Brevet FR2612623A1 — publié le 19880923

Dispositif permettant de mesurer le déplacement linéaire d'un point matérialisé La présente invention concerne les dispositifs permettant de mesurer le déplacement linéaire d'un point appartenant à un solide. Dans de nombreuses activités industrielles, il est souvent impératif de connaître avec le plus de précision possible le déplacement linéaire d'un point d'un corps solide, afin de savoir exactement l'endroit oU il se situe, surtout quand il se trouve dans un milieu relativement inaccessible. Un tel problème se pose, par exemple, dans l'industrie des forages qui nécessite, à chaque instant de connaître la profondeur du forage, et notamment la position de la tête de forage par rapport à la surface du puits en train d'être creusé. Bien entendu, il existe de nombreux types de forage, à petite ou grande profondeur, par exemple des forages domestiques ou analogues, ou des forages pétroliers. Pour ces derniers, il existe des systèmes ou dispositifs qui permettent de connaître avec une assez grande précision la distance séparant la tête de forage de la surface. Ces dispositifs donnent de très bons résultats mais leur conception et les principes qu'ils mettent en oeuvre en font des dispositifs fort onéreux ne pouvant être raisonnablement utilisés pour des forages dits "de surface" ou domestiques, qui ne descendent qu'à quelques mètres ou dizaines de mètres de profondeur. Pour le type de forages domestiques, il a donc été nécessaire de réaliser des dispositifs de mesure de profondeur qui donnent de très bons résultats avec une bonne précision, mais ayant un prix de revient relativement faible. De tels dispositifs mettent en oeuvre des principes différents de ceux mis en oeuvre dans les dispositifs de mesure des grandes profondeurs. Par exemple, il existe un mesureur utilisant la quantité de longueur de câble déroulée ou enroulée autour d'un cylindre calibré. Cependant, on constate qu'en géréral le câble ne se positionne pas bien sur la surface cylindrique calibrée et que, de plus, les tractions exercées sur ce câble peuvent avoir des intensités variables. tes résultats des mesures sont donc souvent entachés d'erreurs et l'exactitude d'un tel mesureur peut souvent être mise en doute. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif permettant de mesurer le déplacement linéaire d'un point matérialisé au moyen de la mesure de la longueur d'un câble, qui soit d'une structure relativement simple et qui donne des résultats de mesure d'une précision supérieure à ceux obtenus avec des mesureurs selon l'art antérieur, sans que son prix de revient en soit considérablement augmenté. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif permettant de mesurer le déplacement linéaire d'un point matérialisé, caractérisé par le fait qu'il comporte - un tambour présentant une surface d'enroulement, solidaire d'un arbre de rotation, - des moyens de paliers dudit arbre de rotation, - un câble dont une extrémité est liée à ladite surface d'enroulement et l'autre extrémité est liée audit point, - des moyens pour exercer une première force pour entraîner ledit tambour en rotation autour de l'axe dudit arbre, afin d'enrouler ledit câble sur ladite surface d'enroulement ou de le dérouler, - des moyens pour soumettre ledit tambour à une deuxième force élastique en opposition à ladite première force, - des moyens pour guider l'enroulement dudit câble sur ladite surface, et - des moyens pour totaliser les valeurs angulaires de rotation dudit tambour. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels - la Figure 1 représente, dans une vue en perspective simplifiée, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, et - les Figures 2 et 3 représentent un mode de réalisation de deux détails du dispositif selon la Figure l. La Figure 1 représente un dispositif permettant de mesurer le déplacement linéaire d'un point 1 matérialisé qui pourra être situé sur n'importe quel élément solide, par exemple une tête de forage. Le dispositif comporte essentiellement un tambour 2 présentant une surface d'enroulement 3 avantageusement cylindrique de révolution. Le tambour 2 est solidaire d'un arbre de rotation 4 lié par des moyens de paliers 5 à une-embase 6 qui pourra être fixée sur tout support déterminé. Un câble 7 de faible diamètre et en un matériau présentant un minimun de déformation par traction comme de l'acier ou analogue, est fixé à une 8 de ses extrémités sur le tambour 2, tandis que son autre extrémité 9 peut être solidarisée par tout moyen au point 1 dont il est nécessaire de connaître le déplacement. Le dispositif comporte aussi des moyens pour exercer une première force pour pouvoir entraîner le tambour 2 en rotation autour de l'axe 10 de l'arbre 4, ces moyens pouvant être constitués par un moteur 11 du type électrique, ou même par un moteur alimenté en énergie mécanique, par exemple un ressort préalablement bandé. Ce moteur permet de faire tourner le tambour autour de l'axe 10 afin de pouvoir, comme il sera décrit ci-aprés, soit enrouler le câble 7 sur la surface d'enroulement 3, soit le dérouler. Pour obtenir les deux fonctions mentionnées ci-dessus, le dispositif comporte en plus des moyens pour soumettre le tambour à une deuxième force élastique qui sera constamment en opposition à la force d'enroulement ou de déroulement exercée par le moteur 11, ceci afin de pouvoir maintenir et guider le câble 7 sur la surface 3. Afin de pouvoir connaltre la quantité de câble située sur la surface 3, au tambour sont associés des moyens 21 pour guider l'enroulement ou le déroulement de ce câble 7 sur la surface 3, et le dispositif comporte aussi des moyens pour totaliser les valeurs angulaires de rotation du tambour 2. Selon le mode de réalisation illustré, les moyens 21 pour guider l'enroulement du câble sur la surface 3 sont constitués par une rainure 20 continue réalisée en spirale sur la surface 3 du tambour 2. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte aussi des moyens 23 pour forcer le câble 7 à se positionner parfaitement dans la rainure 20. Ces moyens 23 comportent un ergot de guidage 22 maintenu constamment dans la rainure 20-de façon quTil ait un seul degré de liberté en translation par rapport à l'embase. Ils comportent aussi des moyens pour maintenir le câble 7 transversalement par rapport à l'ergot 22, ces moyens étant avantageusement constitués par un oeillet 24 dans lequel peut coulisser librement le câble 7, cet oeillet étant solidaire de l'ergot 22. L'ergot 22, dans le but mentionné ci-dessus, est monté solidaire d'une barre de translation 25 solidaire d'un palier de glissement 26 sur un guide longitudinal 27 solidaire de l'embase 6, de façon à permettre un déplacement de l'ergot 22 parallèlement à l'axe 10 de rotation du tambour 2. Afin de faciliter le déplacement de l'ergot 22 dans la rainure 20, celui-ci est avantageusement constitué par une roulette 29 coopérant en rotation avec l'extrémité 28 de la barre de translation 25 pour pouvoir rouler dans le fond de la rainure 20. Comme mentionné ci-avant, le dispositif comporte des moyens 30 pour soumettre le tambour 2 à une deuxième force élastique en opposition à celle donnée par le moteur 11. Ces moyens sont avantageusement constitués, comme représenté sur les Figures 1 et 3, par une bande 31 sensiblement plate réalisée dans un matériau résilient précontraint pour constituer un ressort 32 à deux enroulements 33, 34 en sens opposés, formant ainsi un "S". Ce ressort 32 a une extrémité 35, celle de son enroulement 33, fixée sur l'arbre 4, l'autre extrémité 36, celle de l'enroulement 34, étant montée sur un mandrin 37 libre en rotation autour d'un axe 38. Dans ce mode de réalisation, la partie 33 du ressort 32 peut constituer, comme mentionné ci-avant, le moteur d'enroulement permettant au tambour d'être animer d'un mouvement de rotation pour enrouler le câble qui avait été auparavant déroulé. En effet, dès que le ressort peut se détendre, il entralne alors la rotation du tambour et donc l'enroulement du câble sur celui-ci. Enfin, le dispositif comporte des moyens pour totaliser les valeurs angulaires de rotation dans un sens ou un autre du tambour 2. Ces moyens sont avantageusement constitués par un codeur angulaire 40, Figure 2, qui comporte > par exemple, une cellule photosensible 41 disposée en regard d'un disque 42 solidaire de l'arbre 4, ce disque comportant des codages optiques 43 pour définir de façon précise la position du tambour 2. Le dispositif selon l'invention décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante Tout d'abord, le câble 7, et plus particulièrement son extrémité 9, est lié au point 1, c'est-à-dire, dans l'exemple choisi, à la tête de forage et il est entièrement enroulé sur le tambour 2, dans la rainure 20. On commence à effectuer le forage et la tête de forage s'enfonce dans le sol. Le câble 7 se déroule alors du tambour et, dans ce même mouvement, ctest-à-dire dans le sens dextrorsum illustré sur la Figure 1, le ressort 32 se déroule aussi de son enroulement 33 pour s'enrouler dans l'enroulement 34, en étant ainsi à nouveau bandé. Quand le forage est terminé, l'ensemble du codeur angulaire 40 est remis à zéro et, par exemple, le moteur 11 est commandé pour animer le tambour dans un mouvement de rotation inverse à celui du déroulement, c'est-à-dire dans le sens senestrorsum. Le câble est ainsi enroulé en étant parfaitement maintenu dans la rainure. En effet, pendant la rotation du tambour, la roulette 29 de l'ergot 22 se déplace, dans un mouvement relatif, dans la rainure 20, la barre de translation 25 subissant alors une translation d'amplitude un pas de la spirale constituant la rainure pour un tour de rotation du tambour. L'oeillet 24 dans lequel coulisse le câble 7 étant solidaire de l'ergot 22 se trouve ainsi automatiquement placé en regard de l'échancrure de la rainure dans laquelle doit être positionné le câble.De plus, dans ce deuxième mouvement, le ressort se déroule de l'enroulement 34 pour s'enrouler en 33, le mandrin 37 étant libre en rotation. La force de rappel élastique exercée par le ressort s'oppose à celle du moteur, afin d'exercer sur le câble une certaine tension constante, pour éviter qu'il ne subisse des soubressauts qui, par exemple, pourraient lui faire sauter des pas de la rainure du tambour. On constate que