Brevet FR2349841A1 — publié le 19771125

La présente invention a pour objet un procédé de détection de canalisations enterrées et de mesure de leur profondeur et un dispositif en faisant application. De façon plus précise, la présente invention permet de déterminer le tracé précis d'une canalisation enterrée dans le sol, cette canalisation étant réalisée avec un matériau conducteur de ltélectricité Pour réaliser cette détection, il suffit de connaître un point de la canalisation, d'y avoir accès pour y brancher une source de courant alternatif ou d'y créer par induction un courant alternatif. L'invention permet, surtout, après la détection du tracé de la canalisation, de mesurer pour tous les points de ce tracé où on le souhaite, la profondeur de la canalisation endessous de la surface du sol.L'invention est utilisable dès que la canalisation est réalisée en un matériau qui conduit l'électricité, I1 peut donc stagir d'une conduite électrique ou d'une canalisation métallique telle-que canalisation d'eau, canalisation de gaz, etc. Ce problème se présente à chaque fois que l'on veut faire des travaux de terrassement dans le sol et que l'on ne dispose pas d'un relevé précis, pour une raison ou pour une autre, de l'implan- tation des canalisations dans cette partie du sol. Comme on le voit, ce procédé est très intéressant puisqu'il permet, sans effectuer des travaux de terrassement, de localiser parfaitement les canalisations aussi bien dans un plan qu'en profondeur. D'une façon générale, on sait qu'il existe des procédés de détection du tracé des conduites qui utilisent le principe bien connu suivant. On fait passer un courant alternatif dans la canalisation que lton veut détecter, ce courant ayant une fréquence bien déterminée. On détecte ensuite, à l'aide d'un appareil que l'on déplace sur le sol, le champ magnétique créé par le courant circulant dans la canalisation. On sait qu'on se trouve à la verticale de la canalisation lorsque le-champ magnétique mesuré est maximal. Pour créer le champ magnétique, onFeut utiliser deux systèmes selon la façon dont se présente la canalisation. Sur la figure 1, on a représenté un premier système qui consiste à brancher entre deux points accessibles de la canalisation 2 (extrémités 4 et 6) un circuit d'alimentation électrique 8 comportant essentiellement un générateur de courant alternatif 10 de fréquence F. On comprend que, dans ces conditions, on obtient un champ magnétique alternatif dont les vecteurs sont disposés normalement à l'axe de la canalisation 2, et le champ magnétique est sensiblement le même sur toute la longueur de la canalisation comprise entre les extrémités 4 et 6. Sur la figure 2, on a représenté une autre façon de créer ce champ magnétique. Dans ce cas, la canalisation 2 comporte une seule extrémité accessible 4. On branche alors le circuit électrique 8 entre l'extrémité 4 de la canalisation et une prise de terre 12. Bien entendu, le circuit d'alimentation électrique 10 comporte également un générateur de courant alternatif à la fréquence F. On comprend que le circuit électrique se referme par la masse. On obtient encore un champ magnétique de révolution autour de l'axe de la canalisation 2, le vecteur champ étant disposé dans des plans perpendiculaires à l'axe de la canalisation, mais dans ce cas,-le champ magnétique décroît au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la prise de terre 12. On connaît déjà des appareils qui permettent non seulement de détecter le tracé d'une canalisation enterrée, mais également de déterminer, pour chaque point de la canalisation, la profondeur de celle-ci par rapport à la surface du sol. De tels appareils fonctionnent selon le principe suivant : on repère très exactement la verticale de la canalisation. Dans cette position, si l'on place une bobine de détection dans une position verticale, on obtient une force électromotrice induite nulle dans le détecteur. Si on incline la bobine de détection à 450 on aura, à ce moment, une force électromotrice induite, car les projections des lignes de champ sur l'axe de la bobine ne sont plus nulles. En se déplaçant latéralement par rapport à la direction détectée de la conduite, il y a soit augmentation de la force électromotrice soit une diminution de celle-ci.Si on se déplace du côté où la force électromotrice décroît jusqutà ce que la tension induite s'annule, on sait que le champ est à nouveau perpendiculaire à l'axe de la bobine. Dans cette position, on sait que l'angle vaut 450 et que le prolongement de liaxe de la bobine passe par l'axe de la canalisation. On en déduit immédiatement