Brevet FR2520501A1 — publié le 19830729

L'appareil faisant l'objet du présent brevet est destiné à la mesure précise des inclinaisons pour en assurer la lecture directe et immédiate, l'enregistrer, ou assurer une commande quelconque, positive ou négative, en relation avec ce niveau ou cette inclinaison, en rapport ou non avec d'autres paramètres quelconques tels que le temps, l'altitude, la pression par exemple, la vitesse, pour-acceleromètre ou décéléromètre Les appareils actuellement sur le marche peuvent être considérés comme de deux grandes familles. D'une part les traditionnels niveaux à bulle ou à eau, avec les variantes qui en ont été extrapolées, et les dispositifs utilisant un fil à plomb associé à des systèmes plus ou moins sophistiqués de règles, d'équerres, de compas articulés, de rapporteurs. D'autre part des matériels de haute technicité asservis à un gyroscope ou mettant en oeuvre des optiques, des lasers, ou des appareillages radi-électriques. L'intérêt de l'invention décrite ici est de permettre la réalisation d'appareils autonomes d'usage aussi simple que le niveau à bulle ou le fil à plomb, aussi bien pour la lecture directe que pour servir de base de mesure à des installations ou asservissements complexes utilisables dans les domaines les plus variés. L'invention faisant l'objet du présent brevet a pour but de permettre la construction de l'élément de mesure dont les indications peuvent être lues directement ou utilisées en phase automatique en évitant tout à la fois l'imprécision due à l'appréciation personnelle de l'opérateur dans le cas de niveau à eau, à bulle ou de clinomètre à fil à plomb ou mires diverses, et la délicatesse nécessitant apprentissage et compétence pour la mise en oeuvre d'appareillages complexes utilisant les techniques optiques, lumineuses, radio-électriques, etc... On peut ainsi construire un appareil robuste et fiable, de bonne précision, assurant le juste milieu des avantages et inconvénients des divers systèmes disponibles sur le marché. L'appareil de mesure décrit ici peut aussi bien servir à la construction de simples niveaux de maton, de clinometres pouvant couvrir 3600 ou plus, camme à celle des automatismes les plus complexes assurant soit la mesure d'inclinaisons asservissant ou interdisant une manoeuvre quelconque, soit, au contraire, permettant d'assurer la mise à l'angle voulu (ou de déclencher en arrivant à l'angle, etc...) de l'élément ou de l'ensemble considéré. Pour exemples de diversité nous citerons simplement : mesure et compensation de la gite ou du tangage d'un navire, comme inclinaison à la demande de rampes de manutention et de tapis transporteurs, mesure de l'inclinaison d'un véhicule (en fonction ou non de la charge et de la vitesse) soit pour lecture et avertissement ou pour action sur essieux ou transmission, mise à l'angle ou à niveau d'un appareillage par rapport à un mobile, lui même en position variable ou non tel qu'une antenne directionnelle sur un véhicule, etc... Pour atteindre cet objectif, l'invention décrite emploie un mobile (2) dense tel qu'une bille, solide ou liquide, conductrice ou non selon les cas, dont on assure la lecture et la mesure de la position sur une surface curviligne rendue solidaire de l'angle à mesurer, par le fait de la gravite. On notera que, en fait, le "mobile" est, lui, fixe par rapport à laTerre et mobile par rapport à l'appareil(piste repère 1). Le déplacement du mobile entrafne une variation de résistance, de champ ou de capacité dont la lecture est traduite en valeur angulaire selon l'unité choisie (degrés, radians, grades, pourcentages, etc...) et traitée, selon l'usage défini, par un ordinateur, un microprocesseur, un simple galvanomètre ou tout dispositif adéquat réalisable par l'homme de l'art selon les techniques et matériaux ou matériels connus au moment de la réalisation et selon le type d'indications demandées à la construction considérée. Le mobile le plus simple est une bille conductrice et son emploi le plus facile est par déplacement sur une résistance et un conducteur ou deux résistances. Le curseur peut être en matériau solide conducteur (bille ou rouleau, ou ensemble roulant métallique) ou de résistivité connue ou liquide, tel que du mercure par exemple. Selon le degré de précision, la sophistication recherchée et les su jétions d'emploi, l'ensemble peut fonctionner à l'air libre (ou dans