif capteur 12 est en place, à une distance d'environ 1 à 2 cm du cable, fil ou analogue F et que celui-ci est excité. La sortie 23 de la porte 19 est acheminée à un amplificateur 24 dont la sortie 25 est reliée à un compteur mécanique 26 à vitesse d'enregistrement limitée à quelques impu impulsions par seconde, de sorte qu'est compté un nombre d'impulsions déterminé fournies par le dispositif 16, en fonction du réglage de la base de temps 21. Afin d'éviter les erreurs, un dispositif de seuil de fréquence de vibration 27, relié au dispositif de mise en forme 16 par un conducteur 28, provoque l'allumage d'un voyant 29 lorsque la fréquence de vibration est trop élevée, c'est-à-dire que la longueur de vibration du fil, câble ou analogue F, est trop faible. Un voyant 30, en dérivation sur le conducteur 28, permetde visualiser le signal très basse fréquence de vibration. Si f est la fréquence propre de vibration transversale de la corde vibrante et t le temps pendant lequel la base de temps 21 applique une impulsion de validation sur la porte 19, le nombre d'impulsions compté est N = f x t I1 est avantageux, pour simplifier l'obtention des résultats, de modifier la valeur de t pour que, en fonction de la longueur L de la partie mise en vibration du fil, câble ou analogue F, obtienne la valeur numérique de la tension le plus simplement possible. Dans ce but, un commutateur 31, gradué directement en loètres, permet de faire varier t par modification d'une résistance du monostable constitutif du dispositif 21 de base de temps. Lorsque l'on désire mesurer la force de traction s'exer çant sur le fil, câble ou analogue F, au lieu de la tension de celui-ci, intervient la section du câble et l'invention prévoit alors de munir le dispositif de base de temps 21, outre le commutateur 31, d'un second commutateur 32 qui, gradué en diamètre de câble, agit sur une capacité du dispositif de monostable pour faire varier la quantité t et ainsi permettre, à l'aide d'un abaque, de relier directement la force de traction à la valeur du nombre d'impulsions lu sur le compteur 26. Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures 2 et 3, la détermination de la tension d'un fil, câble ou analogue F est réalisée par le même principe que celui mentionné ci-dessus, avec toutefois entretien des oscillations de la corde vibrante que constitue une part}te~~dudit fil, câble ou analogue, par exemple une armature d'un élément de construction en béton précontraint. Dans cette réalisation, la longueur du fil, câble ou analogue F mise en vibration est définie par des dispositifs de pinces 51 et 52 prévus aux extrémités d'un boîtier rectangulaire 50. Ce dernier loge, d'une part, un dispositif d'excitation 53, (figure 3), avantageusement un électro-aimant polarisé par un courant continu et, d'autre part, un capteur 61 avantageuse il ment du type écouteur téléphonique. Dans le capteur 61 placé à quelques millimètres du fil, câble ou analogue F dont la tension est à mesurer est induit, par la vibration dont on cherche à déterminer la fréquence, un signal qui, appliqué par une voie 60 à un pré-amplificateur 58 où il est amplifié, est ensuite appliqué au dispositif d'excitation 53 par l'intermédiaire d'un amplificateur à gain variable 55 relié au pré-amplificateur 58 par une voie 59. Lorsque le gain de la chaîne d'amplification est suffisant, l'ensemble se comporte come un oscillateur dont le circuit-accordé est constitué par la partie de la corde vibrante serrée entre les pinces 51, 52. Aussi bien le courant continu de polarisation du dispositif d'excitation 53, que le couran t lternatif d'excitation de ce dispositif, sont réglés par des boucles de contre-réaction 70 et 72, respectivement. La boucle de contre-réaction 70 comprend un générateur de référence 71 relié par une voie 74 à un amplificateur de puissance 56 qui reçoit également, par une entrée 75, le courant traversant la bobine 76 du dispositif d'excitation 53. La boucle de réaction 72 comprend, à partir & la sortie 77 du dispositif d'excitation 53, un filtre passe-haut 78, un dispositif de détection 79 dont la sortie 80 est appliquée à un comparateur 81 recevant, sur son entrée 82, le signal fourni par un générateur de référence d'excitation 54. La sortie 83 du comparateur 81 est appliquée à un dispositif de contre-réaction variable 84, avantageusement un transistor à effet de champ, dont la sortie 85 est reliée à l'amplificateur à gain variable 55. le signal sinusoïdal de sortie du capteur 61, prélevé