Brevet FR2189744A1 — publié le 19740125

La présente invention concerne un dispositif de mesure de l'inductance d'une boucle conductrice, destiné notamment à la mesure du degré de remplissage d'une voie ferroviaire de classement, du type comportant un circuit d'alimentation de la boucle qui comprend un générateur d'alimentation fournissant des signaux électriques alternatifs et relié à la boucle conductrice par l'intermédiaire d'un transformateur de liaison dont l'enroulement secondaire est monté en série dans ladite boucle, un premier appareil de mesure de tension branché aux bornes d'un enroulement du transformateur de liaison distinct de l'enroulement secondaire et un deuxième appareil de mesure de tension branché aux bornes d'une résistance de référence qui est montée en série avec l'enroulement primaire dudit transformateur de liaison dans le circuit d'alimentation de la boucle conductrice. Pour permettre à un tel dispositif de donner directement une mesure de l'inductance de la boucle conductrice à mesurer, on a déjà proposé d'asservir le générateur d'alimentation de manière à maintenir constante l'une des deux variables suivantes : la tension qui est mesurée par le premier appareil de mesure de tension ou le courant qui parcourt l'enrou- lement primaire du transformateur de liaison et qui est mesuré par le deuxième appareil de mesure de tension. Ainsi, dans un dispositif connu du type susmentionné, on maintient à une valeur constante le courant fourni par le générateur d'alimentation en branchant à la sortiedudit générateur un diviseur de tension réglable dont le curseur de potentiomètre est déplacé par un moteur lui-meme commandé en fonction des indications du deuxième appareil de mesure de tension.Ces moyens d'asservissement constitués par un moteur commandant un diviseur de tension réglable font appel à des organes dynamiques qui nécessitent un entretien particulier. De plus, dans ce dispositif connu, les moyens d'asservissement fonctionnent non seulement lorsque l'inductance de la boucle conductrice varie mais également à chaque fluctuation de la tension fournie par le générateur d'alimentation en amont du diviseur de tension, ce qui augmente encore l'exigence d'entretiende de ce dispositif connu. L'invention supprime ces inconvénients et a notamment pour but de proposer un dispositif de mesure d'inductance qui ne nécessite pas d'entretien particulier, dont la fiabilité soit relativement élevée, qui ne comporte pas de moyens d'asservissement dynamiques et qui permette de se libérer de la nécessité de maintenir le tension d'alimentation à une valeur constante. Pour un dispositif de mesure d'inductance du type susmentionné, ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que le générateur d'alimentation est du type fournissant des signaux de fréquence variable et comporte une borne de réglage de la fréquence desdits signaux reliée à la borne de sortie d'un comparateur qui comporte deux bornes d'entrée, dont l'une est reliée au premier appareil de mesure de tension et l'autre au deuxième appareil de mesure de tension, le signal de sortie du comparateur étant susceptible de modifier la fréquence du générateur d'alimentation dès qu'il existe un écart entre l'indication du premier et celle du deuxième appareil de mesure de tension, de sorte que l'impédance de la boucle conductrice est maintenue égale à une valeur de référence prédéterminée, le dispositif comportant des moyens de mesure de la fréquence ou période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation et aptes à traduire la fréquence ou la période de ces signaux en mesure d'inductance de la boucle conductrice. Dans ce nouveau dispositif, la fréquence du générateur d'alimentation est asservie à un régulateur sensible à l'écart existant entre les indications du premier et du deuxième appareil de mesure de tension, de sorte que l'impédance de la boucle conductrice, quelle que soit la valeur de son inductance, est maintenue constante. I1 en résulte que la mesure de l'inductance de la boucle conductrice peut être ramenée à la mesure de la fréquence ou de la période des signaux du générateur d'alimentation.Dans ce nouveau dispositif, une variation accidentelle de la tension fournie par le générateur d'alimentation entraînera des variations proportionnelles de l'indication du premier appareil de mesure de tension