Brevet FR2492968A1 — publié le 19820430

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE L'OVALISATION D'UNE CONDUITE L'invention concerne la mesure de l'ovalisation d'une conduite, en matériau ferromagnétique, de section circulaire, notamment d'une conduite en acier revêtue de béton et plus particulièrement revêtue d'un matériau anti-corrosion et de béton à armatures épaisses. On a déjà proposé de mesurer l'ovalisation d'une conduite nue ou débétonnée en déplaçant autour de la conduite un palpeur sollicité au contact de la conduite et relié par un transmetteur de déplacement à un générateur de signal électrique de manière telle que le signal émis par ce générateur soit proportionnel aux déplacements radiaux du palpeur. Ce procédé ne peut pas s'appliquer à une conduite bétonnée. Un objectif de l'invention est un procédé de mesure d'ovalisation d'application générale aux conduites, que celles-ci soient nues ou revêtues d'un matériau anticorrosion et/ou bétonnées. Un objectif de l'invention est aussi que ce procédé s'applique à toutes les conduites bétonnées sans armature métallique ou à armature formée de mailles à fil mince, et aussi à armature formée de mailles à fil épais, c'est-a-dire de diamètre supérieur ou égal à 5 mm. Selon un objet de l'invention, on déplace sur un chemin circulaire de référence entourant la conduite au moins un capteur électromagnétique émettant un signal qui est influencé par la distance radiale entre ce capteur et la conduite, et on effectue, pour une pluralité d'emplacements de mesure dudit capteur, une comparaison entre le signal émis par celuici et un ensemble de valeurs de signaux fournies par des mesures d'étalonnage préalables afin d'en déduire des indications relatives à la distance entre ces emplacements et ladite conduite, et, par suite, à la configuration de la conduite. Les mesures préalables sont effectuées avec le même capteur ou un capteur analogue sur une conduite analogue à celle qui sera l'objet de la mesure, mais avec diverses distances capteur-conduite et, si la conduite est recouverte d'un revêtement en béton armé, avec diverses distances armature-conduite. Selon un objet important de l'invention, on utilise un capteur électromagnétique alimenté par une tension alternative et on effectue ladite comparaison à la fois en amplitude et en phase. On a, en effet, constaté que le déphasage du signal émis par un tel capteur électromagnétique par raDport à la tension d'alimentation du -2492968 capteur n'est pas le même suivant que le capteur électromagnétique est à proximité d'une surface continue ou à proximité d'une structure ouverte telle qu'une armature de revêtement en béton. Si l'on place un capteur électromagnétique à proximité d'une conduite en matériau ferromagnétique recouverte d'un revêtement en béton armé à armature épaisse, l'amplitude seule du signal émis par le capteur donne une information indéterminée sur la distance capteur-conduite car cette amplitude dépend à la fois de la distance entre capteur et conduite et de la distance entre armature et conduite, et cette dernière distance varie d'un point à un autre de la conduite. Cette indétermination est levée en prenant aussi en considération la phase du signal. Au lieu de considérer l'amplitude et la phase elles-mêmes (coordon- nées polaires), on a trouvé plus pratique d'effectuer la comparaison du signal réel avec des résultats de mesures préalables en ce qui concerne les composantes du signal en phase avec la tension d'alimentation et en. ce qui concerne les composantes en quadrature avec la tension d'alimenta- tion (coordonnées cartésiennes). Les mesures préalables permettent de tracer sur un abaque des lignes isodistances capteur-conduite et des lignes isodistances armatureconduite en prenant lesdites composantes comme coordonnées. La détermination d'une distance réelle capteur-conduite ou armature-conduite se déduit par inter- polation. Cette interpolation peut notamment tre effectuée automatique- ment par des systèmes logiques comparateurs associés à des mémoires rece- vant des fichiers qui correspondent aux abaques préalablement établis. On a trouvé que l'écart de phase maximal entre la réponse du cap- teur due à une surface ferromagnétique continue et la réponse due à une armature ferromagnétique épaisse se produisait pour une fréquence de la tension d'alimentation d'environ 700 Hz. C'est donc aux alentours de cette fréquence que l'on fixera, de préférence, la tension d'alimentation. La mesure d'ovalisation peut s'effectuer de manière continue sur le pourtour d'une conduite ou en des emplacements discrets de mesure. Dans ce dernier cas, si la conduite est recouverte d'un revêtement de béton à armature à mailles, on choisit