en 86 sur la voie 77 et dont la fréquence est proportionnelle à la racine carrée de la tension du câble, fil ou analogue que l'on cherche à mesurer, est appliqué par une voie 87 à un dispositif discriminateur-fréquence-tension comprenant, en succession, un dispositif de mise en forme 102, un monostable 103 délivrant sur sa sortie des impulsions normées à la fréquence du signal reçu et un disositif d'intégration 104 dont la sortie est amenée à un dispositif d'élévation au carré 105, en soi connu, dont la tension de sortie est mesurée par un voltmètre 101 directement gradué en kg/mm2. Un appareil selon l'invention permet non seulement le contrôle de la tension d'un fil ou câble, comme une armature est d'élément de construction en béton précontraint, maiqégalement approprié pour la commande, automatique, d'une installation de mise sous tension de telles armatures. Comae montré sur la figure 4, une telle installation comprend, outre un dispositif CO incorporant l'oscillateur et le capteur illustrés sur la figure 3, un dispositif d'élaboration DE d'un signal de commande d'arrêt de la mise sous tension à une valeur prédéterminée et un étage de commande de puissance CP relié à un dispositif de commande CT du ou des vérins 137 de mise sous tension de la ou des armatures. le dispositif-DE d'élaboration du signal de commande d'arrêt de la mise sous tension lorsqu'est atteinte une valeur prédéterminée, comprend une horloge 112, (figure 5), dont les impulsions sont acheminées, par une voie 112a, à une porte 116 recevant sur son entrée 117 les signaux issus d'un dispositif de programmation 113, commandé par le signal sinusoïdal de sortie du capteur 61 qui lui est appliqué par une voie 88 reliée au point 86 du dispositif de capteur et de mise en oscillation, CO.La sortie de la porte 116 est reliée à un registre compteur- décompteur 114 recevant par une voie lîSa, et à partir d'un dispositif de commande 115, la valeur de tension prédéterminée à laquelle il est souhaité limiter la tension du fil, câble ou rature F. te registre 114,-remis cycliquement à zéro par un dispositif 118 relié par une voie 113b au dispositif de program maton 113 -est relié par une voie 114a à un organe 117 de déter migration de l'état dudit registre, ledit organe recevant sur une entrée 113a un signal de validation issu du dispositif de programBtion 113 et commandant par sa sortie 117a une mémoire 119, dont la sortie 111 est reliée à l'étage de commande de puissance CP. Celui-ci comprend un dispositif d'élaboration d'ordre 132, par exemple à relais électromécaniques, propre à recevoir à partir d'un organe d'actionnement 135 une instruction de mise sous tension de câbles ou armatures F, instruction qui est transmise par la voie 133 à un dispositif de puissance 130, par exemple un vérin à double effet relié à une source de fluide 131. Par la voie 134 le dispositif 130 est propre à commander le relâchement des câbles ou armatures F lorsqu'est actionné un organe 136, relié au dispositif 132 qui reçoit égalent, par les voies 111 et 138 respectivement, un signal d'arrêt automatique de la mise en tension et d'arret automatique de relâchement des câbles ou armatures F que l'installation est destinée à traiter. le fonctionnement de l'installation est le suivant bu cours de la mise sous tension des câbles ou armatures F, pendant une première phase déterminée par le dispositif de programmation 113 et dont la durée.est égale à une période du signal sinusoidal prélevé en sortie du dispositif CO, la valeur de tension prédéterminée à laquelle il est souhaité limiter la tension des armatures F est transmise du dispositif de commande 115 où elle est affichée au registre 114 rendu opératoire par le dispositif 118. Au cours d'une phase suivante, dont la durée est, par exemple, de quatre périodes du signal sinusoïdal prélevé, le dispositif de programmation 113 ouvre la porte 116 pour le décomptage, dans le registre 114, des impulsions issues de l'horloge 112. h fin de cette phase,- le dispositif de programmation 113 commande organe 117 pour que celui-ci, au cours d'une phase dont la durée est égale à une période du signal sinusoidal prélevé, évalue le contenu du registre 114. Aussi longtemps que la fréquence de vibration captée est inférieu'e à la valeur de consigne, le nombre d'impulsions décomptées dans le registre 114 est supérieur à celui affiché par le dispositif 115 et aucun ordre n!est transmis par la voie 111. La tension des armatures augmentant progressivement, la fréquence de vibration captée atteint à un instant donné la valeur de consigne et le nombre d'impulsions décomptées dans le registre 114 est alors inférieur ou égal à celui affiché par le dispositif 115 de sorte que l'organe 117 commande le basculement de la mémoire 119. Après un nombre déterminé, par exemple quatre, d'apparitions dans la mémoire 119 d'une instruction de commande d'arrêt de la mise sous tension, et cela afin d'éviter des erreurs dues à des parasites, un signal est émis sur la voie 111 pour commander, comme décrit ci-dessus, le dispositif de puissance CP et, en fin de chaîne, provoquer l'arrêt de la mise sous tension des armatures F. