Brevet FR2621115A1 — publié le 19890331

NIVEAU/INCLINOMETRE/ACCELEROMETRE ELECTRONIQUE PAR VARIATION DE CAPACITE - La présente invention concerne: - les systémes de mesure des différences de niveau et de mesure des inclinaisons. - les systéaes de assure des effets provoqués par les accélérations, décélérations de la force centrifuge et des inclinaisons du sol. Dans les autres dispositifs de ce genre la assure est effectuée au moyen de niveaux å bulle ou niveaux à fioles, qui obligent les utilisateurs à se rendre sur place, si celle-ci est accessible. Les théodolites, dispositifs optiques plus précis, et les viseurs au laser ne peuvent s'utiliser qu'a la condition qu'aucun obstacle ne s'in terfére dans le champ de la visée et que les niveaux servant de référence restent stables dans le temps. De plus, ces appareils fragiles ne supportent pas les intempéries et leurs coûts très élevé ne permettent pas de les imnobiliser pour effectuer en permanence des assures de surveillance. Les accélerorètres électroniques ne permettent pas de aesurer les inclinaisons et l'exactitude de leurs assures, qui dépend directement de leur bon fonctionnement, n'est contrôlable qu'avec un banc de assure. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter tous ces inconvénients, il est composé de deux boitiers identiques (1 A) (1 B), à facades transparentes, contenant un liquide anagnétique (2), ces boîtiers qui cor musiquent entre-eux par le bas par l'intermédiaire d'un tuyau (3) fixé autour du bord des orifices (4 A/B), cosouniquent également par le haut, au moyen d'un tuyau (6) fixé autour du bord des orifices (7 A/B). Dans le but d'amortir les brusques déplacements du liquide, d'un boitier dans l'autre, ceux-ci sont menins, autour de leur orifice de cosmu- nication (4 A/B), d'un embout réducteur (5), en forme de cuvette, compor- tant un trou au centre, dont le diamètre sera plus ou moins grand selon la nécéssité. La figure 1, sur la Planche 1, illustre schématiquement cet assewr blage, qui permet, entre les parties inférieures de deux boitiers (1 A) et (1 B), placés sur un meme niveau, le libre passage du liquide (2) d'un bord tier dans l'autre par l'intermédiaire du tuyau (3), à travers le réducteur (5)(en coupe), et d'autre part, entre la partie supérieure de chacun d'eux, le libre déplacement de l'air, d'un boitier dans l'autre, mais dans le sens inverse, par l'intermédiaire du tuyau (7). Cet ensemble fontionne en circuit ferme pour éviter la pollution en provenance de l'air extérieur et l'influence d'une éventuelle différence de pression atmosphérique entre les deux boîtiers. Dans le but de réaliser des condensateurs, des plaques métalliques conductrices (8), dont l'une est graduée verticalement (9), sont encastrées dans des séparateurs, en matière isolante, (lO) placés dans chacun des boitiers, de telle façon que toutes les surfaces des plaques soient maintenues à égale distance les unes des autres, permettant ainsi au liquide isolant, dans lequel elles sont immergées à moitié de leur hauteur, de circuler librement entre-elles, les faces des plaques lillimétrées étant dirigées vers les faces transparentes des boîtiers pour que le niveau du liquide et les échelles de lecture (9) soient visibles de l'extérieur. Les figures 2 et 3, sur la planche 1, représentent une échelle de lecture millimétrée (9), ascendante et descendante en partant du point zéro et un boitier (l) avec ses séparateurs incorporés (10). Après avoir été introduites dans les séparateurs les plaques sont reliées entre-elles, une sur deux, par soudure sur un fil électrique selon le schéma 4 de la planche 2, sur lequel toutes les plaques (a) sont soudées sur le fil (lla) et toutes les plaques (b) sont soudées sur le fil (llb), fils qui sortent des boitiers par les orifices (12 A/B > pour permettre l'exploitation des valeurs capacitives des condensateurs. Ainsi disposé, l'ensemble occupe tout le volume intérieur du boitier en laissant la possibilité au liquide de circuler librement, dans tous les sens, entre les plaques du condensateur. La figure 5, de la planche 2, représente un assemblage des deux condensateurs, dans lesquels le liquide isolant (2) et le fluide gazeux, qui forment les diélectriques, se partagent, entre les