avantageusement les emplacements de mesure en face radialement du centre des mailles. Un objet de l'invention est aussi un dispositif comprenant: un module de mesure pourvu d'un collier de fixation sur une conduite, d'un chemin de roulement supporté par ce collier, d'une glissière circulaire disposée sur ce chemin de roulement, de moyens de déplacement de cette glissière sur ce chemin de roulement, d'au moins un bras longitudinal solidaire de la glissière, et d'un capteur électromagnétique dirigé radia- lement vers le centre et porté par ledit bras: un dispositif d'alimenta- tion en énergie électrique et de traitement de signaux comportant un organe de comparaison associé à des mémoires, et un moyen-de liaison électrique entre ce dispositif d'alimentation et de traitement et ce module de mesure permettant notamment la transmission à ce dernier dispositif des signaux émis par le capteur électromagnétique. Le dispositif d'alimentation et de traitement comporte, de préfé- rence, une alimentation à tension alternative et un démodulateur synchrone qui reçoit les signaux émis par le capteur électromagnétique et qui est apte à fournir, à partir d'un signal d'entrée, deux signaux de sortie liés à l'amplitude et à la phase de ce signal d'entrée. D'autres particularités de l'invention ressortiront d'un exemple de réalisation qui va être donné, à titre non limitatif, en se référant au dessin joint dans lequel: - la Figure I est un schéma d'ensemble d'une installation de mesure d'ovalisation; - la Figure 2 est un schéma d'un capteur électro-magnétique; - la Figure 3 représente un abaque tracé d'après des essais préala- bles; et - les Figures 4 à 7 représentent diverses vues du module de mesure placé sur la conduite. Sur la Figure 1, on a représenté l'ensemble d'une installation de mesure d'ovalisation. Une conduite 1, par exemple immergée en mer, reçoit un module de mesure 2 portant des capteurs électromagnétiques 3, 4. Ce module est relié, notamment en ce qui concerne les capteurs 3 et 4, par un câble 5 à un dispositif 6 d'alimentation en énergie électrique et de traitement des signaux émis, disposé à la surface ou dans un véhicule sous-marin, si la conduite I est immergée. Les capteurs 3 et 4 sont, par exemple, constitués chacun par un noyau magnétique ou plusieurs noyaux magnétiques et deux bobines disposées sur chaque noyau magnétique. La Figure 2 représente le cas d'un capteur constitué par trois noyaux magnétiques allongés parallèles 7, 8, 9 formés de tôles empilées et portant chacun une première bobine 10, Il, 12 située près d'une première extrémité de ces noyaux et une deuxième bobine 13, 14, située près d'une deuxième extrémité de ces noyaux, ces première et deuxième extrémités étant définies par un même sens allant, selon la longueur du noyau, de la première à la deuxième, de sorte que, par exemple, les premières bobines sont, lors de l'utilisation, proches de la conduite et les deuxièmes bobines en sont éloignées. L'ensemble de ces noyaux et bobines est enrobé dans un moulage, non représenté, en matière isolante synthétique et peut être protégé par un capot métallique, non représenté. Les premières bobines sont électriquement reliées entre elles en parallèle par un fil 16 et une masse 17; les deuxièmes bobines sont électriquement reliées entre elles en parallèle par un fil 18 et la masse 17. Le dispositif 6 comporte un connecteur 19 de liaison au câble 5 associé à un commutateur qui permet de relier ce dispositif 6 à l'un ou l'autre des capteurs 3 et 4. L'alimentation à tension électrique alter- native s'effectue ici par l'intermédiaire d'un convertisseur de fréquence qui maintient la tension d'alimentation Ve aux bornes 21 et 22 de sortie de ce convertisseur à une fréquence d'environ 700 Hz et d'un trans- formateur 23 dont les bornes de sortie 24 et 25 sont reliées à un pont de mesure. Ce pont comprend des branches composées de deux résistances fixes et égales 26 et 27 et de deux impédances Zl et Z2 variables constituées l'une par les premières bobines 10, Il et 12 et l'autre par les deuxièmes bobines 13, 14, 15. Quand les capteurs 3 et 4 ne sont pas près d'une masse en matériau ferromagnétique telle que la conduite 1, les impédances ZI et Z2 sont égales et le pont de mesure est en équilibre; aucune tension n'apparaît donc dans la diagonale 28-17. Au contraire, lorsque des cap- teurs 3 et 4 sont placés près de la conduite 1, coGme on l'a représenté sur la Figure 1, et que l'un d'eux est relié au dispositif 6 par le con- necteur-commutateur 19, un déséquilibre se produit dans le pont de mesure du fait que les impédances ZI et Z2 ne sont plus égales. Le signal de tension VS obtenu dans la diagonale 28-17 permet d'évaluer la distance entre le capteur 