Brevet FR2292953A1 — publié le 19760625

La présente invention se rapporte aux @ détecteure optiques d'horizontalité, et concerne plus particulièrement les détecteurs d'horizontalité émettant automatiquement un signal d'avertissement, ou un signal d'erreur, en cas de défaut d'horizontalité. Parmi les détecteurs d'horizontalité existant dans @'art antérieur, certains nécessitent l'examen visuel par un opérateur de la position d'une bulle dans un niveau. D'autres détecteurs d'horizontalité utilisent un interrupteur à mercure. Cependant, les détecteurs d'horizontalité @tilisant un interrupteur à mercure ne présentant pas la même sensibilité que le détecteur correspondant à l'invention. L'invention présente l'avantage de permettre la détec- @ion automatique, par des moyens électroniques, de l'emplacement ?Uflt' bulle dans un niveau à bulle. Le détecteur d'horizontalité correspondant à l'invention présente de plus une sensibilité très supérieure à celle des détecteur de l'art antérieur dans les @uels le déplacement d'une bulle d'un niveau doit être décelé visuellement par un opérateur. Le détecteur optique d'horizontalité correspondant à l'invention contre électroniquement la position de la bulle d'un niveau à ampoule de verre. Le détecteur d'horizontalité com @@ond une source lumineuse qui éclaire le niveau à bulle, et deux cell@les photo-électriques ou davantage, qui sont placées de l@@tre c8té du niveau et qui détectent si la quantité de lumière pro@@@ant des deux côtés de la bulle est différente, c'est-à dir@ si la bulle est décalée à l'intérieur de l'ampoule de verre. @@@ ce ce cas, les deux cellules photo-électriques appliq@ent un @@@@@@ à un amplificateur différentiel qui détecte l'écart des @@@@ns de sortie des deux cellules. L'amplificateur différentiel @@@@@@@ alors un signal qui est appliqué à un multivibrateur, de @@@@@ à @écl@ncher ses oscillations.Ceci a pour effet de faire c - @@@n l@@er, et ce clignotement constitue Ün signal d'aver @@s@@@@@@ @@@i@@ant que la bulle ne se trouve pas au centre de @@@@@@@@@@ e@ @@@@ qu@ l@ niveau n'est pas en position horizon- L'invention a donc pour objet un détecteur optique d'horizontalité qui contrôle automatiquement, par des moyens électroniques, la position de la bulle d'un niveau à ampoule de verre, et qui émet un signal d'avertissement clignotant ou'un signal d'erreur, lorsque la bulle n'est pas au centre de l'ampoule, du fait que le niveau n'est pas en position horizontale. L'invention sera décrite-plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif, et sur lesquels la figure I est un schéma simplifié du détecteur optique d'horizontalité correspondant WLtinvention la figure 2 est un schéma détaillé de ce détecteur optique d'horizontalité ; et la figure 3 est un graphique représentant la tension de sortie du pont en fonction de la position de la bulle dans ampoule. On se référera maintenant à la figure 1 qui représente un détecteur optique d'horizontalité 10 utilisant une alimentation continue 12, fournissant une tension de -12 volts, dont la borne positive est connectée par une résistance 14 à liune des bornes d'une source lumineuse 16 pouvant être constituée par une diode électroluminescente. Un commutateur rotatif possède deux circuits 18 et 56. Le circuit 18 comporte trois positions : uneposition "mode automatique", 17 ; une position "dtarrEt", 19 ; -et une position "marche", 21. L'autre borne de la diode électroluminescente 16 est connectée au contact mobile du circuit-18 du commutateur rotatif. Le niveau à bulle 20 comporte une ampoule de verre 27 remplie de liquide, avec une bulle 29 flottant dans le liquide. Une borne de la cellule photo-électrique 22 est con bectée par la diode 54 à l'alimentation 12, fournissant une tension de 12 volts, et cette borne est-également reliée au pont de résistances comprenant la résistance 26, le potentiomètre 3Q et la résistance 28. L'autre borne de la cellule photo-électrique 22 est connectée à l'une des bornes