que la distance entre la verticale de la canalisation, primitivement détectée, et la position de la bobine inclinée à 45a est égale à la profondeur à laquelle la canalisation est enterrée. En effet, dans cette disposition, on a un triangle isocèle rectangle et les deux côtés de ce triangle sont donc égaux. Cette méthode présente au moins deux inconvénients majeurs : d'une part, il n'est pas toujours possible de se déplacer latéralement, il peut y avoir un obstacle tel qu'un mur, une route ou encore un caniveau ; et surtout cette mesure n'est exacte que lorsque le milieu est homogène, c'est-à-dire lorsque plus précisément, la nature de la portion du sol traversée par le prolongement de la bobine de détection dans la position à la verticale de la conduite et dans la direction à 45Û est rigoureusement homogène, ce qui est très rare, en particulier en agglomération. De plus, cette mesure demande de nombreuses manipulations, comme cela ressort de l'exposé précédent du procédé. La présente invention a précisément pour objet un procédé de détection et de mesure de profondeur de conduites enterrées et un dispositif en faisant application qui pallient les inconvénients cités ci-dessus. Le procédé de détection d'une conduite enterrée et de mesure de sa pIofondeur, procédé dans lequel on crée autour de ladite conduite un champ magnétique à fréquence donnée, et dans lequel on détecte la position de la conduite en mesurant à la surface du sol ledit champ magnétique en déterminant les points où le champ mesuré est maximum, se caractérise en ce qu'on mesure la profondeur de la canalisation en mesurant le champ magnétique en deux points 1 et 2, situés sur une même verticale et séparés par une distance fixe, en un endroit où l'on est situé à la verticale de ladite conduite, en ce qu'on détermine la différence D entre les valeurs des champs H1 et H2 mesurés, en ce qu'on effectue le quotient de la valeur du champ Hi en un premier de ces deux points, par ladite différence D, ce qui donne la profondeur de ladite conduite par rapport à la position de l'autre de ces deux points. La présente invention concerne également un dispositif de détection d'une conduite enterrée et de mesure de la profondeur de ladite conduite, comportant des moyens pour faire circuler dans ladite conduite un courant électrique de fréquence F, ce qui crée autour de ladite conduite un champ magnétique ayant la même fréquence et des moyens mobiles pour détecter ledit champ magnétique, susceptibles d'être déplacés à la surface du sol, caractérisé en ce que lesdits moyens mobiles comportent un premier et un deuxième capteurs de champ magnétique aptes à convertir en une grandeur électrique proportion eLle à l'l tersité du champ magnétique, les deux capteurs étant dispose 'n par rapport à l'autre à une distance fixe, lesdits capteur téta: t f fixés sur lesdits moyens mobiles de telle façon qu'ils soient disposés sur une même verticale lorsque lesdits moyens mobiles sont en position de fonctionnement, le premier capteur délivrant un signal H1 et le deuxième capteur un signal H2, lesdits moyens mobiles comportant également des moyens pour élaborer la différence entre les signaux H1 et H2, ce qui donne un signal D, des moyens pour multiplier l'un des signaux H1 et H2 par une constante, ce qui donne un signal E, et des moyens pour diviser le signal E par le signal D, le signal ainsi obtenu représentant la profondeur de la canalisation. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, d'ur mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur les figures 1 et 2 déjà décrites, deux modes de création du champ magnétique autour de la conduite enterrée - sur la figure 3, une vue en coupe verticale montrant schématiquement les différentes parties du dispositif objet de l'invention - sur la figure 4, une vue en coupe verticale selon un plan perpendiculaire à l'axe de la canalisation enterrée et qui montre le principe de l'invention - sur la figure 5, un schéma sous forme de bloc diagramme de l'ensemble de l'appareil de détecion faisant partie du dispositif de mesure objet de l'invention - sur la figure 6, un mode de réalisation du circuit diviseur - sur la figure 7, un mode de réalisation du circuit de détection associé à l'un quelconque des capteurs utilisés dans l'invention - sur la figure 8, un mode de réalisation d'un oscillateur pour faire circuler le courant à fréquence donnée dans la canalisation. Sur la figure 3, on a représenté l'ensemble de l'installation pour mieux an faire comprendre les différentes parties. Le dispositif comprend d'une part un appareil fixe 30 pour