et -de celle du deuxième appareil de mesure de tension, de sorte qu'il ne se produira pas d'écart entre lesdites indications, et par conséquent le comparateur ne délivrera aucun signal de sortie. Par ailleurs les moyens d'asservissement du générateur d'alimentation qui sont ici constitués par le comparateur et les appareils de mesure de tension, ne comportent pas organe dynamique. Ces deux derniers avantages font que le nouveau dispositif nécessite peu d'entretien et présente une fiabilité élevée. Enfin, le paramètre électrique à la mesure duquel on ramène la mesure de l'inductance de la boucle conductrice est, dans ce nouveau dispositif, une fréquence ou une période, c'est-à-dire une grandeur électrique qui se prête bien à une conversion en un signal digital correspondant, soit directement, soit par le biais du comptage d'un nombre de périodes;il en résulte que ce dispositif s'adapte particulièrement bien à des moyens d'exploitation digitaux tels qu'un ordinateur. Les moyens de mesure de la boucle conductrice peuvent comprendre un périodemetre digital dont la borne de sortie est reliée à des moyens d'affichage et/ou à des moyens d'exploitation digitaux tels qu'un ordinateur. La grandeur disponible à la borne de sortie du périodemètre digital, caractéristique de la période des signaux alternatifs délivrés par le générateur d'alimentation, varie linéairement avec l'inductance de la boucle : ce périodemètre permet donc d'obtenir à la fois la conversion linéaire de la mesure et sa conversion digitale qui la rend immédiatement exploitable par un ordinateur. Une mémoire électronique peut être interposée entre la borne de sortie du périodemètre et la borne d'entrée des moyens d'exploitation digitaux. Un élément d'inductance constante peut etre branché en série avec la boucle conductrice aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur de liaison. Cet élément présente avantageusement une inductance approximativement égale à l'inductance maximale que peut présenter la boucle conductrice : ceci permet de limiter à peu près du simple au double la variation de fréquence du générateur d'alimentation et d'éviter ainsi l'influence des harmoniques sur la mesure. Le dispositif conforme à l'invention peut etre appelé à mesurer successivement l'inductance de plusieurs boucles conductrices, notamment dans le cas où il est utilisé pour la mesure du degré d'occupation des voies de classement d'un triage. Il comporte alors un circuit d'alimentation comprenant un générateur d'alimentation commun et plusieur transformateurs de liaison dont chacun est associé à une boucle et interposé entre ladite boucle et le générateur d'alimentation commun cependant qu'un commutateur, disposé entre ledit générateur d'alimentation commun et les boucles conductrices, est agencé-de manière à connecter sélectivement et successivement le générateur d'alimentation commun à chacune des boucles. Le commutateur peut etre associé, pour sa commande, à une base de temps. Les moyens de mesure de la fréquence ou période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation peuvent comprendre un organe soustractif, capable de soustraire une grandeur fixe de la grandeur traduisant la fréquence ou période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation en une mesure dtinductance L'influence sur la mesure de l'élément d'inductance constante est ainsi éliminée par la soustraction de cette grandeur fixe. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront à la lecture de la description, donnée ci-dessous à titre indicatif mais non limitatif, de deux modes de réalisation d'un dispositif de mesure du degré de remplissage d'un tronçon de voie ferroviaire par la mesure de l'inductance d'une boucle formée à l'aide des rails dudit tronçon de vote, description faite en rEfe- rence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est un schéma électrique d'un premier mode de réalisation du dispositif de mesure d'inductance conforme à l'invention,et - la figure 2 est un schéma électrique d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de mesure d'inductance conforme à l'invention. On a représenté sur le dessin deux modes de réalisation d'un dispositif électronique pour la mesure du remplissage d'une voie ferroviaire, notamment dans un triage, par des wagons. Effectuer cette mesure est souvent nécessaire en technique