plaques, le volume intérieur des bottiers, ceux-ci ayant été placés sur le méme niveau, le niveau du liquide apparaît sur la ligne médiane (O) des échelles millimétri- ques ascendantes et descendantes visibles par transparence. La figure 6, de la planche 2, représente un méme assemblage, mais les deux condensateurs ayant été placés sur des niveaux différents, une partie du volume du liquide isolant (2), qui peut circuler librement entre les plaques et entre les bottiers, s'est déplacée, partant du boitier A vers le boitier B, en chassant une égale partie du fluide gazeux, qui s'est déplacé, en sens inverse, en partant du boitier B vers le boîtier A. Cette mise en pratique du principe des vases conunicants permet de mesurer la différence de hauteur entre les points de fixation des condensateurs, en relevant directement, par transparence, la valeur de la hauteur du niveau du liquide sur l'échelle de lecture dans l'un ou l'autre des boîtiers, le niveau se déplaçant proportionnellement et inversement sur l'échelle ascendante de l'un et sur l'échelle descendante de l'autre. L'application de ce principe et la possibilité de lire la mesure par transparence permet également, au cours de la pose de ce dispositif, de faire l'étalonnage sans appareil de assure, il suffit pour cela, apres avoir fixé l'un des deux boîtiers sur son support, de mettre l'autre en place en l'élevant ou en l'abaissant pour amener le niveau du liquide à la meoe hauteur, c'est å dire sur les mémes graduations des mêmes échelles dans chacun des boitiers, ensuite ajouter ou retirer du liquide pour amener son niveau sur la ligne nédiane (O) qui sépare les échelles ascendantes et les échelles descendantes. La valeur différentielle qui est indiquée dans chacun des boitiers étant inversée mais identique, permet dé lire, å travers un seul boîtier, la valeur de la différence de hauteur entre deux boîtiers séparés par une très longue distance. La position du niveau sur une échelle de lecture ascendante ou descendante indique également quel est le boitier qui occupe la position la plus élevée, ou la moins élevées par rapport à l'autre, le liquide et le fluide gazeux ne se déplaçant qu'en fonction de la variation de la hauteur entre les deux boitiers, le niveau positionné sur une échelle ascendante se trouve obligatoirement dans le boîtier occupant la position la plus basse et inversement. Les effets des variations de la température etant compensés par le fait que les modifications du volume du liquide, par dilatation ou contraction, et/ou la modification de sa pernitivité, interviennent dans le méme sens et pour une valeur identique sur le volume du liquide contenu dans les boîtiers, la modification du niveau de ce liquide, qui s'abaisse ou s'eleve simultanément et dans le méme sens sur les échelles de lecture, ne modifie pas la valeur de la difference de hauteur entre les condensateurs/capteurs. La variation du niveau du liquide dans chacun des condensateurs a pour effet de modifier la valeur capacitive de ceux-ci dans les neumes proportions, par variation de la permitivité du diélectrique. La valeur de la différence de capacité, assurée en sortie des fils Cli a-b), visible sur les afficheurs (13), figure 5, planche 2, est égale à (O) et est identique å la hauteur du niveau du liquide sur les échelles de lecture, cette différence est égale å 3 sur la figure 6 de la asme planche. Cette obligatoire équivalence de la valeur différentielle entre les deux systèmes de lecture, l'une électronique, à distance, l'autre physique, sur place, permet de contrôler le bon fonctionnement du dispositif, une inforMation sortant des tolérances, une défaillance du système électronique ou de l'alimentation électrique est vérifiable sur les lieux ou les condensateurs/capteurs sont utilisés, sans que les opérations de relevage des mesures et de surveillance de la stabilité de ces emplacepents soient interronpues.. Dans sa version inclinométre le dispositif reste techniquement inchangé Mais il possède des formes et des dimensions particulières, les condensateurs sont placés dans deux boîtiers rectangulaires comportant un des côtés cintre verticalement pour correspondre å la forme des plaques et les échelles de lecture des valeurs sont divisées en