créer le champ magnétique le long de la canalisation 2. Comme on l'a déjà représenté sur la figure 2, cet appareil comporte essentiellement un oscillateur 32 à fréquence fixe F branché entre la canalisation 2 et une prise de terre 34. Le dispositif de mesure comporte d'autre part un appareil mobile de détection 40 qui peut être déplacé sur la surface du sol 20 par un opérateur. Cet appareil de détection sert, comme on va ltexpliquer ultérieurement à mesurer l'intensité du champ magnétique. La figure 4 représente une vue en coupe verticale selon le plan IV-IV de la figure 3. On retrouve la canalisation enterrée 2, la surface du sol figurée par la ligne 20 et l'ensemble de l'appareil de détection 40. En fait, l'appareil de détection 40 comprend une partie de détection 42 comportant deux capteurs de champ magnétique 44 et 46, l'axe de la partie de détection 42 étant sensiblement vertical. Par exemple, à 1 m de hauteur une inclinaison de 100 par rapport à la verticale ne donne qu'une erreur de 4 cm ; un niveau à bulle est suffisant pour constater l'orientation. L'appareil de détection 40 comprend également un corps 48 qui comporte des circuits de traitement de l'information qui seront décrits ultérieurement et qui permet par ailleurs de déplacer l'appareil sur le sol tout en maintenant la partie de détection 42 verticale. En outre, les capteurs de champ magnétique 44 et 46 ont des axes horizontaux, parallèles au plan de la figure 4. On comprend donc que lorsque l'appareil de détection est dans la position représentée sur la figure 4, l'axe des détecteurs 44 et 46 est confondu avec la direction des vecteurs champ magnétique. On sait que, lorsque le conducteur électrique est long et rectiligne et qu'il est parcouru par un courant électrique I, le champ magnétique H en un point situé à une distance d de 11 axe de la canalisation a pour expression H 2 gd expression dans laquelle H est exprimé en Tesla, I en ampères et d en mètres. Si l'on effectue une mesure à deux niveaux différents au-dessus du sol 20, à l'aide des capteurs 44 et 46, on mesure deux champs magnétiques H1 et H2 correspondant respectivement aux distances d1 pour le capteur 46 et d1 + Sd1 pour le capteur 44 qui est situé au niveau supérieur.Les deux champs ont alors pour valeur H1 = I , et 2 # d1 I H2 = 2 # (d1 + #d1) I ssd1 d'où H1 - H2 = = D 2 # d1 (d1 + #d1) H2 - d1 et D #d1 8d1 H H2 d'où d1 = H1 - H2 On voit donc que la valeur de d1 dépend du champ H2, de la différence D entre les champs H1 et H2 et de la valeur de Sd1. La quantité 8d1 est la distance entre les cotes des deux capteurs 44 et 46. Il s'agit donc là d'une constante de l'appareil. On peut donc écrire : K # H2 E d1 = = H1 - H2 D De la même façon, on aurait K . H1 d2 = H1 - H2 On voit donc que pour mesurer effectivement la profondeur à laquelle se trouve la canalisation pour la position de l'appareil de détection considéré, il suffit d'élaborer des grandeurs représentatives des ch-amps H1 et H2 et d'effectuer les opérations définies par la relation précédente. On a représenté sur la figure 5 sous forme de bloc diagramme un mode de réalisatIon de lt~o?areil de détection40. On retrouve les deux capteurs 44 et 46 constitués par les bobines 45 et 47 explicités ultérieurement. Comme on le voit sur la figure 5, les signaux électriques délivrés par les capteurs 44 et 46 sont tout d'abord amplifiés par les amplificateurs 50 et 52 puis introduits dans des circuits de détection 54 et 56 dont le rôle sera explicité ultérieurement. ss la sortie des circuits 54 et 56 on obtient des signaux électriques qui sont effectivement représentatifs de l'amplitude des champs magnétiques H1 et H2 au niveau des capteurs 44 et 46. La sortie du détecteur 56 peut être reliée à un cadran d'affichage 58 par l'intermédiaire ou commutateur 60 à deux positions. De plus, les sorties des détecteurs 54 et 56 sont introduites dans un circuit soustracteur 62 qui sera décrit ultérieurement.En outre, la sortie du détecteur 54 est reliée à l'entrée d'un circuit multiplicateur 64. Enfin, les sorties du circuit soustracteur 62 et du circuit multiplicateur 64 sont introduites aux deux entrées d'un circuit diviseur 66 qui sera décrit en détail ultérieurement. Il suffit de savoir que le circuit 62 est introduit à I1 entrée "diviseur11 du circuit 66 alors que la sortie du circuit 64 est introduite à l'entrée "dividende" du circuit 66. La sortie du circuit 66 peut être reliée à l'appareil d'affichage 58 par le commutateur 60, lorsque celui-ci est dans la position I-I représentée sur la figure 5. Le fonctionnement de l'appareil apparaît très clairement. Lors