Brevet FR2484635A1 — publié le 19811218

L'invention, concernant un dispositif de mesure d'inclinaison, est plus spécifiquement relative à un incllnomètre à niveau potentiométrique éleotrolyti- que et à des dispositifs incluant de tels inclinomètres. Sans titre limitatif, le domaine d?applica- tion qu'on envisage ici de préférence est celui de la détection sous-marine d'explosions sismiques on d'objets divers situés dans l'environnement dtun bateau ou d'un submersible. Pour détecter sous la mer, avec autant de précision que possible, des bruits sismiques ou des objets divers, on utilise souvent des appareils sonar ou analogues dont les capteurs (hydrophones ou autres) sont répartis le long d'une ligne sous forme de "flûte" (flfte sismique par exemple) ou montés dans un "poissons" remorqués à une distance suffisante derrière le bateau afin d'échapper aux turbulences provoquées par la pro pulsion de celui-ci. Les signaux électriques émis par les capteurs sont transmis au poste de télédétection du ba texan par des conducteurs électriques liés au cible de trac- thon. Toutefois --et c'est là l'utilité particulière de l'invention-- pour évaluer l'emplacement exact des sour ces de signaux détectées, on doit tenir compte, an poste de détection, non seulement de la distance du détecteur au bateau, mais aussi de son orientation0 Ceci implique quXon connatt déjà, pour d'autres usages, des inclinomètres électriques. On connaît déjà un inclinomètre à niveau poten- tiométrique électrolytique, du genre à capsule comportant une électrode conductrice centrale et deux électrodes conductrices d'extrémité, respectivement situées de part et d'autre de cette électrode centrale, ces électrodes baignant de manière variable suivant 17inclinaison de l'inclinomètre dans un liquide électrolytique, ladite capsule étant incorporée dans un pont de Wheatstone dont les deux sommets alimentés par une source de tension sont aux électrodes d'extrémité et dont deux bras sont cons titués par les régions correspondantes de liquide électrolytique entre l'électrode centrale et les extrémités, les deux autres bras du pont étant formés par des résistances, une tension électrique de sortie correspondant à l'inclinaison étant fournie entre le point commun desdites résistances et ladite électrode centrale. L'inclinomètre particulier visé, du genre cidessus considéré, a été représenté sur la figure 1 du dessin. Il comporte une capsule 1, généralement de forme allongée et symétrique par rapport à son axe longitudinal X-Xt, contenant un électrolyte 2 la remplissant sensiblement à moitié. Trois électrodes, en forme de tiges ou bStonnets, sont montées dans la capsule, l'une cer,- trale 3 et les deux autres 4 et 5, de part et d'autre, situées au voisinage des extrémités de la capsule. Ces électrodes traversent par des scellements l'enveloppecapsule à sa partie inférieure et sont électriquement reliées, la première, à une borne 6 et les deux autres, aux sommets 7 et 8 d'un pont de wheatstone, alimenté par une tension V.Les quantités dtélectrolyte se trou vant entre les électrodes 3 et 4 et entre les électrodes 3 et 5 forment deux des bras du pont de Wheatstone ; deux résistances 9 et 10 en forment les deux autres bras. Le point de Jonction des résistances 9 et 10 est relié à une autre borne Il et entre les bornes 6 et 11 on recueille une tension de sortie sV qui correspond à l'inclinaison o( de luxe XXt de la capsule sur l'horizontale HH. Mais, du fait de la forme des électrodes, cet inclinomètre est sensible aux rotations de la capsule autour de son axe X-X', de sorte que la tension sV de déséquilibre du pont, pour un mtme angle ct-, ne demeure pas constante. On ne pourrait pas, par exemple, utiliser un tel inclinomètre pour mesurer le tangage d'une flûte en le montant de manière que son axe X-XI soit parallèle à celui de la flatte : la rotation de celle-ci sur ellemême, ou ses mouvements de roulis, inévitables dans la pratique, fausseraient les mesures. Une importante amélioration de cet état de choses est réalisée, conformément à l'inventions en éta- blissant un inclinomètre du genre ci-dessus de façon que sa capsule et ses trois électrodes aient une forme de révolution, au moins en partie, autour de laxe longitudinal de la capsule, l'électrode centrale étant perméable à l'électrolyte. 