ferroviaire, en particulier dans un triage, pour renseigner le personnel du poste de contrôle sur le degré d'occupation des differentes voies et pour donner des informations précises sur la longueur non encore occupée de chacune des voies. En effet, le tamponnement entre les wagons stationnant sur la voie et ceux qui roulent sur la voie après la sortie des freins de voie doit s'effectuer à vitesse réduite jamais ces wagons doivent néanmoins sortir du dernier frein de voie à vitesse suffisante pour parcourir la longueur non occupée de là voie en roulant sur l'erre.Une mesure précise de cette longueur non occupée de chacune des voies doit donc être effectuée en permanence et avec précision, particulièrement dans le cas où le fonctionnement du triage est programmé par un ordinateur. I1 est d'ores et déjà connu de mesurer la longueur d'un tronçon de voie inoccupé dans un triage en tirant parti du fait que la voie-, dont les rails sont court-circuités à leur extrémité éloignée de la butte du triage puis par chacun des essieux jusqu'à l'essieu- le plus proche de la butte, orésente une inductance de l'ordre de 1,3 mH/km. I1 estrainsi connu de former une boucle de mesure en connectant à la voie, du côté de la butte, un générateur de signaux alternatifs à basse fréquence, par l'intermédiaire d'un transformateur de liaison et de mesurer en permanence l'impédance de la voie. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif présente une boucle 1 à inductance variable et un circuit d'alimentation 2 de la boucle 1 par un courant alternatif à basse fréquence, dont la fréquence est de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de Hz. Le courant fourni par un générateur d'alimentation 3 compris dans le circuit2 alimente par une ligne 4 le primaire d'un transformateur de liaison 6. Une résistance de référence 5 est disposée sur la ligne 4 en série avec l'enroulement primaire du transformateur 6. La boucle 1 à inductance variable est constituée à l'aide de deux segments de rail 7, 8 formant un tronçon de voie ferroviaire telle qu'une voie de classement 7, 8(d'un triage) dont on veut mesurer le degré de remplissage par des wagons. La voie de classement est reliée à un tronçon de voie de départ. Ce tronçon de voie de départ comporte une partie en déclivité appelée butte sur laquelle les wagons sont accélérés par la gravité et des freins de voie limitant la vitesse des wagons ou des groupes de wagons à l'entrée de la voie de classement. Le tronçon de voie de départ est situé à une extrémité (extrémité gauche sur le dessin) de la voie de classement 7,8. La boucle 1 comprend les longueurs de voie libre des segments 7, 8, courtcircuités, d'un côté, par l'essieu 9 le plus proche de la butte et alimentés, de l'autre coté, par le secondaire du transformateur 6. Les rails de la voie 7, 8 sont court-circuités à leur extrémité la plus éloignée de la butte (l'extrémité droite sur le dessin) par un conducteur 10 et sont isolés du tronçon de voie de départ par un isolement électrique 11. La boucle 1 comporte également un élément d'inductance constante 12 monté en série avec le secondaire du transformateur 6 et dont la valeur L est avantageusement égale à la valeur maximale que peut prendre l'inductance L' des segments 7,8. Le dispositif de mesure d'inductance représenté sur le dessin comporte, en outre, un premier appareil de mesure de tension 13 dont les bornes d'entrée sont branchées aux bornes de l'enroulement primaire du transformateur de liaison 6 et un deuxième appareil de mesure de tension 14 dont les bornes d'entrée sont branchées aux bornes de la résistance de référence 5. Conformément à l'invention, le générateur 3 fournit des signaux électriques de fréquence variable. La borne de sortie de chacun des appareils de mesure de tension 13, 14 est reliée à la borne d'entrée d'un comparateur 15 dont la borne de sortie est reliée à une borne de réglage de fréquence 3a du générateur 3. Le comparateur 15 délivre à la borne 3a un signal de réglage de la fréquence des signaux du générateur 3. Ce signal de réglage agit sur le générateur 3 de façon que la fréquence délivrée par ledit générateur 3 se modifie jusqu'à ce que l'on ait l'égalité 2 R = n (L + L')65 = Constawnte où R est la valeur de la résistance de référence 5, n le rapport de transformation du transformateur de liaison 6 et la pulsation du