ce dispositif permet de guider parfaitement l'enroulement du câble sur le tambour en exerçant sur lui une tension relativement constante. La longueur de câble enroulée sur le tambour est donc parfaitement représentative de la longueur du déplacement linéaire de l'extrémité 9 de ce câble. Cette longueur d'enroulement peut facilement être obtenue par le codeur angulaire qui compte, soit le nombre de tours du disque 42, soit le nombre de portions de tour, à l'aide du codage 43. On peut même concevoir que, dans certains cas, pour des profondeurs relativement faibles, le moteur 11 puisse être débranché, de façon à ne pas intervenir dans l'enroulement du câble sur le tambour. Seule la force du ressort bandé pendant le forage entraine la rotation du tambour dans le sens senestrorsum et, de ce fait, l'enroulement du cible. Le ressort se substitue donc totalement, dans ce cas, au moteur, ce qui est très avantageux pour des raisons d'économie d'énergie, mais aussi lorsque le forage est effectué dans un lieu où il n'est pas facile de trouver de l'énergie électrique pour l'alimentation du moteur 11. Le dispositif illustré et décrit ci-dessus permet de connaître la longueur de cible enroulée sur le tambour, ou déroulée. Dans le cas particulier où la direction de la partie de cible située hors du tambour est perpendiculaire à l'axe de rotation de ce tambour, cette longueur correspond exactement à la profondeur du puits creusé calculée entre l'extrémité 9 du câble 7 et le tambour 2. Mais, dans certaines conditions d'utilisation, il se peut que cette direction ne soit pas perpendiculaire à l'axe de rotation du tambour. Dans ce cas, la longueur de cible mesurée n' est pas égale à la profondeur du puits. Le dispositif peut donc avantageusement comporter aussi des moyens permettant de connattre l'orientation de la partie de câble située hors du tambour par rapport à son axe de rotation et de déterminer, par calcul, la profondeur du puits. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de mesurer le déplacement linéaire d'un point matérialisé (1), caractérisé par le fait qu'il comporte - un tambour (2) présentant une surface d'enroulement (3), solidaire d'un arbre de rotation (4), - des moyens de paliers (5) dudit arbre de rotation (4), - un câble (7) dont une extrémité (8) est liée à ladite surface d'enroulement (3), et l'autre extrémité (9) est liée audit point (1), - des moyens (11, 33) pour exercer une première force pour entrafner ledit tambour (2) en rotation autour de l'axe (10) dudit arbre (4), afin d'enrouler ou dérouler ledit câble (7) sur ladite surface d'enroulement (3), - des moyens (30,33,34) pour soumettre ledit tambour à une deuxième force élastique en opposition à ladite première force, - des moyens (21) pour guider l'enroulement dudit câble sur ladite surface, et - des moyens (40) pour totaliser les valeurs angulaires de rotation dudit tambour. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens (21) pour guider l'enroulement dudit câble sur ladite surface comportent une rainure (20) continue réalisée en spirale sur ladite surface d'enroulement (3). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens (23) pour forcer ledit câble (7) à se positionner dans ladite rainure (20). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens (23) pour forcer ledit câble (7) à se positionner dans ladite rainure (20) comportent un ergot de guidage (22), des moyens pour maintenir ledit ergot (22) dans ladite rainure (20) de façon qu'il ait un seul degré de liberté de translation sensiblement parallèle à l'axe (10) dudit tambour (2), et des moyens (24) pour maintenir transversalement ledit câble (7) par rapport audit ergot (22). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens de maintien dudit câble (7) par rapport audit ergot sont constitués par un oeillet (24) solidaire dudit ergot (22). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de maintien dudit ergot (22) sont constitués par une barre (25) de translation comportant un palier de glissement (26) coopérant avec un guide longitudinal (27) pour permettre un déplacement dudit ergot parallèlement à l'axe (10) dudit arbre de rotation (4). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'ergot (22) comporte à son extrémité une roulette (29) coopérant avec ladite rainure (20). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens (30,33,34) pour soumettre ledit tambour (2) à des première et deuxième forces comportent un ressort (30) constitué d'une bande (31) sensiblement plate réalisée dans un matériau résilient précontraint, ledit ressort ayant une extrémité (35) fixée sur ledit arbre (4) enroulée dans un premier sens (33), l'autre extrémité (36) étant enroulée librement sur un mandrin (37) dans un deuxième sens (34), contraire audit premier, pour former sensiblement un "S" dont les deux extrémités sont enroulées. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour totaliser les valeurs angulaires de rotation sont constitués par un codeur angulaire (40). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour déterminer l'orientation de la partie du câble déroulée par rapport à l'axe de rotation dudit tambour.