Brevet FR2251803A1 — publié le 19750613

La présente invention se rapporte à un procéde et respectivement à un appareil pour la mesure rapide et à distance des dépla- cements absolus et relatifs sur deux directions (verticale et horizontale} des constructions ou parties de constructions soumises aux sollicitations expérimentales ou d'exploitation, pour l'étude du comportement des structures ou éléments de constructions nouvelles ou existantes, dans certaines conditions de terrain ou dlexploita- tion. Les procédés connus, utilises pour la mesure des déplacements des constructions en régime de sollicitation statique, présentent l'inconvénient que la plupart ne permettent que la déter mination des déplacements relatifs des constructions et parmi ceuxci la plupart ne mesurent le déplacement que dans une seule direction. Les méthodes géodesiques qui peuvent mesurer les déplacements absolus des constructions nécessitent des appareils couteux, un personnel technique qualifié et nombreux, des opérations complexes de travail sur le chantier, l'analyse des données des mesures et calculs, un grand intervalle de temps entre deux déterminations successives, la lumière du jour, etc., ce qui les rend impropres à ltes- sai des constructions et impliqu4 nombreususet fréquentes mesures des déformations et des déplacements de la construction sollicitée. De même, les appareils utilisés à présent pour la mesure des déplacements et des déformations des constructions en régime de sollicitation dynamique (appareils mécaniques, électriques, électroniques) présentent l'inconvénient de ne permettre que la détermination des déplacements relatifs d'un élément en mouvement par rapport au reste de la construction, tandis que la construction elle-même peut etre affectée par la sollicitation. Le procédé et- l'appareil conformesà l'invention éliminent les inconvénients ci-dessus en ce qu'ilsutiliseatles courants électriques correspondants qui proviennent des circuits d'un groupe de quatre éléments photosensibles dont la résistance dépend de la variation de la distribution d'un spot lumineux centré initialement sur ce groupe, le spot provenant d'un émetteur disposé à une certaine distance, dans unie zone de terrain considérée stable, la variation de la distribution du spot lumineux sur le groupe d'éléments photosensibles étant déterminée par le déplacement dans l'espace de 1'épient de la construction examinée sur lequel est monté un récepteur qui contient les eléments photosensibles précités et permet la détermination des déplacements absolus et relatifs, en régime statique ou dynamique, par lecture directe Qu enregistrement automatique sur un instrument électrique de mesure, correspondant à la variation des intensités de ces quatre courants électriques. Deux exemples de réalisation de la présente invention sont donnés ci-dessous en réé'rente au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est le schéma de principe concernant la disposition constructive des quatre récepteurs et du spot de lumière engendré par l'émetteur, dans une position quelconque; - la figure 2 est le schéma d'ensemble de l'appareil; - la figure 3 est une variante du schéma de principe de l'appareil, variante selon laquelle un générateur de lumière est utilisé dans le spectre visible, et - la figure 4 est une variante du schéma de principe de l'appareil selon laquelle un générateur de lumière est utilisé dans le spectre infrarouge ou ultraviolet. Dans le premier exemple de réalisation de l'invention, en partant de la correspondance entre la grandeur géométrique du déplacement ou de la déformation de l'élément de la construction sur laquelle se trouve placé l'appareil de la station de réception 1 et la grandeur électrique enregistrée par suite du contact entre le spot lumineux de l'émetteur 2 installé dans la zone stable de référence du déplacement qui se mesure et les phototiodes 3 du ré récepteur, on établit des relations de dépendance entre ces deux paramètres. En considérant un système d'axes rectangulaires qui passe par les centres des quatre récepteurs R1, R21 R3 et R4, qui sont des parties constructives de la station de réception 1, et une position quelconque du spot lumineux, du spectre visible, qui se projette sur les quatre récepteurs sous la forme d'une surface circulaire lumineuse, il résulte que le centre C de cette surface lumineuse circulaire a les coordonnées X0 Y0 dans le système d'axes considéré. Quoique l'élément mobile soit le système des quatre récepteurs, R1 > R2, R3, R4, et que le spot lumineux ait une position fixe pour la simplification de la présentation