Brevet FR2298083A1 — publié le 19760813

La présente invention est relative à un dispositif pour la mesure de distance entre deux points d'une structure Un tel dispositif peut notamment être utilise pour détecter des déformations éventuelles d'une structure naturelle ou artificielle dont la surveillance est imposée par des considérations de sécurité. Ainsi, dans le cas de structures naturelles dont l'équilibre naturel est incertain ou modifié au cours de grands travaux, tels que construction de barrage, creusement d'ouvrages souterrains, crémation de tranchées ou talus importants, etc., des Mesures périodiques susceptibles da mettre en évidence d'éventuelles déformations s'avèr@nt être un élément déterminant pour la prévision d'éboulements, affaissements ou écroulsients de ces structures. Il en est de -e pour des structures artificielles de grandes dimensions, telles que des ponts ou des immeubles. On contact déjà des dispositifs, tels que par exemple des extensomètres, permettant d'eff@ctuer des mesures de déformation d'une structure lorsqu'elle est soumise à une contraint@ par la détermination de variations évent@elles de la distance entre deux points de cette structure. L'utilisation de tels dispositifs connus pour la surveillsnce d'une structure, par exemple roche@s@, s'avère difficile, voire impossible et procure des résult@ts souvent pou satisfaisente du fait, d'une part, des éifficultés évent@elles d'accès cette structure et, d'autre part, des conditions d'exploitation des dispositifs de mesure. En @ffet, l'accessibilité d'une structure n@turelle ou-srtificielle peut s'avérer difficil@ et m@@@ impossible lorsque, par exemple, c@tte strocture est sit@és dans un m@ssif montagneur, et des @@pér@tife de sécurité p@uvent @xiger des mesures fréquentes en toutes s@isons, D@ plus, le dispositif de @@@ur@ implanté dans une structure peut être acunis à des conditions climatiques @évères et devoir être utilisé pendant une longu@ période de surveillence s'ét@ndant parfois sur plusisurs snnées.Or, les dispositifs connus néces@it@nt souvent la préscnce d'une personne sur place pour @ffectrue les mesures et éventuellement leur r@étalonnage et sont souvent susceptibles de dériver dans le t@mps ou en fonction des conditions clim@tiques, ce qui ne permet pas leur utilise- tion de façon satisfaisante dans les conditions exposées cidessus. Aussi, l'invention a pour but de fournir na dispositif pour la mesure de distance entre deux points d'une structure, susceptible d'être exploité à partir d'un point très éloigné de ladite strecture et de fonctionner de façon satisf@isante quant à se précision et s@ fiabilité dans toute condition clim@tique, en particulier de température et d'humidité. Ce but est atteint par un dispositif comportant un capteur ayant un premier et un second organe susceptible d'entre relié respectivement à deux points de la structure, dispositif dans lequel, conformément à l'invention, le premier organe comporte une surface présentant une suite alternée de portions électriquement conductrices, dites graduations, et de portions électriquement isolantes, dites intervalles, l'ensemble des graduations et intervalles définissant une plage de mesure ; le second organe comporte un élément électriquement conducteur, dit curseur, dont une partie est susceptible de se déplacer contre ladite surface le long d'une trajectoire potentielle fixe passant sur les graduations et intervalles dudit ensemble en étant, dans la plage de mesure, t o ujours en contact avec au moins une graduation, lesdites graduations et ledit curseur étant susceptibles d'entre reliés par un ensemble de conducteurs à un appareil détecteur pour détecter la position du curseur relativemont auxdites graduations et en déduire la distance entre les deux points de la structure. Le premier et le second organe du dispositif conforme à l'invention forment un capteur de la variable à mesurer @esimilable à une règle gradués devant laquelle est susceptible de se déplacer un curseur. Ce capteur saisit cette variable in aitu et la convertit en information qui, par 1 'intermédisire des conducteurs, est susceptible d'être trnasmise à distance jusqu'à un li@@ aisément accessible où, au moyen d'un appareil détecteur, cette information peut être transposés sous une forme direct@ment exploitable, par exemple sous une forme