1Par exemple l'électrode centrale a la forme d'un anneau et les électrodes d'extrémité sont des disques pleins. En employant des inclinomètres perfectionnés selon l'invention, il est possible de réaliser des dispositifs capteurs satisfaisants du tangage et du roulis d'une flatte remorquée et, en combinaison avec un capteur du mouvement de lacet de celle-ci, de construire un dispositif précis de restitution d'attitude de l1en semble de la flatte, en trois dimensions, et, par suite, de localiser avec exactitude les sources de bruits sis- miques ou objets détectés. L'invention sera mieux expliquée par la lec ture de la description ci-après, donnée à titre non limitatif, avec référence an dessin sur lequel, en plus de la figure I montrant un inclinomètre de lssart andsérieur - la figure 2 montre un inclinomètre selon ltinvention - la figure 3, schématiquement, un dispositif capteur de tangage et - la figure 4, schématiquement, un dispositif capteur de roulis. Sur la figure 2, les éléments homologues à ceux de la figure 1 ont été désignés par les mimes repères. On voit que le dispositif diffère de celui de la figure 1 par la forme de la capsule et des électrodes. La capsule 1 est constituée par un tube de révolution autour de l'axe longitudinal X-XX de la capsule. L'électrode centrale 3 a la forme d'un anneau scellé dans le tube et les électrodes dtextrémité 4 et 5 ont la forme de disques. L'électrode centrale pourrait aussi avoir la forme d'un grillage fin ou d'une plaquette pourvue de perforations multiples. Une telle disposition convient bien à la restitution d'attitude d'un câble ou d'une flatte qui peuvent tourner sur eux-mtmes tout en gardant la méme direction, car on voit bien qu'en dépit de cette rotation la tension de sortie ne variera pas, grace à la forme de révolution de ltensemble capsule-électrodes. Si les angles de rotation autour de X-Xt (et donc transversalement à la direction de mesure) ne sont pas très grands, il n'est pas indispensable que la totalité de la surface des électrodes soit de révolution, car une partie seulement est utilisée : ce peut titre le cas pour mesurer le tangage en présence de roulis (ou l'inverse) sur un bateau ou sur une plateforme de forage par exemple. Bien entendu, il est plus simple et d'usage plus général que la totalité de cette surface soit de révolution. Suivant la gamme d'angles souhaitée, on peut disposer de plusieurs modèles d'inclinomètres dont le rapport entre la distance des électrodes d'extrémité 4 et 5 et leur diamètre est différent. Même on peut régler la loi de variation de la tension SV en fonction de l'inclinaison en calculant ou choisissant convenablement le profil des électrodes 4 et 5 ; par exemple elles seront conformées en calottes sphériques. De tels inclinomètres sont naturellement sensibles aux accélérations horizontales, mais lteffet de celles-ci demeure très faible dans les domaines d'application envisagés ici (bateaux, submersibles, plateformes, etc...). Un tel inclinomètre peut être utilisé par exemple pour constituer un capteur du tangage de la flatte remorquée. Dans ce cas on montera un inclinomètre tel que celui de la figure 2 dans ou sur la flflte, pa rallèlement à l'axe de cette dernière. Il est évident que la tension iV ne change pas si, dans ces conditions, l'inclinomètre tourne autour de l'axe, quelle que soit par ailleurs son inclinaison. est proportionnel à cette inclinaison et se trouve en phase ou opposition de phase aveo la tension alternative V d'alimentation. Grâce à un détecteur synchrone 12 (figure 3) qui reçoit d'une part la tension dv et vautre part la tension V, on recueille en S, à la sortie du détecteur 12, une tension continue ou lentement variable, proportionnelle à l'in- clinaison et à ses variations et dont la polarité dépend du sens de l'inclinaison. On peut aussi utiliser des combinaisons de ces inclinomètres pour former des dispositifs plus complexes. Par exemple on construira un dispositif cap- teur du roulis de la flflte remorquée comme représenté schématiquement sur la figure 4. NI, N2, N3, N4 Cette figure montre quatre inclinomètres/dont les axes, tous situés dans une section droite de la fi- te, sont décalés de 450 en passant d'un inclinomètre au suivant.Il est aisé de voir que pour un roulis de quel ques degrés autour de l'axe 0, l'inclinomètre N1, monté dans un pont comme l'inclinomètre de tangage ci-dessus, délivre un signal variable de part et d'autre du zéroO Les inclinomètres N2 et Ni fournissent des signaux variables au voisinage de la saturation, mais de phase opposée, et l'inclinomètre N3 demeure à saturation, son électrode supérieure n'étant méme pas mouillée. Les ensembles de pont P1, P2, P3, P4 correspondent à l'ensemble de pont P de la figure 3. Si la flatte tourne sur elle-mtme, dans le sens de la flèche F par exemple, le signal de N1 va crotte et celui de N2 décrotte : il deviendra inférieur à celui de N1 à partir d'un angle de rotation de 22 5, alors que les inclinomètres N3 et N4 seront tous deux saturés. Un comparateur C