de la méthode, on considère la mobilité corme une caractéristique du spot lumineux et non des récepteurs. En connaissant les valeurs du paramètre électrique déter ninées pour chaque récepteur et qui sont différentes en fonction des coordonnées X0, Y0, on peut déterminer les surfaces S1 S2 S3 h par le spot lumineux intercepté respectivement par les récepteurs R1, R2, 23 R4. Le paramètre électrique, qui est l'intensité du courant dans le sens de blocage de la surface du spot luvineux afférent, est mesuré a' l'aide du microampéremètre de l'ap- pareil, pour chaque récepteur individuellement. La relation de dépendance entre la grandeur d'une surface Sj et la grandeur de l'intensité du courant respectif Ii est : Si = K . Ti dont i = 1, 2, 3, 4. Dans le cas de la mesure des déplacements de la construction sollicitée expérimentalement ou par ltexploitations sur deux directions, horizontale et verticale, il est nécessaire de déterminer tant la composante du déplacement en plan vertical, que la compo sante en plan horizontal. Dans ce cas on utilise des formules analytiques simples ou des nomograimes qui donnent les valeurs X0, Y du centre C dans n'importe quelle position. o En cas de détermination du déplacement ou dela déformation de certaines constructions, ou éléments de construction, soumises à des sollicitations dynamiques provoquées par les vibrations des moteurs, des compresseurs, la pression du vent, spécialement dans le cas des constructions hautes et souples on peut utiliser l'appareil qui fait l'objet de l'invention, relié par l'interwédiaire d'un pont tensométrique et d'un amplificateur à un oscillographe avec galvanomètres à miroirs, ou autre appareil, qui permet l'en- registrement sur film, ou sur papier spécial, des courbes qui expriment l'amplitude et la fréquence de la vibration respective. En fonction de l'ordre de grandeur de l'amplitude de la vibration7 on choisit le degré de sensibilité des galvanomètres utilisés et la position des courbes sur l'écran de l'oscillographe, et en fonction de la fréquence on établit la vitesse de l'enregistrement sur film ou sur papier spécial des courbes des vibrations, une pour les vibrations en plan vertical et une autre pour les vibrations en plan horizontal t les quatre photodiodes étant reliées entre elles deux par deux dans le pont tensométrique mentionné. Dans le cas du premier exemple de réalisation de l'invention, l'appareil est constitué par un récepteur l et un émetteur 2. Le récepteur 1 est constitué par un ensenble composé par les récepteurs R1, R2, R3, R4, forné chacun par un tube cylindrique qui renferme une photodiode 3, une lentille convergente 4 et un dispositif mécanique 5 de translation du support de la photodiode, un sicroavpére ètre 6 pour la mesure de -l'intensité des courants qui circulent par les photodiodes, un commutateur 7 pour insérer le microaspére- tre dans le circuit de chaque photodiode et une pile électrique d'alimentation 8. Le récepteur renferme également un dispositif optique de visEe-centrage constitué par une petite lunette 12, disposée dans l'axe de symétrie du récepteur dont l'axe optique se dirige sur l'axe de symétrie du tube de l'émetteur et un repère de visée- centrage placé i la partie supérieure du récepteur, qui permet le centrage des deux ensembles de l'appareil (émetteur et récepteur), â l'aide de la lunette de l'émetteur. L'émetteur 2 est constitué par un système optique convergent 14 dans le foyer duquel se trouve une lampe électrique 15 avec un filament ponctuel, monté dans un tube métallique cylindrique 16, un dispositif mécanique 17 de type à cardan pour le réglage de la position de la lampe dans le foyer du système optique et une source électrique d'alimentation 18 pourvue d'un interrupteur 19. Une autre variante de réalisation de l'appareil confornénent au premier exemple de réalisation consiste dans l'utilisation, au lieu de la lampe à incandescence, d'un générateur laser gazeux He Ne de petite puissance centré sur le récepteur de l'appareil susmentionné. Conformément au deuxième exemple de réalisation de l'invention, l'appareil constitué également d'un émetteur 24 et d'un récepteur 25, utilise comme générateur lumineux une source 26 de ra datations dans le domaine infrarouge ou ultravlolet, dont le faisceau quasi-parallQle de radiations tombe sur le système de quatre lunettes 27, 28, 29, 30 du récepteur, lunettes qui sont pourvues intérieurement de photorésistances dont le domaine étroit de tra vail correspond à la bande de fréquence de la source 26.Les photorésistances disposées dans le plan horizontal sont connectées par