3 ou 4 et la conduite 1, comme on l'expliquera plus loin. L'avantage d'une alimentation par un transformateur tel que 23 est d'isoler galvaniquement le circuit de mesure du circuit d'alimentation en énergie électrique et de pouvoir ainsi créer une masse dans le circuit de la diagonale de mesure, mais on pourrait aussi effectuer une injection de courant électrique dans le pont de mesure à partir d'un générateur à courant constant. Les sommets de la diagonale 28-17 sont reliés respectivement aux entrées 29 et 30 d'un amplificateur 31, cette liaison s'effectuant direc- tement comme sur la Figure 1 ou par l'intermédiaire d'un transformateur. Le signal de tension VS amplifié dans l'amplificateur 31 passe dans un filtre 32 à bande passante très étroite centrée sur la fréquence de 700 Hz, puis dans un autre amplificateur 33 à la sortie duquel un démodu- lateur synchrone 34 effectue une démodulation de ce signal afin d'en obtenir sur des sorties 35 et 36 deux composantes. Ces composantes suivent chacune une voie composée d'un filtre du type intégrateur, respectivement 37, 38, et d'un convertisseur d'analogique en numérique, respectivement 39, 40, avant d'entrer dans un organe de comparaison et de calcul 41, associé à un organe de visualisation 42. Le démodulateur 34 peut détecter la tension de crête du signal de tension VS amplifié et filtré qu'il reçoit, pour effectuer une démodula- tion en amplitude, et détecter le déphasage de ce signal par rapport à la tension Ve pour effectuer une démodulation en phase. Il peut aussi effec- tuer un échantillonnage du signal de tension VS amplifié et filtré à des premiers instants o la tension Ve passe par une valeur déterminée, notam- ment la valeur nulle, et à des deuxièmes instants décalés des premiers de TI, de manière à obtenir des composantes X et Y du vecteur tension VS, selon des axes orthogonaux, notamment des axes se trouvant en phase et en quadrature avec le vecteur tension Ve. Dans l'organe 41, on introduit un fichier des valeurs des compo- santes X et Y obtenues lors de mesures préalables effectuées, comme on l'a dit, avec des capteurs analogues aux capteurs 3 et 4 ou avec ces capteurs 3 et 4 eux-mêmes sur une conduite analogue à la conduite 1 pour diverses distances entre capteur et conduite et pour diverses distances entre conduite et armature, l'armature utilisée ayant un maillage identique à celui de l'armature entourant éventuellement la conduite 1. Si la conduite I à mesurer n'est pas entourée d'une armature ou est entourée d'un gril- lage mince sans influence sur les capteurs, on peut utiliser un fichier de valeurs obtenues préalablement avec une conduite ne comportant aucune armature ou comportant une armature quelconque (dans ce dernier cas, le fichier est alors surabondant pour les besoins de la présente mesure). La Figure 3 montre un exemple d'abaque correspondant à ce fichier, o les traits continus sont des lignes isodistances, capteur-conduite tracées pour des distances de 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 mm et les traits poin- tillés sont des lignes isodistances armature-conduite tracées pour des distances de 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42 mm. L'organe 41 effectue une comparaison entre les valeurs X et Y actuelles qu'il reçoit et les valeurs en mémoire dans le fichier et détermine par interpolation la distance capteur-conduite actuelle. Il peut aussi donner accessoirement la distance armature-conduite. L'organe 41 établit aussi la position du point de la conduite o la mesure a été effectuée en reportant la distance capteur-conduite qu'il a déterminée, à partir de la position du capteur. Il vérifie ensuite si les diverses positions ainsi établies sont ou non disposés sur un cercle. En outre, une visualisation de ce cercle ou de la courbe qui en tient lieu peut apparaître sur l'écran de l'organe de visualisation 42. Bien entendu, au lieu d'automatiser toutes les opérations, on pourrait aussi laisser à l'opérateur le soin-d'effectuer lui-même certaines opérations, la connaissance du vecteur tension VS donné par les composantes X et Y permettant de déterminer, à l'aide d'abaques, la distance capteur-conduite, puis d'établir la position du point de la conduite o la mesure a été effectuée et de s'assurer ensuite que cette position appartient bien à un cercle. L'organe 41 permet aussi de déterminer l'emplacement d'un capteur 3 ou 4 par rapport aux mailles épaisses de l'armature éventuelle d'une conduite 1 bétonnée. On entend par mailles épaisses des mailles formées par des barres d'un diamètre d'environ 5 mm et plus. En déplaçant un capteur 3 ou 4 autour et/ou le long de la conduite 1, on voit apparaître sur le signal émis par ce capteur des pointes