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de la tension d'un fil, câble ou analogue, par détermination de la fréquence de vibration d'une partie dudit fil, câble ou analogue mis en vibration, caracté de vibration risé en ce qu'il comprend un capteur électronagnétique/du type à inductance dont la sortie commande un oscillateur relié à des moyens de conversion de la fréquence du signal qu'il fournit en la valeur numérique de la tension du fil, câble ou analogue à mesurer. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1'oscillateur dont le circuit d'accord est constitue par une longueur prédéterminée du fil, câble ou analogue délimitée par pincement dudit fil, câble ou analogue entre deux organes de serrage de l'appareil, comprend en outre un dispositif électromagnétique engendrant des oscillations entretenues relié au capteur par des moyens d'amplification. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif électromagnétique engendrant les oscillations entretenues est un électro-aimant polarisé par un courant continu, les moyens d'amplification comprenant une première boucle de contre-réaction pour la régulation du courant continu de polarisation et une seconde boucle de contre-réaction pour la régulation du courant alternatif d'excitation dudit disposi tif. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite seconde boucle de contre-réaction est une boucle à contrôle automatique de gain comprenant un filtre passe-haut. 5. Appareil selon les revendicationg et 2, caractérisé en ce que les moyens de conversion du signal que fournit l'os- cillateur comprennent un circuit électronique de mise en forme dudit signal suivi d'un monostable délivrant sur sa sortie des impulsions normées à la fréquence du signal capté et luimême relié à un dispositif d'intégration dont la sortie est reliée à des moyens d'élévation au carré. 6. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur prédéterminée ou base de référence du fil, câble ou analogue dont la tension est à mesurer est de l'ordre de 1 mètre. 7. Installation de mise sous tension de fils, câbles ou analogues, notamment d'une multiplicité d'armatures d'éléments de construction en béton précontraint, caractérisée en ce qu'elle comprend, pour le contrôle de la tension desdites armatures, un appareil selon l'une des revendications précédentes. 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend, entre des organes développant les forces de mise sous tension comme des vérins ou analogues, et l'appareil de mesure de tension, un générateur de signaux de commande propre à rendre inopératoires lesdits organes de mise sous tension lorsque cette dernière atteint une valeur prédéterminée, réglable. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit générateur de signaux de commande comprend des moyens de comparaison d'une valeur de consigne et de la fréquence issue de l'oscillateur de l'appareil de mesure. 10. Installation selon les revendications 8 et 9, caractérisée en ce que lesdits moyens de comparaison comprennent un registre compteur-décompteur propre à recevoir sur une première entrée, pendant un intervalle de temps relié à la fréquence de la vibration mesurée, les impulsions issues d'une horloge et propre à recevoir, sur une seconde entrée, une valeur de consigne, ainsi que des moyens pour déterminer l'état dudit registre et engendrer, en correspondance, un signal de commande d'arrêt des organes développant les forces de mise sous tension. 11. Installation selon les revendications 9 et 10, caractérisée en ce que le générateur de signaux de commande comprend un dispositif de programmation dont l'entrée est reliée à la sortie de l'appareil de mesure et dont la sortie commande une porte interposée entre l'horloge à impulsions et le registre compteur-décompteu:s ainsi qu'un dispositif de remise à zéro du contenu de ce dernier.