numérique.Le dispositif s'avère denc particubèr@ment avantsgeu@ pour être utilisé dans le dosains de la su@veillance de struc@ures @@ et turf montagneux souvent difficilement @cc@ssibles. D'autre pert, du fait qu'il ne comporte aucun organe ftagile, le capteur de position résiste à des conditions clim@tiques difficiles, notemment de t@mpérature et d'humidité. Enfin, la fiabilité et l'absence de dérives en température et dans la tige du capteur permettent son exploitation pendant de lon gues periodes de temps. Selon une particularité du dispositif conforme à l'invention, ledit premier organe comporte au moins un premier et un second ensemble de graduations et intervalles et le curseur comporte au moins deux parties, chacune susceptible de se déplacer le long d'une trajectoire fixe au contact d'un ensemble respectif, les graduations du second ensemble étant positionnées et dimensionnées pour correspondre à des groupes successifs de graduations voisines du premier ensemble de manière que, tant que la première partie du curseur est en contact avec au moins une graduation d'un groupe dudit premier ensemble, la seconde partie du curseur est en contact avec la graduation du second ensemble correspondant à ce groupe, et les graduations du premier ensemble occupant dans chaque groupe une meme position relative étant électriquement reliées entre elles. Par cette disposition particulière, l'information susceptibled'tre transmise par le capteur porte, d'une part, sur la ou les graduations d'un groupe du premier ensemble en contact avec le curseur et, d'autre part, sur la ou les graduations du second ensemble en contact avec le curseur, et nécessite, pour la transmission, un nombre de conducteurs inférieur au nombre nécessaire, lorsque seulement un ensemble de graudations est prévu, pour un meme nombre d'états possibles différents de cette information. D'autres particularités et avantages d'un dispositif conforme å l'invention ressortiront ci-après de la description d'un mode particulier de sa réalisation, description faite å titre indicatif mais non limitatif en référence aux figures des dessins joints qui illustrent figure 1 : une vue schématique d'un dispositif conforme à l'invention figure 2 : une vue de détail du capteur illustré sur la figure 1 figure 3 : un tableau illustrant a titre d'exemple un mode de transposition de l'information fournie par le capteur, en fonction de la position du curseur ; et figure 4 : une vue schématique d'ensemble d'une channe de mesure utilisant un dispositif conforme à l'invention. Le capteur 10 représenté sur la figure 1 comporte un premier organe2 ou embase, 11 pouvant Entre relié par tout moyen approprié, par exemple par ancrage, å un point d'une structure, et un second organe, ou coulisseau, 12 pouvant 8tre relié à un autre point de cette structure par l'intermédiaire d'une tige 13 solidaireÉdudit second organe. Le coulisseau 12 est guidé en translation parallèlement à l'embase 11 au moyen de barres de guidage 14 et 15 parallèles et montées dans des supports 16 et 17 solidaires de l'embase 11, les barres de guidage 14 et 15 passant dans des rainures ou trous pratiqués dans le coulis seau 12. La tige 13 peut également Entre guidé en translation, par exemple en passant dans un orifice de guidage pratiqué dans le support 16. Sur une partie au moins de la surface de l'embase 11, située du cté du coulisseau 12, est prévue une suite alternée de portions électriquement conductrices, ou graduations, 18 et de portions électriquement isolantes, ou intervalles, 19, l'ensemble des graduations 18, dont le nombre est égal à 15 dans l'exemple représenté figure 1, et des intervalles 19 définissant la plage de mesure du capteur 1O.Ces graduations peuvent être réalisées au moyen de techniques connues, par exemple analogues à celles utilisées pour la fabrication de circuits imprimés.Sur le coulisseau 12 est monté un élément électriquement conducteur, ou curseur, 20 solidaire du coulisseau et portant un frotteur conducteur 21, lequel est appliqué contre la surface de l'embase Il et susceptible de se déplacer le long d'une trajectoire potentielle correspondant à celle du coulisseau et passant sur l'ensemble des graduations 18 et intervalles 19. Le frotteur 21 est maintenu au contact de la surface de l'embase 11, par exemple, au moyen de la pression exercée par un