de la cellule photo-électrique 24, ainsi qu'à une première entrée de l'amplificateur différentiel 32. L'autre borne de la cellule photo-éleftiique 24 est connectée à l'autre extrémité du pont de résistances. Le curseur du potentiomètre 30 est connecté à une seconde entrée de l'amplificateur différentiel 32 ainsi qu'à une seconde entrée du comparateur 40. La sortie de l'amplificateur différentiel 32 est connectée à l'entrée de l'inverseur 34 et est connectée, par ltintermédiaire de la diode 36, à unepremière entrée d'un comparateur 40. La sortie de l'inverseur 34 est connectée par la diode 38 à la première entrée du comparateur 40. La sortie du comparateur 40 est connectée à l'entrée du multivibrateur 44, et la diode 42 établit une liaison entre la sortie du comparateur 4Qét la première entrée de ce comparateur. Te multivibrateur 44 reçoit également une tension de 12 volts qui est fournie par la diode 54 à partir de '1" alimenta- tion 12. La sortie du multivibrateur 44 est connectée à la base du transistor 48. La diode 54 protège le circuit de détection en cas d'inversion accidentelle des conducteurs de sortie de l'alimentation 12. Le circuit 56 du commutateur rotatif possède trois positions : une position "mode automatique" 57, une position "arrêt" 59 et une position "marche" 61. Le collecteur du transistor 48 est connecté par la résistance 50 à la base du transistor 52, et est également connecté à la position 61 du circuit 56 du commutateur rotatif. L'émetteur du transistor 52 est connecté à la borne positive de l'alimentation continue 12, et le collecteur de ce transistor est connecté à la borne positive de l'alimentation haute- tension 58. L'émetteur du transistor 48 est connecté à la position 57 du circuit 56 du commutateur. Les contactsmobiles des circuits 18 et 56 du commutateur sont reliés ensemble, et sont également reliés à la borne négative de l'alimentation de haute tension 58. Les deux sorties de l'alimentation de haute tension 58 sont connectées au laser- 60. De plus, la borne négative de l'alimentation 12 est connectée aux contacts mobiles des circuits 18 et,56 du commutateur par l'intermédiaire des contacts 17 et 21. On décrira maintenant le fowletionnement du circuit de la figure 1. Pour réaliser le positionnement mécanique de l'instrument de manière à ce que la bulle du niveau soit centrée, on place le commutateur rotatif sur la position "marche", et dans cette position les contacts mobiles sont reliés aux contacts 21 et 61. Dans cette position "marche", le circuit de détection ne fonctionne pas, et le transistor de sortie 52 est amené en état de conduction par le courant de base qui lui est appliqué par l'intermédiaire du circuit 56 du commutateur et de la résistance 50. Dans ces conditions, l'alimentation haute tension 58 fait fonctionner le laser 60 de façon continue. Cette position- "mar- che" est utilisée pour effectuer le centrage mécanique de la bulle du niveau. Une fois que l'instrument a été placé en position horizontale, on commute les circuits 18 et 56 sur la position "mode automatique", ce qui fait fonctionner le circuit de détection. La source lumineuse 16, constituée par une diode électroluminescente dans le mode de réalisation décrit, éclaire l'ampoule 17. Les deux cellules photo-électriques 22 et 24 sont éclairées simultanément par la source lumineuse 16. L'éclairement reçu par ces -cellules photo-électriques dépend de la position de -la bulle 29 dans l'-ampoule 27. Lorsque la bulle occupe la position centrale de 11 ampoule 27, les cellules photo-électriques 22 et 24 sont éclairées de la même manière par la diode électroluminescente 16.Au contraire, lorsque la bulle quitte sa position centrale dans l'ampoule 27, l'une des cellules photo-électriques 22 ou 24 reçoit plus ou moins de lumière que l'autre, en fonction du sens de déplacement de la bulle. Le circuit de détection d'horizontalité peut utiliser des capteurs autres que les cellules photo-électriques, par exemple une