de la phase de détection de la canalisation, l'interrupteur 60 est mis sur la position I et seul le capteur 46 est utilisé. On déplace l'ensemble de détection 40 jusqu'à ce que l'indication donnée par l'appareil d'affichage 48 soit maximale. On sait alors que l'on se trouve à la verticale de la canalisation.Pour effectuer la mesure de la profondeur da de la canalisation on bascule le commutateur 60 sur la position II. On voit que grâce au circuit soustracteur 62, on obtient à sa sortie un signal électrique D représentatif de la différence H1 - H2 et qu'à la sortie du circuit multiplicateur 64 on obtient un signal électrique représentatif de la quantité E.A la sortie du circuit diviseur 66 on Pbtient donc une grandeur électrique représentative du rapport K H2 qui est représentatif de la distance d1 à laquelle se H1 - H2 trouve la canalisation. La distance d , plus précisément, représente la distance entre l'axe de la canalisation et la cote du détecteur 46. Sur la figure 6, on a représenté un mode de réalisation préféré du diviseur 66. En fait, ce diviseur permet en même temps de multiplier le quotient par une constante. Ce circuit comporte une entrée A sur laquelle on applique une première tension V1 représentant le dividende, une deuxième entrée B sur laquelle on applique une tension V2 reprsentant le diviseur et une troisième entrée de multiplication C sur laquelle on applique une tension V3 représentant la quantité par laquelle on veut multiplier le quotient. Le circuit comporte une sortie 5 sur laquelle on obtient la tension VO qui, comme on va le montrer est égale au rapport V1 multiplié par la tension V3. V2 Le circuit comporte des amplificateurs d'entrée respectivement référencés 100, 102 et 104 associés aux entrées A, B, C. Chaque amplificateur est associé à une résistance de valeur R, ces résistances étant référencées respectivement 106, 10E et 110. Le circuit comprend également deux transistors appariés Q1 et Q'i et deux autres transistors également appariés entre eux 2 et Q'2 Le collecteur et la base du transistor 9 sont reliés à la sortie de la résistance 106 alors que l'émetteur du transistor Q1 est relié à l'émetteur du transistor Q'1. Le collecteur du transistor est est relié à la sortie de la résistance ,03 associée à l'entrée B du circuit, la base du transistor Q'1 étant reliée à la base du transistor Q2. 2 En outre, le collecteur du transistor r est relié 2 à la sortie de la résistance 110 associée à l'entrée C et l'émetteur de ce transistor est relié à l'émetteur du transistor Q'2- La base de ce quatrième transistor est mise à la masse, alors que son collecteur est relié au circuit de sortie S. Celui-ci comprend l'amplificateur 112 associé à la résistance 11t. La sortie de l'amplificateur 112 constitue également la sortie 5 du circuit. A la sortie S de ce circuit, on obtient un signal électrique V0 égal à V1 x V3 . On obtient bien ainsi une division V2 du signal appliqué à l'entrée h par 1E signal appliqué à l'entrée B, le quotient étant multiplié par le signal appliqué à l'entrée C. En outre, il est particulièrement important de remarquér que la tension VO de sortie est indépendante des fluctuations thermiques des courants des transistors. Cela est obtenu du fait que d'une part les transistors Q1 et { sont appariés et que, d'autre part, les transistors Q2 et Q'2 sont appariés. Il faut également s' ar- ranger pour que les transistors Q1 et 2w1 d'une part et Q2 et d'autre part soient maintenus à la même température, ce qui est aise à réaliser. En résumé, le circuit représenté sur la figure 5 constitue à la fois le circuit diviseur 66 et le circuit multiplicateur 64. En ce qui concerne les capteurs 44 et 46, ils comportent des circuits de détection 54 et 56 dont on va décrire ciaprès un mode de réalisation représenté sur la figure 7. Ce circuit comprend une borne d'entrée 200 reliée d'une part à un circuit déphaseur 202 et d'autre part à un circuit de mise en forme 204. Le circuit 202 modifie seulement la phase du signal sinusoldal appliqué à son entrée, mais pas sa forme. Le circuit 20s transforme ce même signal sinusoïdal en un signal carré à amplitude constante. La sortie 206 du circuit déphaseur 202 est reliée à l'entrée d'un circuit intégrateur 206 par l'intermédiaire de l'interrupteur 210, cet interrupteur étant commandé par le signal délivré par le circuit de mise en forme 204. Plus précisément, l'interrupteur 210 est commandé par les alternances positives de ce signal (ou respectivement négatives). On voit donc qu'à l'entrée de l'intégrateur 208 on a un signal identique au signal délivré par