ressort, et a une dimension maximale, mesurée le long de sa trajectoire potentielle, telle qu'il est constamment en contact avec au moins une et, par exemple, au plus deux graduations 18 dans la plage de mesure.On pourra, par exemple, conférer aux graudations 18 et intervalles 19 la forme de bandes rectangulaires, de largeurs respectivement constantes, s'étendant perpendiculairement à la direction du déplacement possible en translation du coulisseau 12, et conférer au frotteur 21 une dimension maximale, mesurée le long de cette direction, supérieure à la largeur des intervalles 19 et inférieure à la somme des largeurs de deux intervalles 19 et d'une graduation 18. Le capteur 10 convertit donc la variable à mesurer, qui est la distance entre les deux points de la structure auxquels sont reliés 1'embase 11 et le coulisseau 12, en une information qui peut être décodée par l'identification de la ou des deux graduations 18 électriquement reliées au curseur 20.Si n est le nombre de graduations 18, cette information peut prendre un nombre total d'états différents possibles égal à 2n-1. Pour être décodée et transcrite, l'information fournie par le capteur 10 peut être transmise à distance et, dans ce but, les graduations 18 et le curseur 20 sont susceptibles d'être reliées à un appareil décodeur et indicateur par un ensemble de conducteurs. Lorsque le capteur ne comporte qu'un ensemble de n graduations, le nombre des conducteurs doit être égal à n+l. Or, la liaison entre le capteur et l'appareil indicateur peut devoir être effectuée sur une longue distance, et il est alors avantageux de réduire le nombre de ces conducteurs.Aussi, la surface de 1'embase 11 présente avantageusement une deuxième suite alternée de graduations 22 et d'intervalles 23, et le curseur 20 porte un second frotteur conducteur 24 qui est appliqué contre la surface de l'embase qui est susceptible de se déplacer le long d'une trajectoire potentielle correspondant à celle du conlissa@u 12 et p@ssant sur l'ensemble des graduations 22 et intervalles 23 et qui présente une dimension maximal@, mesurée le long de sa trajectoire pcentielle, telle qu'il est const@mment en contact avec au moins une et au plus dsra graduations 22 sur toute la longueur de l'ensemble des graduations 22 et intervalles 23. Chaque graduation 22 est associée à un groupe de graduations successives 18 et est disposée et dimensionnée de manière que, tant que le frotteur 21 est au contact dtau moins une graduation 18 d'un groups, le frotteur 24 est m contact de la graduation 22 associée à ce groupe.Les gradu@tions 18 sont réparties en groupes successifs chacun @@@ocié à une graduation 22 différente, et les graduations occupant une Position identique dans chacun des groupes sont reliées électriquesent entre elles. L'information susceptible d'être transmise par le capteur est alors dcad,la pui@qu'elle porta, d'une part, sur la ou les graduations 22 en liaison électrique avec le curseur 20 et, d'autre part, sur la ou les graduations d'un groupe en liaison électrique avec le curseur 20.Cette inforeation ne nécessits donc pour s@ transmission que p+i+l conducteurs, p étant le no@bre de graduations 22 et i le nombre maximal de graduations 18 dans un groupe. Dens l'exemple illustre figures 1 et 2, les graduations 18 sont réparties an trois groupes successifs A, B, C comportant chacun cinq gr@dustions, resp@ctivement A0, A2, A4, A6, A8, B0, B2, B4, B6, B8 et C0, C2, C4, C6, C8.Les gradu@tions A0, B0 et C0, A2, B2 et C2, ..., occupent une les position relative dans chacun des @roupes A. B, C, c'est-à- dire qu'elles sent respectivement les premières, les secondes, , de leur groupe, comptées à partir d'une extrémité de la plage de masure, et sont électriquement reliées entre elles et susceptibles d'être reliées à des conducteurs, respectivement U0, U2, U4, U6 et U8, en sortie 25 du c@pteur 10.Aur groupes A, B, C sont associées trois gradustions 22, respectivement 22-, 22b et 22S susceptibles d'litre électriquement reliées respectivement aux conduct@urs D0, D1, D2 de l'ensemble de conducteurs D, an sortie 25 du capteur 10. las graduations 22 sont par exemple disposées de manière que les intervalles 23 entre les graduations 22a et 22b et entre les graduations 22b et 22c correspondent respectivement aux intervalles 19 entre les graduations A8 et B0 et entre