paire de thermistances détectant l'écart entre deux températures, ou une paire de jauges de contrainte ou de cellules de mesure de charge. Lorsque la bulle 29 contenue dans l'ampoule 17 commence à se déplacer en direction de la cellule photo-éleetrique 22, la résistance de cette-dernière augmente, ce qui diminue la tension au point 23. Le potentiomètre 30 est réglé de façon à appliquer à la seconde entrée de l'ampl ficateur différentiel 32 (point 25) une tension de référence pouvant eAtre par exemple de l'ordre de 6 volts. Au fur et à mesure de ltaugmentation de résistance de la cellule photo-électrique 22 et de la diminution de la tension au point 23, il apparatt une différence de tension entre les deux entrées de l'amplificateur différentiel 32. Cette différence de tension fait apparattre à la sortie de l'amplificateur un signal négatif qui est appliqué à l'inverseur 34.Ce dernier inverse le signal d'entrée négatif qui lui est appliqué, de façon à donner un signal positif qui est transmis à la première entrée du comparateur 40 par l'intermédiaire de la diode 38. Le signal négatif fourni par l'amplificateur 32 est bloqué par la diode 36. Si la bulle 29 contenue dans l'ampoule 27 se déplace en direction de la cellule photo-électrique 24, la résistance de cette dernière augmente, ce qui provoque une augmentation de la tension au point 23. La tension appliquée à la première entrée de l'amplificateur différentiel 32 devient alors supérieure à la tension de référence appliquee à la seconde entrée de cet amplificateur. De ce fait, l'amplificateur 32 applique un signal positif à l'inverseur 34. Le signal négatif qui apparatt alors à la sortie de l'inverseur 34 est bloqué par la diode 38. (lepen- dant, le signal d'entrée positif appliqué à l'inverseur 34 est transmis par la diode 36 et appliqué ainsi à la première borne d'entrée du comparateur 40. Dans ces conditions, si la bulle 29 contenue dans l'ampoule 27 se déplace vers la cellule photo-électrique 22, un signal positif est appliqué à la première borne d'entréedu comparateur 40 parl1intermédiaire'de la diode 38. Si, au contraire, la bulle 29 se déplace vers la cellule photo-électrique 24, un signal positif est appliqué à la première borne d'entrée du comparateur 40 par l'intermédiaire de la diode 36. Le comparateur 40 compare la tension positive appliquee sur sa première borne d'entrée avec la tension de référence appliquée sur sa seconde borne d'entrée. Dèo que la première borne d'entrée du comparateur 40 a été amenée à une tension suffisamment positive, la sortie de ce comparateur devient positive, ce qui rend la diode 42 conductrice. La conduction de la diode 42 maintient une tension positive sur la première entrée du comparateur 40, en bloquant le comparateur dans l'état "défaut d'horizontalité". Le multivibrateur 44 commence à osciller sous l'effet du signal de sortie du comparateur 40. Les oscillations du multivibrateur 44 provoquent alternativement le blocage et la conduction du transistor 48 avec une fréquence de répétition de l'ordre de 1 Hz. Le transistor 48 provoque alors alternativement le blocage et la conduction du transistor 52, ce qui fait clignoter le laser 60 et indique que l'inclinaison de l'ampoule dépasse la valeur acceptable. Le 'détecteur est désamorcé en mettant le commutateur sur la position "marche" ou "arrêt". On se référera maintenant à la figure 2 qui est un schéma détaillé d'un mode de réalisation pratique du' détecteur optique d'horizontalité. La diode électroluminescente 116 s'allume sous l'effet du courant traversant la résistance 115, lorsque le circuit 118 du commutateur rotatif se trouve soit à la position "marche", soit à la position "mode automatique". 