l'ambiance d'utilisation) ou, au contraire, entre noyé dans un fluide inerte de densité inférieure comme, par exemple, une bille de métal ou un module de mercure dans une huile diélectrique. Dans cette configuration on peut donc, soit mesurer les résistances de part et d'autre du point de contact, mais on peut aussi mesurer de façon analogue la variation de champ due au déplacement relatif du mobile par rapport à l'appareil, tout comme faire une lecture par effet capacitif. Dans le cas de mesure dans un plan unique, la "piste" de mesure sera linéaire, selon une courbure dont la détermination est exposée ci-dessous. Dans le cas de mesure dans deux plans, on pourra utiliser par exemple deux appareils distincts et intégrer leurs indications respectives dans le dispositif de commande ou de lecture qui ne fait pas l'objet du présent brevet. Dans le cas de mesure de position on pourra, par exemple, utiliser pour piste un volume ou ensemble de volumes creux dont le plus simple serait une demi-sphère pour des utilisations courantes, mais pourrait avoir des formes différentes selon le but recherché, les plages de précision requises, et les moyens d'exploitation de l'information utilisés en aval, (figure 0). Par exemple, pour des appareillages devant travailler dans un seul plan, tel que le fait le traditionnel niveau à bulle, la fidélité de l'appareil sera directement liée à la réalisation des pistes curvilignes. Elles peuvent être de section géométrique quelconque. La précision de l'appareil sera liée à la qualité des matériaux et à la précision de fabrication, mais aussi aux longueurs relatives et au rayon de courbure. La courbure peut être un arc de cercle de valeur angulaire convenable pour le type de mesure à effectuer, mais aussi une dé- veloppante de cercle ou toute autre configuration déterminée selon la plage de précision que l'on veut obtenir. Par exemple : un demi-cercle donnera une précision constante sur 1800 répartis en + 909 de part et d'autre du O (figure 1) alors qu'une demiellipse, par exemple (figure 2), donnera une plus grande précision relative autour du O ou, au contraire, une paraboloïdale la diminuera au bé néfice du 900 (figure 3). Une piste hélicoïdale, circulaire ou non, donnera des indications au delà de 360 , exemple (figure 4). Ce choix peut aussi être déterminé par le moyen de lecture de la valeur considérée et son échelle de mesure : lineaire ou logarithmique par exemple. Cette détermination est extrapolable à tous les cas possibles, y compris pour ceux qui nécessiteront une piste de surface engendrée par un volume, et conduire à une forme ovoïde, conique, etc... Dans le cas de construction d'accéléromètre, decéléromètre, le tracé sera également fonction de la plage de mesure et de la précision retenue, mais devra en outre prendre en compte les poids et résistances au rou lement et frottements divers du curseur mobile. L'indication électrique ainsi recueillie sera traitee par un dispositif électronique ou autre, choisi par l'homme de l'art au moment de la réalisation. Dans le cas d'appareils autonomes simples, tels que le niveau de ma çon évoqué plus haut et servant d'exemple, l'alimentation sera faite sans doute, le plus souvent par des piles, voire des cellules solaires ou thermiques ou autres, selon les possibilités techniques du moment de la réalisation. On IJAUIT: .s Cf' cas, avoir une lecture directe par affichage digi- tal- ou analogitlue, voire acoustique, selon les techniques qui pparais- sent dans les ;åthines à traduire par exemple, ou toute autre en usage lors de la réalisation. L'appareil pourra posséder un ou plusieurs de ces moyens de lecture, identiques ou complémentaires (exemple : deux affichages do i dos et un "top" sonore au 0). A la place de cet affichage, ou parallèlement avec lui, il pourra y avoir une sortie de commande positive ou négative coasse évoqué plus haut, selon la technicité connue à la réalisation et nui ntest pas l'objet du présent brevet. Le module de mesure objet de ce brevet peut être, soit incorporé à un autre ensemble (machine, véhicule, etc...), soit placé dans un boitier qui lui est propre et qui peut revêtir toutes les formes, comme par exemple celle d'une règle ou d'une équerre dans le cas du niveau de ma çon, ou de cadran de lecture dans le cas d'incorporation à un tableau de bord. Il peut être alors réalisé en matériau quelconque choisi pour ses