courant fourni par le générateur 3.L'égalité susmentionnée est satisfaite lorsque l'écart entre l'indication du premier appareil de mesure de tension 13 et celle du deuxième appareil de mesure de tension 14 est sensiblement nul; cette dernière condition a lieu lorsque l'impédance de la boucle, vue à travers le transformateur de liaison 6 (la résistance de la boucle étant négligeable vis-à-vis de son inductance) est égale à la valeur R de la résistance de référence. Le dispositif comporte en outre des moyens de mesure de la fréquence ou période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation 3, ces moyens étant aptes à traduire en inductance la fréquence ou période des signaux du générateur d'alimentation 3 Dans le cas du mode de réalisation représenté sur la figure 1, ces moyens de-mesure sont constitués par un appareil indicateur de longueur de voie libre à graduation non linéaire 16, puisque, lorsque l'égalité susmentionnée est satisfaite, la fréquence du générateur 3 varie comme l'inverse de l'inductance totale (L + L') de la boucle 1 > 1, c'est-à-direcomme l'inverse de la somme de la longueur de voie libre et d'une longueur fictive fixe, sensiblement égale à la longueur libre maximale de voie. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 2, pour rendre la mesure linéaire et en même temps donner une information par impulsions directement exploitable par un ordinateur de triage, les moyens de mesure de la fréquence ou période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation 3 comprennent un périodemètre digital 26 dont la borne de sortie est reliée à des moyens d'affichage tels qu'un appareil de visualisation numérique 27 et à des moyens d'exploitation digitaux tels qu'un ordinateur 29. Un organe soustractif peut être connecté entre le périodemètre et les moyens d'exploitation ou inclus dans ces moyens de manière à soustraire une grandeur fixe (correspondant à l'inductance constante)du signal numérique sortant du périodemètre. Le signal délivré par l'organe soustractif aux moyens d'exploitation est dès lors -corrigé et représente parfaitement la longueur libre de la voie, désormais non majorée par la longueur fictive fixe. Le dispositif 1 représenté sur la figure 2 est spécialement conçu pour mesurer successivement l'inductance-de plusieurs boucles la, o, ... ln à inductance variable. Le dispositif comporte un circuit d'alimentation 2 comprenant un générateur 3 et une résistance de référence 5 communs à toutes les boucles la à ln qui sont chacune analogues à la boucle 1 de la figure 1 et qui comportent chacune comme ladite boucle 1, un élément d'inductance constante 12a, 12b... 12n. Le circuit d'alimentation 2 comporte un générateur de signaux alternatifs de basse fréquence 3 comprenant un oscillateur 20 auquel succède un amplificateur 21 et le primaire d'un transformateur élevateur de tension 22. Le secondaire de ce transformateur est situé sur la ligne 4 qui comprend la résistance de référence 5.Le dispositif comporte plusieurs transformateurs de liaison 6a, -..., 6n abaisseurs de tension dont chacun est associ é à une boucle la à ln, et qui sont chacun interposés entre ladite boucle la et ln et ledit générateur commun 3. Un commutateur 24 est interposé entre le générateur commun 3 et lesdites boucles la à ln, et est agencé de manière à connecter sélectivement et successivement ledit générateur 3 avec chacune des boucles conductrices la à ln. A cet effet, le commutateur comporte des contacts 23a à 23n dont chacun est associé à une boucle la à ln et est interposé entre la résistance de référence 5 et le primaire du transformateur de liaison 6a à 6n correspondant.Les contacts 23a à 23n, normalement ouverts, sont fermés successivement, à intervalles cycliques et pendant une durée déterminée, par l'intermédiaire d'une base de temps de commande 25 associée au commutateur 24. Le transformateur 22 élève la tension pour minimiser l'influence de la ligne 4 sur la mesure et les transformateurs de liaison 6a à 6n abaissent la tension pour adapter l'impédance de chaque boucle la à ln au circuit d'alimentation 2. L'oscillateur 20 est raccordé à un périodemètre 26 qui a pour fonction d'extraire, à partir de la fréquence du signal sinusotdal émis par cet oscillateur, un signal digital caractéristique de la période de ce signal et variant dès lors de façon linéaire en fonction