les graduation B8 et C0. Le curseur 20 présente une extrémité 20s pouv@nt glisser sur une bande conductrice 26 solidaire de l'embase 1.1. Cette extrémité 20a présente une forme recourbée de manière à être appliqué@ sur le bande 26 par sa propre dlasticitél. La bande 26 est susceptible d'être reliée à un conducteur C à la sortie 25 du capteur 10. Las graduations 18 étant au nombre de cinq dans chacun des groupes A, B et C, l'information transmise par les conducteurs U0 à U8 de l'ensemble de conducteurs U peut donc prendre dix états différents, tandis que le frotteur 24 reste au contact d'une meme graduation 22. On peut donc considérer l'ensemble des graduations 18 comme une échelle des unités et l'ensemble des graduations 22 conne une échelle des dizaines. Ainsi, dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, le conducteur C est électriquement relié aux conducteurs D1, U4 et U6.L'information susc@ptible d'être transmise par les conducteurs a donc, pour les dizaines, l'état 1 et, pour les unités, l'état 4 et 6, soft 5, et la transcription décimale de cette information est 15. Le tableau de la figure 3 illustre quelques exemples de la correspondance entre les positions des frotteurs 21 et 24 du curseur 20, l'identité des conducteurs D et U électriquement reliés au curseur et la transcription décimale M de l'information convertie par le capteur.Si l'on désigne par f, g et i la dimension maximale du frotteur 21 et les dimensions respectives des graduations 18 et des intervalles i, Mesurées le long de 1 trajectoire potentielle du curseur, le frotteur 21 peut effectuer, dans la plag de mesure, un déplacement maximal de longueur 2i+g-f en restant en contact uniquement avec une graduation 18 et un dépl@cment maximel de longueur f-i en restant en contact avec deux graduations 18 voisines. L'erreur de mesure sera minimale si ces longueurs sont égales, c'est-à-dire 3i+t si l'égalité f " 2 est en valeur absolue à a:23f3% 4. respectée, et c@tte err@ur s@r@ au maximum égale Ainsi, si, par exemple, i@g, on conférer@@@nt@- seulement au frotteur une dimension f"2g et l'erreur de mesure sera au m@ximum ég@l@ à g en valeur abslou@. Les dimensions et nombre des graduations 18 seront déterminés en fonction de la longueur de plage de mesure et de la précision désirées. D'autre part, les ensembles de gradustions peuvent être en nombre @upérieur à deux et disposées sur des surfaces différentes, le curseur 20 présentant alors des frotteurs en nombre et avec des dispositions correspondants. Enfin, le nombre des graduations 18 peut ne pas être tel que ces graduation puissent être réparties en groupes égaux, Dans ce cas, il est possible de prévoir, à une extrémité de le plage de mesure, un grouse de graduations 18 avec un nombre inférieur de graduations que les autres groupas ; dans le cas de l'exemple illustré par les figures 1 l et 2, on pourrait ainsi avoir un groupe C ne comportant que deux, trois ou quatre graduations, C0 et C2 o u C0, C2 et C4 ou C0, C2, C4 et C6. La transmission de la grandeur de mesure convertie par le capteur 10 peut être effectuée au moyen d'un cable 27 connecté à la sortie 25 du capteur 10 et à l'entrée 28 d'un appareil 29 et contenant l'ensemble des conducteurs D, U et C reliés aux graduations et curseur du capteur 10. L'appareil 29 (figure 1) comporte une source de tension continue 30 dont la borne + peut être reliée au conducteur C en fermant un interrupteur 31 de marche-arrêt. Le conducteur C étant sous tension, les conducteurs particuliers des conducteurs D et U qui sont électriquement reliés au conducteur C par le curseur 20 sont également sous tension. Pour identifier ces conducteurs, l'appareil 29 comporte un ensemble de lampes 32, en nombre égal aux conducteurs des ensembles de conducteurs D et U, chacun de ces conducteurs étant relié, lorsque le cible 27 est connecté à l'entrée 28, à la première borne d'une lampe 32 respective, les deuxièmes bornes des lampes 32 étant reliées à la borne - de la source de tension 30. La tension apparaissant sur un conducteur de l'ensemble D ou U provoque l'allumage de la lampe correspondante. Les lampes 32 sont disposées au regard des fenêtres 33 et 34 prévues sur le bottier de l'appareil 29, les fenêtres 33 et 34 portant des numéros respectivement 0, 1, 2 et 0, 2, 4, 6, 8 au niveau des lampes 32 correspondant aux