l'amplificateur associé à la bobine dans lequel on a supprimÉ les alternances négatives. A la sortie de ltintégrateur 208 on a donc un signal continu représentatif à chaque instant de l'amplitude du signal délivré par la bobine, c'est-à-dire représentatif du champ H1 ou Hz. Le circuit de déphasage 2n2 comprend essentiellement une résistance variahle 21 2 et une capacité 214 montées en parallèle entre l'émetteur et le collecteur du transistor bipolaire 216 et la base du transistor bipolaire 218. En ce qui concerne l'interrupteur 21C, il est constitué essentiellement par un transistor MO 22C dont la grille est attaquée par le signal délivré par le circuit 204, associt a la diode 222. La sortie du déphaseur 202 est reliée à la source du transistor 220 et à entrée de l'intégrateur 208. Celui-ci est constitué de façon connue par un amplificateur opérationnel 224 associé à une résistance et une capacité. La figure 8 représente un mode particulier de réalisa- tion de 11 appareil 30 de la figure 3. Il permet de délivrer un courant électrique de fréquence F donnée. Il stagit d'un oscil- lateur piloté par quartz qui délivre une fréquence stable de préférence égale à 110 kHz. Il est suivi d'un amplificateur de puissance pour qu'on dispose à sa sortie de courants suffisants quel que soit 1 état du sol. Il est de type connu. Las capteurs sont des bobinages de fil de cuivre de 40/100 enroulé sur un support comportant, en son intérieur, ini noyau ferromagnétique. REV'i;lC T 9. Procéda de détection d'uns conduite enterrée et de mesure de sa profondeur, procédé dans lequel on crée autour de ladite conduite Ln champ magnétique à fréquence donnée, et dans lequel on détecte la pósilior de la conduite en mesurant au-dessus du sol ledit champ magnétique et en déterminant les points où le champ mesuré est maximum, caractérisé En ce qu'on mesure la profondeur de la canalisation an mesurant le champ magnétique en deux points situés sensiblement sur une même verticale et séparés par une distance fixe, en un endroit ou l'on est situé à la verticale de ladite conduite, en ce qu'on détermine la différence D entre les valeurs des champs H1 et H2 mesurés, en ce qu'on effectue le quotient de la valeur du champ H1 en l'un des points de mesure par ladite différence D, ce qui donne la profondeur de ladite conduite par rapport à la position de l'autre des points de mesura. 2. Dispositif de détection d'une conduite enterrée et de mesure de la profondeur de ladite conduite, comportant des moyens pour faire circuler dans ladite conduite un courant électrique de fréquence F, ce qui crée autour de ladite conduite un champ magnétique ayant la même fréquence, et des moyens mobiles pour détecter ledit champ magnétique, suscepticles d'être déplacés à la surface du sol, caractérisé an ce que lesdits moyens mobiles comportent un premier et un deuxième capteurs de champ magnétique aptes à convertir en une grandeur électrique proportionnelle à l'intensité du champ magnétique, les deux capteurs étant disposés ltun par rapport à l'autre à une distance fixe, lesdits capteurs étant fixés sur lesdits moyens de telie façon qu'ils soient disposés sur une même verticale lorsque lesdits moyens mobiles sont en position de fonctionnement, le capteur le plus bas délivrant un signal H1 et le capteur le plus haut ufl signal H2, lesdits moyens mobiles comportant également des moyens pour élaborer la différence entre les signaux H1 et h2, ce qui donne un signal D, des moyens pour multiplier l'un des signaux H1 et H2, par une constante, ce qui donne un signal E, et des moyens pour diviser le signal E par le signal D, le signai ainsi obtenu représentant la profondeur de la canalisation. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque capteur est constitué par une bobine entourant un noyau ferromagnétique dont l'axe est horizontal, la tobine étant accordée sur la fréquence F, et un détecteur apte à convertir le courant alternatif délivré par la bobine en un courant continu dont l'amplitude est à chaque instant proportionnelle à l'amplitude de crête dudit signal alternatif. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit détecteur comprend une borne d'entrée reliée à la sortie de ladite bobine, ladite borne d'entrée étant reliée d'une part à un circuit déphaseur conservant la forme du signal d'entrée, et d'autre part un circuit de mise en forme délivrant des signaux carrés à amplitude constante, la sortie du circuit déphaseur attaquant un circuit intégrateur par l'intermédiaire d'un interrupteur ouvert par les alternances positives du signal délivré par le circuit de mise en forme.