sélectionne le signal le plus faible des quatre qui correspond à l'inclinomètre le plus voisin de l'horizontale. Pour éviter le passage trop fréquent d'un signal à ltautre s-i le roulis se produit autour d'une position symétrique de deux inclinomètres (ex. N1 et N2 à 2205), une hystérésis d'environ 50 est prévue au comparateur, c'est-à-dire que ltinciinaisson de l'inclinomètre NI en service au départ doit atteindre 250 pour que son voisin N2, incliné seulement de 200, se substitue à lui ; en cas d'inversion du sens de rotation, le système devra tourner d'au moins 50 dans l'autre sens pour que N1 se substitue à nouveau à N2. Le signal sélectionné fait l'objet d'une dé tection synchrone par un détecteur 12, exactement comme celui de l'inclinomètre de tangage. La combinaison des deux dispositifs des figures 3 et 4 avec un détecteur de mouvement de lacet, constitué par une boussole suspendue et à lecture électrique, disposée sur la fluate, permet d'arriver à restituer les mouvements éventuels en roulis, en tangage et en lacet d'une flatte de 100 à 250 m environ, tractée par un sous-marin ou un navire, avec de bonnes sensibilités des mesures. On pourra prévoir, pour fixer les idées, 10 capteurs de tangage et 10 capteurs de roulis répartis le long de la flatte, et trois ou quatre capteurs de lacet. Bien entendu, le poste de détection du bateau sera avantageusement équipé de dispositifs calculateurs modernes-fournissant immédiatement les résultats recherchés. L'inclinomètre selon l'invention est évidemment susceptible entre utilisé pour d'autres applications que celles qui ont été spécifiées ci-dessus. REVENDICATIONS le Inclinomètre à niveau potentiométrique électrolytique, du genre à capsule comportant une électrode conductrice centrale et deux électrodes conductrices d'extrémité, respectivement situées de part et d'autre de cette électrode centrale, ces électrodes baignant de manière variable suivant l'inclinaison de ltinclino- mètre dans un liquide électrolytique, ladite capsule étant incorporée dans un pont de Wheatstone dont les deux sommets alimentés par une source de tension sont aux électrodes d'extrémité et dont deux bras sont constitués par les régions correspondantes de liquide électrolytique entre l'électrode centrale et les extrémités, les deux autres bras du pont étant formés par des résistances, une tension électrique de sortie correspondant à ltinclim naison étant fournie entre le point commun desdites résis- tances et ladite électrode centrale, ledit inclinomètre étant caractérisé en ce que ladite capsule (1) et ses trois électrodes (3, 4, 5) ont une form e de révolu- tion, au moins en partie, autour d'un axe longitudinal (x-x'), électrode centrale (3) étant perméable à l'électrolyte. 2. Inclinomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes d'extrémité (4, 5) sont des disques pleins ou ont la forme de calottes profilées, par exemple sphériques. 30 Inclinomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode centrale (3) a la forme d'un anneau. 4. Inclinomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode centrale est faite d'un grillage fin ou d'une plaquette à perforations multiples. 5. Inclinomètre selon ltune des revèndications précédentes, alimenté par une source de tension alternative, caractérisé en ce que la tension électrique de sortie qu?il fournit est transmise à un détecteur synchrone (12) recevant également ladite tension alternative (V) pour fournir le signal de mesure d'inclinaison (en S). 6. Dispositif capteur de tangage d'une fluate remorquée par un bateau, caractérisé en ce qu'il incorpore un inclinomètre établi selon l'une des revendications 1 à 4, cet inclinomètre étant monté dans ou sur la flatte de façon que son axe longitudinal soit parallèle à celui de la flatte et en ce que sa tension de sortie est appliquée à un détecteur synchrone recevant également ladite tension alternative pour fournir le signal de mesure du tangage de la flûte. 7. Dispositif capteur du roulis d'une flatte remorquée par un bateau, caractérisé en ce qui comprend quatre inclinomètres (N1, N2, N3, N4) selon l'une des revendications 1 à 4, dont les axes, tous situés dans une section droite de la flûte, sont décalés de 450 entre chaque inclinomètre et le suivant, un comparateur (C) monté de façon à sélectionner constamment la tension de sortie la plus petite parmi celles des quatre inclinomètres, avec une hystérésis voisine de 50 pour opérer une substitution de façon à produire la sélection, la tension de sortie sélectionnée étant transmise à un détecteur synchrone (12) recevant également ladite tension alternative, pour fournir le signal de mesure du roulis de la flatte.