l'intermédiaire d'un circuit adéquat aux électrodes horizontales d'un oscilloscope 31, les photorésistances disposées dans le plan vertical étant connectées aux électrodes verticales de l'oscilloscope. L'écran de ltoscilloscope est pourvu de graduations millimétriques, ce qui permet la lecture directe des mesures. Par l'utilisation de l'appareil qui fait l'objet de l'invention décrite ci-dessus, on obtient les avantages suivants - le domaine de mesure est plus large que celui défini dans les procédés.analogues existants; - les mesures s'effectuent très rapidement; dans le cas de sollicitations en régime statique la mesure peut durer moins d'une minute, elle est instantanée dans le cas d'enregistrements automatiques; - la précision des mesures des déplacements est élevée; - la manipulation de l'appareil est très simple, ce qui nécessite une qualification minime pour l'opérateur et une seule personne pendant le temps de mesure proprement dit; - simplicité de l'analyse des résultats des mesures; ; - exi=tion de la mesure des déplacements absolus des cons truc- tions avec une grande rapidité, ce qui permet la poursuite fidèle de l'évolution du phénomène de déformation de la construction sollicitée expérimentalement ou par l'exploitation; - l'appareil présente un haut degré de mécanisation de la mesure des déplacements relatifs et absolus des constructions avec de grandes possibJlités d'automatisation et de télécommande des mesurages REVENDICATIONS 1. Procédé pour la détermination des déplacements absolus et relatifs des constructions ou parties de celles-ci, soumises à des sollicitations expérimentales ou d'exploitation en régime de sollicitation statique ou dynamique, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser les courants électriques correspondants (I1, 12, I3, I4) qui proviennent des circuits d'un groupe de quatre éléments photosensibles dont les résistances sont fonction de la variation de la distribution d'un spot lumineux centré initialement sur ce groupe, le spot provenant d'un émetteur disposé à une certaine distance, dans une zone de terrain considérée stable, la variation de la distribution du spot sur le groupe des éléments photosensibles étant déterminée par le déplacement dans l'espace de l'élément de construction examiné sur lequel est monté un récepteur qui contient les éléments photosensibles respectifs et permet la détermination des déplacements absolus et relatifs par lecture directe ou par enregistrement sur un instrument électrique de mesure de la variation des intensités des courants électriques respectifs. 2. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour permettre l'observation et la mesure des déplacements absolus et relatifs des éléments de construction il est constitué d'un émetteur lumineux (2) disposé dans une zone de terrain considérée stable qui émet un spot lumineux collimaté de section circulaire qui se projette sur le système optique d'un récepteur (1) disposé sur l'élément de construction examiné, à une certaine distance de l'émetteur (2), le système optique étant constitué par quatre lunettes (R1, R2, R3, R4) ayant fonction de condensateurs optiques tandis que chaque lunette est pourvue à l'une de ses extrémités d'une lentille convergente (4) qui focalise le spot lumineux sur des éléments photosensibles (3) disposés à l'autre ex trémite des lunettes, le déplacement de l'élément de construction examiné provoquant le déplacement simultané du système optique et finalement déterminànt la variation de l'illumination des éléments photosensibles (3), traduite par la variation de l'intensité des courants électriques (Il, 12, 13, 14) du circuit des éléments photosensibles (3), variation qui peut être lue ou enregistrée sur un appareil électrique de mesure (6). 3. Appareil selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que dans le but de 11 exécution des mesures à grandes distances (des centaines de mètres) entre 11 émetteur (2) et le récepteur (1), il comporte un générateur laser gazeux de petite puissance comme source de lumière dans l'émetteur (2). 4. Appareil selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un émetteur (24) pourvu dtun générateur (26) de radiations infrarouges ou ultraviolettes, dont le spot de radiations collimaté se projette sur un système de quatre lunettes réceptrices (27, 28, 29, 30) d'un récepteur (25) et permet la lecture directe sur l!écran d'un oscilloscope (31) dont les électrodes de déflexion sont -connectées chacune â ltune des photorésistances du récepteur > du déplacement ou de la déformation de l'élément de construction examiné.