qualités mécaniques, chimiques, esthétiques ou autres. Il sera étanche au module ou non, selon l'usage prévu Les dessins, Figures 8, 9 et 10, donnent des exemples type de réalisation d'outils autonomes dits "niveaux de maçon", pouvant être réalisés autour de ce dispositif de mesure électrique de niveau ou d'inclinaison. La figure 8 propose l'emploi d'une piste de courbure variable sur sa longueur selon les plages de précision recherchées. La figure 9 propose un niveau-équerre dont l'appareil est constitué d'un arc de cercle donnant une indication sur 110 , c'est-à-dire 100 de part et d'autre des 900. On pourra donc ainsi mesurer les horizontalités et verticalités dans tous les cas courants, ainsi que toutes valeurs d'angles intermédiaires et leurs compléments. La figure 10 propose un niveau simple dont l'appareil est constitué d'un arc assez plat pour donner une grande précision sur un angle de seulement quelques degrés de part et d'autre. Les batis (4) de ces outillages peuvent être réalisés en tous ma tériaux compatibles avec l'emploi auquel chacun d'eux est plus particulièrement destiné dans ses difEérentes versions : bâtiment, mécanique, T.P., etc... Chacun comporte les logements nécessaires aux piles (7) conçus selon les cas sur des critères d'étanchéité, de sûreté, de fermeture, de robustesse, de protection et d'emplacement, compatibles avec l'emploi et la gamme de l'outil considére. Chacun comporte l'emplacement prévu pour l'affichage (6) des indications lues optiquement (digital, analogique, code de couleurs, etc...) ou l'émetteur de signalisation acoustique, en clair par dispositif à voix synthétique ou tout code convenable. On peut avoir plusieurs lectures identiques ou complémentaires. Le dispositif de lecture peut aussi comporter des moyens de changement d'échelle des mesures ou de changement des unités dans lesquelles stexpriment ces mesures. Chacun comporte un circuit de commande (5) de forme et de dimension convenable pour pouvoir être logé dans l'outil considéré. La piste de lecture peut avantageusement être constituée d'un tube rigide ou maintenu dans le châssis principal, construit en matériau isolant (verre, plastique, par exemple), contenant les deux résistances, la bille rigide ou liquide conductrice et le liquide diélectrque amortisseur de mouvement (figures 5 - 6 - 7 Repère 1), les câblages de raccordement au circuit sortant en (3). En outre, on peut prévoir tout dispositif en usage pour test des piles ou autres contrôles de la disponibilité de l'appareil. REVENDICATIONS 1) Appareillage destin à obtenir la mesure d'une inclinaison nulle, positive ou négative par rapport à l'horizontale, cXractérise en ce qu'il repère la position d'un poids conducteur libre mobile dans un châssis approprié pour permettre la traduction en signal électrique o électronique de cette position relative, soit pour lecture, soit pour commande. 2) Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que la surface et le poids mobile sont conducteurs et que leur mouvement relatif engendre une variation de résistance telle qu'à chaque valeur correspond une position dans l'espace et une seule. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 ci-dessus, caractérisé en ce que l'ensemble des pistes de lecture est placé dans un tube de section appropriée au mobile et dont la forme ou le cintrage assure les développes nécessaires (figures 5 et 6). 4 > Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la Ou les "pistes" sont "venues" d'usinage dans le corps principal de l'appareil par moulage, emboutissage, enlèvement de copeaux, etc..., permettant la construction par assemblage direct d'éléments (figure 7). 5) Dispositif selon au moins l'une des précédentes revendications caractérisé en ce qu'il revêt une forme traditionnelle de règle ou d'équerre aux dimensions courantes d'outil à nain, comportant un moyen de lecture directe précise et instantanée et pouvant ainsi être utilisé par un opérateur non averti, sans connaissances spéciales. 6) Dispositif selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte, outre les dispositifs d'emploi direct prévus, des "sorties" permettant la multiplication des usages et le contrôle des indications données au moyen de signalisation ou d'affichage complémentaire provisoires ou non. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble piste - mobile est entièrement noyé dans un fluide.