correspondant aux barres formant ces mailles. L'organe 41 envoie alors au module de mesure 2 des instructions pour que le capteur se place, lors d'une mesure, au centre d'une maille, c'est-a-dire entre deux emplacements successifs repérés comme correspondant à une pointe du signal émis par le capteur lors de l'opération de recherche d'emplacement de mesure. Cette recherche peut s'effectuer selon deux directions orthogonales; une direction longitudi- nale et une direction circonférentielle, le module de mesure 2 comportant des moyens de déplacement des capteurs à la fois en direction circonfé- rentielle et en direction longitudinale. Les Figures 4, 5, 6 et 7 représentent le module de mesure 2 placé sur la conduite 1, respectivement en vue de dessus, en coupe selon la ligne 5-5 de la Figure 4, en coupe selon la ligne 6-6 de la Figure 5 et en coupe selon la ligne 7-7 de la Figure 5. La fixation du module 2 sur la conduite 1 s'effectue au moyen d'un demicollier fixe 43 en forme de U renversé qui vient s'appliquer sur la conduite 1 par deux nervures 44 et 45 qui sont ici portées par des flot- teurs 46 et 47 solidaires de la partie arrondie du U formé par le demi- collier fixe 43 et qui est maintenu sur cette conduite I par deux vérins souples gonflables de serrage 48, 49 portés par les deux branches du U formé par le demi-collier fixe 43 et serrant, à l'état gonflé, la conduite I sur la demi-circonférence complémentaire de celle sur laquelle s'appli- quent les nervures 44 et 45. Le vérin 48 a été représenté à l'état gonflé et le vérin 49 à l'état dégonflé, sur la Figure 7. Le demi-collier 43 porte à sa partie supérieure une platine 50 qui permet de le fixer à un engin d'intervention, non représenté, servant à la mise en place et à la commande du module de mesure 2. Cet engin d'intervention peut être consti- 1o tué par un sous-marin autonome, une tourelle d'observation ou un engin télécommandé. Il comprend les équipements classiques de tels engins et des moyens de connexion au module de mesure 2. Le demi-collier fixe 43 porte, dans la région du sommet du U qu'il forme, une glissière femelle fixe 51, par exemple en queue d'aronde, sur laquelle glisse une glissière mâle 52 portée par un chariot 53 à déplace- ment longitudinal. Le déplacement longitudinal de ce chariot 53 est obtenu au moyen de l'ensemble, d'une part, d'un moteur 54, par exemple du type moteur électrique pas à pas ou moteur hydraulique, avec éventuellement réducteur de vitesse, et d'une vis sans fin 55 entratnée en rotation par ce moteur, moteur et vis portés par le chariot 53 et, d'autre part, d'un écrou 56 solidaire du demi-collier fixe 43. La vis sans fin 55 est soute- nue, à l'extrémité opposée à celle connectée au moteur 54, par une tra- verse 57. Le chariot 53 porte, sur la partie gauche des Figures 4 et 5, une demicouronne 58 servant de chemin de roulement, grâce notamment à des galets 59 que l'on n'a représentés sur la Figure 6 que dans la partie gauche de celle-ci, à une glissière circulaire 60 en forme d'environ une demicirconférence, dont on n'a représenté que la moitié gauche sur la Figure 6. La glissière 60 est solidaire, à ses extrémités, de deux bras longitudinaux 61 et 62 en matériau non magnétique, par exemple en chlorure de polyvinyle, portant des capteurs diamétralement opposés, les capteurs 3 et 4 respectivement, La distance entre les capteurs 3 et 4 et la conduite I peut être réglée manuellement à la surface par déplacement radial des capteurs sur les bras qui les portent. La demi-couronne 58 porte un moteur 63 qui peut notamment être du type moteur électrique pas à pas ou moteur hydraulique, avec éventuelle- ment réducteur de vitesse. Ce moteur entralne un pignon 64 qui engrène avec une crémaillère 65 solidaire de la glissière circulaire 60. La glissière circulaire peut tourner ainsi de + 900 de part et d'autre de sa position médiane représentée sur la Figure 6, ce qui permet à chacun des capteurs de balayer 180 et à l'ensemble des deux capteurs, utilisés successivement, de balayer la totalité de la circonférence de la conduite 1. L'utilisation de deux capteurs avec une glissière circulaire 60 en forme de demi-circonférence permet de limiter le débattement des conducteurs d'alimentation du moteur 63 et de réduire le poids et l'encombrement du module de mesure 2. Ce poids est, en outre, réduit par les flotteurs 46, 47 et par les évidements que les Figures 6 et 7 permettent de voir dans la glissière circulaire 60, dans la demi-couronne 58 et dans le demi- collier fixe 43. L'installation du module de mesure sur la conduite peut notamoent être effectuée au moyen d'un engin sous-marin télécommandé ou habité. Les personnes compétentes en la matière comprendront aisément