conducteurs D0, D1, D2 et UO, U2, U4, U6 , U8 L'appareil 29 indique donc le résultat de la mesure sous la forme numérique, telle que représentée dans les colonnes D et U du tableau de- la figure 3. On notera (voir figures 1 et 2) que les graduations 22 d'extrémité, soit 22a et 22c, débordent de la plage de mesure définie par l'ensemble des graduations 18 et intervalles 19.De ce fait, s'il advient que le curseur 20 sorte de la plage de mesure, il est possible de déterminer de quel cté de cette plage il se trouve. L'appareil 29 peut être muni d'un circuit de test pour vérifier le bon fonctionnwent des lampes 32. Ce circuit de test comporte un relais 36 qui peut être activé par enfoncement d'un contacteur manuel 37 à boutonpoussoir. En position de travail, le relais 36 ferme une série de contacts pour relier les premières bornes des lampes 32 à la borne positive de la source de tension 30.Le test des lampes ayant été effectué, l'interrupreur 31 est fermé pour effectuer la transcription de l'information transmise par le capteur 10 Avantegeusoment, l'appareil 29 comporte un ensemble de transistors 35 en nombre égal aux lampes 32, chaque première borne d'une lampe 32 étant reliée à son conducteur respectif par la jonction émetteur-base d'un transistor 35 respectif et les collecteurs des transistors 35 étant re liés à la borne + de la source de tension continue 30. En l'absence de tension sur leur base, les transistors 35 sont bloqués et les lampes 32 qui y sont reliées sont éteintes.Lorsque l'interrupteur 31 est ferme, une tension apparaît sur les bases des transistors reliées à la borne + de la source 30 par l'intermédiaire des conducteurs connectés aux graduations en contact avec le c'rseur, ce qui provoque le déblocage de ces transistors et l'application aux bornes des lampes 32 de la tension délivrée par la source 30. Ces transistors 35 jouent donc le rôle de relais electroniques pour connecter la source 30 aux lampes 32 alors que, sans la présence de ces trsnsistors, la chute de tension due à la résistance des conducteurs du c8ble 27 serait susceptible d'empêcher un allumage satisfaisant des lampes 32. L'indication numérique fournie par l'appareil 29 est représentative de la distance entre les deux points d'une structure auxquels sont respectivement reliés le curseur 20 et l'embase 11. Un étalonnage du capteur 10, lors de sa mise en place, permet de traduire cette indication numérique en mesure de longueur. Le dispositif conforme à l'invention pouvant être avantageusement utilisé pour détecter des déformations éventuelles de cette structure, le résultat recherché est alors moins une mesure de longueur qu'une mesure de variation de cette longueur dans le temps. I1 est alors seulement nécessaire de connaître les dimensions des graduations 18 et intervalles 19 pour chiffrer ces variations en unités de longueur. La figure 4 illustre une chaîne de télémesure utilisant un dispositif conforme à l'invention. Une telle chaîne de télémesure peut notamment être utilisée pour la surveillance d'une structure rocheuse difficilement accessible, susceptible de se déformer et présentant donc des risques d'éboulement. De préférence, plusieurs capteurs, par exemple trois, lOa, lOb, lOc, conformes au capteur 10 ci-dessus décrit, sont disposés en divers endroits de la structure en étant chacun disposé dans un bottier de protection. Les sorties 25a, 25b, 25c de ces capteurs sont reliées aux entres respectives 38a, 38b, 38c d'un bottier de connexion 38 par des cibles 27a, 27b, 27c. A la sortie 38s du boîtier 38 est connectée une extrémité d'un cible 39 dont l'autre extrémité est susceptible d'être connectée à un appareil 29 du type ci-dessus décrit. Le bottier de connexion 38 connecte en parallèle les différents conducteurs Dos D1, D2, UO, U2 ... U8 des cibles 27a, 27b et 27c, et le cible 39 comporte donc huit conducteurs D et U ainsi que les conducteurs C reliés aux curseurs des divers capteurs lOa, lOb et lOc. Le cible 39 est prévu avec une longueur suffisante pour permettre d'effectuer des rlelvés périodiques à partir d'un lieu sisément sccessible @u moyen d'un appareil 29, par exemple portatif. Un commutateur 40 prévu sur l'appareil 29 permet de connecter séparément les divers conducteurs C A la source de tension 30 et d'interroger ainsi successivement les capteurs 10a, 10b et 10c Diverses