4 la position "marche", le circuit 156 du commutateur fournit un courant de base au transistor de sortie 152 par l'intermédiaire de la résistance 150, et le laser 160 fonction- ne en permanence. Dans la position "mode automatique", et lorsque le niveau à bulle 120 est horizontal de façon à ce que la bulle soit centrée, le laser 160 fonctionne également en permanence, du fait que la tension de sortie du mult-ivibrateur 144 présente un niveau élevé, ce qui provoque la saturation du transistor 148 qui fournit alors un courant de base au transistor 152 par l'intermédiaire de la diode 151 et de la résistance 150. En position "mode automatique" des circuits 118 et 156 du commutateur, l'alimentation 112 fournit une tension de 12 volts. Le potentiomètre 130 est réglé de manière que le pont constitué par les cellules photo-électriques 122 et 124 et par les résistances 126, 130 et 128 présente une tension de sortie nulle lorsque la bulle est centrée. Le gain de l'amplificateur 132 est défini par le potentiomètre 129 qui est réglé de façon que le comparateur 140 change d'état lorsque la bulle s'écarte de plus de 2 divisions par rapport au centre de l'ampoule. L'amplificateur 132 est connecté en amplificateur non inverseur avec charge d'émetteur, de façon à présenter une impédance d'entrée élevée au point 123, commun aux deux cellules photo-électriques. L'inverseur 134 est monté en inverseur de gain unité et l'entrée de référence de cet inverseur est -connectée au curseur du potentiomètre 130, ce qui fait que sa tension de sortie est inverse de celle du comparateur 140, par rapport à la tension de référence. Les diodes 136 et 138 sont connectées de manière à constituer une porte "OU" analogique de façon que les cathodes de ces diodes deviennent positives dès qu'il apparat une tension positive à la sortie de l'amplificateur 132 ou de l'inverseur 134. Le point commun aux diodes 136 et 138 est connecté au sommet du diviseur de tension constitué par les résistances 135 et 137. Les valeurs de ces résistances sont choisies de manière que le comparateur 140 ne bascule pas avant qusune tension positive donnée soit apparue au point comroJin des diodes 136 et 138. Lorsque la bulle est centrée,les tensions de sortie de l'amplificateur différentiel 192 et de l'inverseur 134 sont égales à la tension de référence appliquée à la borne entrée négative du comparateur 140 par l'intermédiaire de la ligne 139. La tension appliquée à la borne d'entrée positive du comparateur 140 est au-dessous de ce niveau, du fait de la chute de tension directe des diodes 136 et 138, et de la chute de tension dans la résistance 135 du diviseur de tension. La tension de sortie du comparateur 140 occupe alors un niveau bas. Dans ces conditions, la diode 141 conduit et empoche le fonctionnement du multivibrateur 144.Le condensateur 143 définit le temps de montée sur l'entrée négative du comparateur 140, ce qui permet l'équilibrage des cellules photo-électriques lorsque l'instrument est connecté en mode automatique. Sans ce retard, une légère différence de temps de passage à l'état de conduction des cellules photo-électriques ferait basculer le comparateur 140 et déclencherait ainsi une fausse alarme. Larsque la diode 141 conduit, centrée négative du multivibrateur 144 est maintenue à un niveau inférieur à son entrée positive, et la sortie de ce multivibrateur présente donc une tension élevée. Le transistor 148 reçoit alors un courant de base par l'intermédiaire de la résistance 149 et le transistor 152 conduit sous lXeffet du courant de base qui lui est appliqué par la diode 151 et la résistance 150. La résistance 153 écoule le courant de fuite du transistor 152 lorsque ce der nier est bloqué par le transistor 148, si bien que la charge ne reçoit pratiquement aucun courant lorsque le circuit place le laser à l'état d'extinction.La diode 151 protège le transistor 148 en cas d'inversion accidentelle de la polarité de l'alimen- tation, lorsque le commutateur est dans la position "mode automatique". Lorsque l'instrument est incliné, la sortie du comparateur 140 bascule à un niveau positif et se bloque à ce niveau du fait de la réaction proauite par la diode 142 et la résistance 145. La diode 141 se trouve ainsi polarisée en sens