que l'on peut apporter de nombreuses modifications aux réalisations qui vien- nent d'être décrites sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé de mesure d'ovalisation d'une conduite caractérisé en ce qu'on déplace sur un chemin circulaire (58) entourant la conduite (1) au moins un capteur électromagnétique (3, 4) émettant un signal qui est influencé par la distance radiale entre ce capteur et la conduite et en ce qu'on effectue, pour une pluralité d'emplacements de mesure dudit capteur, une comparaison (organe 41) entre le signal émis par celui-ci et un ensemble de valeurs de signaux fournies par des mesures préalables afin d'en déduire des indications relatives à la distance entre ces emplacements et ladite conduite et, par suite, à la configu- ration de la conduite. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un capteur électromagnétique alimenté par une tension alternative et en ce qu'on effectue ladite comparaison à la fois en amplitude et en phase. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue ladite comparaison à la fois en ce qui concerne les composantes en phase avec la tension d'alimentation et en ce qui concerne les compo- santes en quadrature avec la tension d'alimentation. 4. - Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la fréquence de la tension d'alimentation est d'environ 700 Hz. 5. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, appliqué à une conduite recouverte d'un revêtement de béton à armature à mailles formées de fil métallique de diamètre supérieur ou égal à 5 mm caractérisé en ce que lesdits emplacements de mesure sont choisis en face radialement du centre de ces mailles. 6. - Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: un module de mesure (2) pourvu d'un collier (43) de fixation sur une conduite,d'un chemin de roule- ment (58) supporté par ce collier, d'une glissière circulaire (60) disposée sur ce chemin de roulement, de moyens (63, 64, 65) de dépla- cement de cette glissière sur ce chemin de roulement, d'au moins un bras longitudinal (61, 62) solidaire de la glissière, et d'un capteur électromagnétique (3, 4) dirigé radialement vers le centre et porté par ledit bras; un dispositif (6) d'alimentation en énergie électri- que et de traitement de signaux comportant un organe de comparaison (41) associé à des mémoires; et un moyen de liaison électrique (5) entre ce dispositif d'alimentation et de traitement (6) et ce module de mesure (2), permettant notamment la transmission à ce dernier dispositif (6) des signaux émis par le capteur électromagnétique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif d'alimentation et de traitement comporte une alimentation (20, 23) à tension alternative et un démodulateur synchrone (34) qui reçoit les signaux émis par ledit capteur électromagnétique (3, 4) et qui est apte à fournir, à partir d'un signal d'entrée, deux signaux de sortie liés à l'amplitude et à la phase de ce signal d'entrée. 8. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le démodu- lateur synchrone (34) est précédé d'un filtre (32) à bande passante étroite. 9, - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le démodu- lateur synchrone (34) est suivi de deux voies (35, 36) comportant chacune un filtre du type intégrateur (37, 38). 10. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe de comparaison (41) est associé à un organe de visualisation (42). ]1. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit capteur (3, 4) comprend au moins trois noyaux magnétiques allongés parallèles (7, 8, 9) portant chacun une première bobine (10, 11, 12) et une deuxième bobine (13, 14, 15) situées respectivement près d'une première et d'une deuxième des extrémités de ces noyaux définies par un même sens allant de la première à la deuxième des extrémités pour les trois noyaux, tandis que les trois premières bobines sont élec- triquement couplées en parallèle et les trois deuxièmes bobines sont électriquement couplées en parallèle pour former respectivement deux branches d'un pont de mesure. Il 12. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit collier de fixation (43) a la forme d'un U avec deux nervures d'appui (44, 45) situées dans la partie arrondie du U et deux vérins souples gonflables de serrage (48, 49) situés sur les branches du U. 13. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit chemin de roulement (58) et la glissière circulaire (60) s'étendent sur environ une demi-circonférence. 14. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit chemin de roulement (58) est supporté par ledit collier de fixation (43) par l'intermédiaire d'un chariot (53) déplaçable longitudinale- ment le long d'une glissière (51) dudit collier de fixation.