modifications peuvent entre apportées par l'homme de l'art au mode de réslisation ci-dessus décrit, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. On pourra par exemple conférer aux graduations et au curseur d'un capteur une forme et une disposition qui Font différentes de celles illustrées sur les figures I et 2 et qui permettent à la partie d'un frotteur en contact avec la surface présentant un ensemble de graduations et d'intervalles de parcourir cet ens@mble lorsque le curseur décrit se trajectoire potentielle. T E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour la mesure de la distance entre deux points d'une structure, notamment pour détecter des déformations éventuelles de cette structure, comportant un capteur ayant un premier et un second organe susceptibles d'être reliés respectivement à ces deux points, caractérisé en ce que le premier organe comporte une surface présentant une suite alternée de portions électriquement conductrices, dites graduations, et de portions électriquement isolantes, dites intervalles, l'ensemble des graduations et intervalles définissant une plage de mesure ; le second organe comporte un élément électriquement conducteur, dit curseur, dont une partie est susceptible de se déplacer contre ladite surface le long d'une trajectoire potentielle fixe passant sur les graduations et intervalles dudit ensemble en étant, dans la plage de mesure, toujours en contact avec au moins une graduation, lesdites graduations et ledit curseur étant susceptibles d'être reliés par un ensemble de conducteurs à un appareil détecteur pour détecter la position du curseur relativement auxdites graduations et en déduire la dista@- ce entre les deux points de la structure 2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier organe comporte au moins un premier et un second ensemble de graduations et intervalles et le ciur@@ur comporte su moins deux parties, chacune susc@ptible de se déplacer le long d'une trajectoire fixe au contact d'un @nsemble respectif, les graduations du second ensemble étant positionnées et diiensisa- nées pour correspondre à des groupes successif@ de graduations voisions du premier ensemble de menière que, tant que la premier partie du curseur est en contact avee au moins une graduation d'un groupe dudit pr.iiCr enseible, la second partie du curseur est en contact avec la graduation du second ensemble correspondant à ce groupe, et les graduations du premier @n@@mble occupant dans chaque groupe une même position relative étant électriquement reliées entre elles. 3. Dispositif selon l'un quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les graduations et intervalles d'un @@@@ @ns@mble ont resp@ctivement des dimensions égales mesurées le long de la traJectoire pot@ntiell du curseur. 4. Dispositif selon l'un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie du curseur, susceptible de se déplacer au contact d'un @n@@mble de graduations, est di@@nsionnée de manière à être @n contact dans la plage de mesure, avec au moins une et au plus deu@ gradu@tions de cet @nsemble. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit second organe est guidé en translation par des moyens de guidages solidaires dudit premier organe. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit appareil comporte une source de tension susceptible d'être reliée au conducteur électriquement relié audit curseur, et des moyens détecteurs susceptibles d'être reliés aux conducteurs électriquement reliés auxdites graduations et de détecter la ou les graduations en contact électrique avec ledit curseur en réponse à la liaison dudit curseur avec ladite source de tension. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens détecteurs comportent un ensemble de moyens lumineux pour indiquer la ou les graduations en contact électrique avec ledit curseur. 8. Dispositif selon la revendication 1, notamment pour la surveillance d'une structure susceptible de se déformer, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur relié à deux points de cette structure, un ensemble de conducteurs électriquement reliés aux graduations et au(x) curseur(s) du(ou des)capteur(s) et un appareil détecteur susceptible d'être connecté auxdits conducteurs pour détecter, peur chaque cap tour, la ou les graduations en contact électrique avec le curseur de ce capteur.