inverse et le condensateur 147 peut se charger par la résistance 155. Lorsque la tension aux bornes du condensateur 147 s'relève jusqu'à la tension appliquée- à l'entrée positive du multivibrateur 144, la sortie de ce dernier passe à un niveau proche de la masse, ce qui bloque le transistor 148 et le laser. Cette commutation est rapide, du fait de la réaction positive produite par la résistance 157. La sortie du multivibrateur 144 se trouve alors à un niveau approximatif de 1,5 volt au-dessus de la masse, et le condensateur 147 se décharge dans la résistance 1-55.Lorsque la tension présente à l'entrée négative du multivibrateur 144 devient égale à la tension présente à son entrée positive, qui est maintenant~de l'ordrq/de 4 volts, la sortie du .multivibra- teur devient positive, et le cycle recommence. Il apparatt ainsi à l'entrée positive du multivibrateur 144 un signal en créneaux d'une tension crete à crête de ltordre de 3 voZts.*Le signal présent aux bornes du condensateur 147 et à l'entrée négative du multivibrateur 144 a une forme triangulaire légèrement arrondie avec une amplitude crete à crete de l'ordre de 3 volts.Le diviseur de tension constitué par les résistances 149 et 159 empoche la conduction du transistor 148 lorsque la-sortie du multivibrateur 144 se trouve à son niveau bas, de l'ordre de 1,5 volt. Bn- fin, le condensateur 161 et la diode 154 protègent le circuit contre les signaux transitoires pouvant apparattre à la sortie de l'alimentation 112. L'invention est susceptible de recevoir de nombreuses applications, en particulier dans le domaine des levés topographiques. Le laser peut ainsi projeter un faisceau de lumière visible dans une direction donnée, à l'intérieur d'une canalisation par exemple, avec une inclinaison prédéterminée. Le faisceau de lumière visible peut ventre utilisé pour déterminer l'instant où la section de canalisation qui est en train d'erre posée se trouve -dans la position correcte. A cet instant, le faisceau du laser atteint le centre d'une cible mobile placée à l'intérieur de la canalisation. Cette cible est positionnée de façon précise à l'intérieur de la canalisation.Si, au cours de la pose, l'écart entre la bulle et le centre de l'ampoule dépasse une valeur prédéterminée, pour une raison quelconque, le détecteur d'horizontalité se déclenche et fait clignoter le laser. Ceci attire l'attention du poseur sur le fait que l'instrument ne fournit plus une inclinaison correcte et doit etre ramené en position horizontale. On peut également utiliser un servomécanisme pour rétablir l'horizontalité du niveau 20, grace à un signal d'erreur fourni par le détecteur comprenant les cellules photo-électriques 22 et. 24, le pont de résistances, l'amplificateur différentiel 32, l'inverseur 34, le comparateur 40 et le multivibrateur 44. Le graphique de la figure 3 montre la variation de la tension -de sortie du pont en fonction de la position de la bulle dans l'ampoule. Cette tension de~sortie est mesurée entre les deux entrées de l'amplificateur différentiel 32. La position de la bulle dans ampoule est mesurée par le nombre de pas d'écart, ce nombre étant positif lorsque la bulle se trouve d1un ctté de la position centrale de l'ampoule, et négatif lorsque la bulle se trouve de'l'autre coté, La tension de sortie du pont est mesu rée par incréments de + 0,2 V. Lorsque la bulle s'éloigne de la position centrale en se dirigeant vers l'une des extrémités de l'ampoule, la tension de sortie du pont devient négative et est représentée par une courbe en forme de cloche inversée. Lorsque la bulle se dirige vers l'autre extrémité de 1' ampoule, la tension de sortie du pont devient positive, et est représentée par une courbe en forme de cloche. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. s;v2;NDICATIONS 1. Détecteur optique d'horizontalité contrtlant la position de la bulle d'un niveau à bulle et produisant un signal dès que la bulle est décalée par rapport au centre de l'ampoule, caractérisé en ce qutil comprend un niveau à bulle comportant une bulle dans une ampoule contenant un liquide, un dispositif d'éclairage servant à éclairer l'ampoule, un générateur de signaux, et un détecteur de lumière connecté audit générateur de façon à détecter la quantité de lumière transmise ou réfléchie par ltam- poule de chaque cEté de la bulle, et à faire fonctionner le générateur de signaux lorsque la quantité de lumière transmise ou réfléchie par l'ampoule de l'un des cotés de la bulle est différente de la quantité de lumière transmise ou réfléchie par l'ampoule de l'autre ctté de la bulle. 2. Détecteur optique d'horizontalité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de lumière est constitué par plusieurs cellules photo-électriques, et le générateur de signal est constitué par un laser. 3. Détecteur optique d'horizontalité selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en-ce qu'il comporte un servomécanisme rétablissant l'horizontalité du niveau à bulle, de manière que la bulle se trouve au centre de l'ampoule. - 4. Détecteur optique d'horizontalité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage est placé d'un coté du niveau à bulle et le détecteur de lumière est placé du cSté opposé. 5. Détecteur optique d'horizontalité selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'éclairage et le détecteur de lumière sont placés du me- me ctté de l'ampoule, le détecteur de lumière recevant la lumière réfléchie par l'ampoule. 6. Détecteur optique d'horizontalité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une paire de cellules photo-électriques connectées~ en série, constituant le détecteur de lumière, une source de tension de référence, un amplificateur différentiel fournissant un signal de sortie lorsqu'il existe un écart entre la tension de référence et la tension au point commun des deux cellules photoélectriques, et un multivibrateur dont le fonctionnement est déclenché-par le signal de sortie dudit amplificateur différentiel, lorsqutil existe un écart entre la tension de référence et la tension au point commun aux deux cellules photo-électriques, ce multivibrateur étant connecté audit générateur de signaux de façon à le faire fonctionner lorsque la bulle est décalée par rapport au centre de 11 ampoule. 7. Détecteur optique d'horizontalité selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bornes des cellules photoélectriques qui ne sont pas reliées ensemble, sont connectées aux extrémités d'un pont de résistances comprenant plusieurs résistances connectées en série, les cellules photo-électriques contrtlent la position de la bulle dans l'ampoule et font apparattre à leur point commun un signal de tension lorsqu' elles sont éclairées de façon différente, ledit détecteur optique dthorizon- talité comporte en outre un inverseur ayant une entrée et une sortie, un amplificateur différentiel ayant une première entrée recevant ledit signal de tension, une seconde entrée recevant un signal de référence, et une sortie connectée à l'entrée dudit inverseur de manière à lui âppliquer un signal lorsque les signaux appliqués auxdites première et seconde entrées de l'amplificateur différentiel sont différents, un comparateur de tension ayant une première entrée connectée à la sortie dudit inverseur, par l'intermédiaire dlune première diode bloquant tous les signaux négatifs, et connectée également à l'entrée dudit inverseur par l'intermédiaire d'une seconde diode bloquant tous les signaux négatifs, et une seconde entrée connectée audit signal de référence, et une sortie sur laquelle apparatt une tension amplifiée résultant de la comparaison des tensions appliquées auxdites première et seconde entrées de ce comparateur, et un multivibrateur ayant une entrée connectée à la sortie dudit comparateur et une sortie connectée audit générateur de signaux, c multivibrateur entrant en oscillation lorsqu'il reçoit la tension amplifiée apparaissant à la sortie dudit comparateur.