de la longueur de voie libre. Le périodemètre 26 est agencé de façon connue de manière à mesurer le temps nécessaire pour que s'écoule un nombre déterminé de périodes et à délivrer un signal digital fonction de ce temps.Le périodemètre 26 est relié à l'appareil de visualisation numérique 27 qui donne,en réponse au signal digital délivré par le périodemètre 26, une indication linéaire de la longueur libre pour chaque voie successivement scrutée (ici la voie b). Le périodemetre 26 est également relié à un ordinateur d'exploitation du triage et de commande des freins de voie 29, directement ou, dans cet exemple, par l'intermédiaire d'une mémoire28quiiit partie du- dispositif de mesure, mais peut aussi bien etre incorporée dans i'4rdiFateur 29 En effet, les impulsions composant un signal digital sortant du périodemètre 26 sont directement utilisables par l'ordinateur 29 mais pour éviter à celui-ci d'engager un traitement sur la base d'une information erronée (parce que mouvante) relative à une voie sur laquelle se déplace un wagon, lesdites impulsions peuvent être au préalable stockées dans la mémoire 28 et comparées aux impulsions composant le signal digital précédent relatif à la même voie. Si les deux signaux sont différents, la mémoire 28 délivre à l'ordinateur 29 un signal particulier constituant une mesure dite "mesure en évolution". Si les deux signaux sont identiques, ils cont comparés au signal digital suivant relatif à la même voie et, en cas d'indentité entre les trois signaux successifs, la mémoire délivre le signal digital à l'ordinateur.Du fait que la valeur L de l'inductance de chaque élément 12a, ...... 12n est à peu près égale à la valeur maximale que peut prendre l'inductance L' de chacune des boucles la à In, la variation de fréquence de l'oscillateur 20 est ainsi limitée à une variation du simple au double. Grâce à cette dispositison, on limite la largeur de la bande de fréquence utilisée et on évite l'influence des harmoniques sur les mesures. Lorsque plusieurs wagons ou groupes de wagons se répartissent sur les voies de classement (7,8)a à (7, 8)n, le commutateur 24 explore successivement lesdites voies à un rythme déterminé. Si un wagon se déplace sur une voie, par exemple la voie (7, 8)b au moment où celle-ci est scrutée, l'impédance de la boucle de voie lb et; par conséquent,la tension existant aux bornes du primaire du transformateur 6b augmentent.Cette augmentation de tension, décelée par le comparateur 15 et comparée à la tension fixe décelée par l'appareil 14 entrain une diminution de la fréquence de l'oscil- lateur 20 jusqu'à l'équilibre des tensions aux bornes de la résistance 5 et du primaire du transformateur 6b Cette diminution de fréquence est traduite par le déplacement de l'aiguille de l'indicateur 16 (figure 1) ou par l'évolution du nombre affiché sur l'appareil de visualisation 27 branché sur le périodemètre 26. Dans le cas de la figure 2 cette indication de variation de fréquence est adressée à la mémoire 28.Lorsque le wagon s'immobilise sur la voie, l'indication de longueur de voie libre délivrée à la mémoire 28 diffère de celle qui a été donnée par l'une des mesures précédentes et l'information de longueur libre délivrée précédemment à l'ordinateur 29 est remise à jour. I1 est bien évident qu'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, apporter des modifications au dispositif électronique de mesure décrit Ainsi, l'appareil de mesure de tension 13 peut etre branché sur un troisième enroulement du transformateur de liaison, cet enrailement étant distinct des enroulements primaire et secondaire De plus, le commutateur envisagé peut bien sflr etre un commutateur purement électronique, sans aucun élément mobile. Bien entendu, le terme "inductance" tel qu'il a été présentement employé s'applique dans la réalité à une boucle conductrice dont la résistance ohmique est faible par rapport à l'inductance (à la fréquence minimal d'emploi). Dans un tel cas, la réactance de la boucle peut malgré tout titre confondue avec son inductance. En effet, la résistance ohmique totale de la boucle qui varie elle-meme en fonction du remplissage de la voie de classement vient introduire une légère erreur de mesure qui est surtout fonction de l'écart existant entre la valeur de la réactance de la boucle et celle de son inductance. L'erreur de mesure se produisant ainsi toujours dans le même sens et avec de faibles variations peut etre compensée directement sur les appareils de mesure qui sont par exemple étalonnés à partir d'essais sur le terrain. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATION S 1. Dispositif de mesure de l'inductance d'une boucle conductrice, destiné notamment à la mesure du degré de remplissage d'une voie ferroviaire de classement, du type comportant un circuit d'alimentation de la boucle qui comprend : un générateur d'alimentation fournissant des signaux électriques alternatifs et qui est relié à la boucle conductrice par l'intermédiaire d'un transformateur de liaison dont l'enroulement secondaire est monté en série dans ladite boucle, un premier appareil de mesure de tension branché aux bornes d'un enroulement du transformateur de liaison distinct de ltenrou- lement secondaire, et un deuxième appareil de mesure de tension branché aux bornes d'une résistance de référence qui est montée en série avec l'enroulement primaire dudit transformateur de liaison dans le circuit d'alimentation de la boucle conductrice, caractérisé en ce que le générateur d'alimentation est du type fournissant des signaux de fréquence variable et comporte une borne de réglage de la fréquence desdits signaux, reliée à la borne de sortie d'un comparateur qui comporte deux bornes d'entrée dont l'une est reliée au premier appareil de mesure de tension et l'autre au deuxième appareil de mesure de tension et en ce que le signal de sortie du comparateur est susceptible de modifier la fréquence du générateur d'alimentation dès qu'il existe un écart entre l'indication du premier et celle du deuxième appareil de mesure de tension, de sorte que l'impédance de la boucle conductrice est maintenue égale à une valeur de référence prédéterminées le dispositif comportant des moyens de mesure de la fréquence ou de la période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation etdes moyensaptes à traduire catie fréquence ou cette périodefnunemesure d'inductance de la boucle conductrice. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un élément d'inductance constante est branché en série avec la boucle conductrice aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur de liaison. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'inductance de l'élément d'inductance constante présente approximativement la valeur de l'inductance maximale que peut présenter la boucleoenductrice. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la fréquenceoudelapdedes signaux alternatifs du générateur d'alimentation comprennent un périodemètre digital dont une bornes sortie est reliée à des moyens d'affichage. 5. Dispositif selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce que les moyens de mesure de la fréquence ou période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation comprennent un périodemètre digital dont une borne de sortie est reliée à des moyens d'exploitation digitaux tels qu'un ordinateur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une mémoire électronique est interposée entre la borne de sortie du périodemètre et la borne d'entrée des moyens d'exploitation digitaux. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens aptes à traduite la fréquence ou la période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation en une mesure d'inductance de la boucle conductrice comprennent un organe soustractif, capable de soustraire une grandeur fixe de l'inductance de ladite boucle conductrice ou de la période des signaux alternatifs du générateur d'alimentation. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 et destiné à mesurer successivement l'inductance de plusieurs boucles conductrices, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'alimentation comprenant un générateur d'alimentation commun à plusieurs transformateurs de liaison qui sont chacun associés à une boucle et interposés entre ladite boucle et ledit générateur d'alimentation commun, cependant qu'un commutateur, interposé entre ledit générateur d'alimentation commun et ledites boucles conductrices, est susceptible de connecter sélectivement et successivement le générateur d'alimentation commun avec chacune des boucles conductrices. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le commutateur est associé, pour sa commande, à une base de temps.