degrés.Ces bottiers, qui possedent également une façade transparente, sont fixés å chaque extrémité d'une règle de longueur variable Mis l'exploitation des valeurs capacitives des condensateurs peut également hêtre effectuée à distance par raccordement sur les fils (11 a-b). La figure 7, de la planche 3, montre ce dispositif dans lequel les condensateurs/capteurs sont fixés à chaque extrémité d'une règle (14) Les parties arrondies de ces boitiers et la forme de ces plaques, ont été calculées en fonction du centre géométrique du dispositif (15) qui tient compte de la distance séparant les boîtiers, ce qui permet au volume du liquide, de se déplacer dans les condensateurs sans subir de déformation et de respecter la valeur dimensionnelle des degrés d'inclinaison. Ce dispositif permet, cons dans la version précédente, d'obtenir et de mesurer les variations de capacité entre deux condensateurs, variations qui, dans ce cas, sont directement proportionnelles å la variation de l'inclinaison de la règle par rapport å un axe horizontal vrai du lieu. Dans ce dispositif qui effectue la mesure en degrés, plus la distance séparant les deux boitiers est grande, plus l'écart entre les degrés est important, plus la valeur de la mesure est précise. En mettant cet ensemble en mouvement, dans l'un ou l'autre sens de l'axe longitudinal (x-x'), figure 7, planche 3, cet ensemble fonctionne en accélérométre et par combinaison avec les variations de ses inclinaisons, il permet d'effectuer la mesure de l'assiette d'un mobile se déplaçant par rapport å l'axe horizontal (x-x') perpendiculaire à un rayon terrestre traversant le centre géométrique du dispositif, les variations provoquées par les vibrations, identiques dans les deux boîtiers, annulant leurs effets. Ce dispositif ne peut mesurer les variations que sur et par rapport à l'axe longitudinal Par la combinaison de quatre condensateurs placés perpendiculairement sur un méme plan horizontal, selon deux axes en forme de croix (x-x') et (y-y'), le dispositif ainsi schématisé et vu de dessus sur la figure 8, planche 3, permet d'effectuer la mesure complète de l'assiette d'un mobile. Dans une autre version, les quatres condensateurs sont montés côte å côte sur les axes (ru') et (y-y') selon le schéma de la figure 9, de la planche 3, et sont accouplés en diagonale selon deux axes horizontaux non perpendiculaires (a-a') et (b-b'), cet arrangement permet d'obtenir la me sure des variations en (x-x') et (y-y') pondérée par la somme géométrique de la mesure des condensateurs placés sur les axes (a-a') (b-b' > . Ces différentes façons de disposer les condensateurs sont données comme exemples et ne sont pas limitatives, d'autres arrangements, avec un nombre plus ou moins élevé de condensateurs, pourraient etre réalisés selon les besoins. La mesure électronique de ces condensateurs pouvant être effectuée à distance et exploitée en permanence, ces condensateurs peuvent etre utilisés comme capteurs et, selon l'adaptation de leurs formes et leurs dimensions, ces dispositifs peuvent servir & vérifier la stabilité et mesurer l'instabilité des ouvrages d'art, å mesurer les inclinaisons, à contrôler l'immobilisation des objets, ils peuvent aussi etre utilises comme correcteurs d'assiette sur les mobiles, être raccordés sur une boite noire capable d'enregister et de mémoriser les chocs. Dans le domaine des asservissements, ces dispositifs peuvent etre montés sur une grue pour contrôler les inclinaisons de la fleche et intervenir sur le déplacement du contrepoids pour équilibrer la charge et indiquer le seuil de la surcharge, ils peuvent également intervenir pour réduire la vitesse en descente des véhicules de manutention. Des inclinomètres de grandes longueurs, placés dans les longerons de la plateforme d'un véhicule, permettraient par l'extrême précision de la assure, d'asservir des vérins qui deviendraient capables de positionner rapidement la plateforme dans une position parfaitement horizontale sur 360'. REVBBDICATIOBS 1) Dispositif pour mesurer les différences entre des niveaux, pour mesurer les inclinaisons par rapport à un axe perpendiculaire à un rayon terrestre traversant le centre du dispositif et, par association de plusieurs dispositifs, pour assurer les inclinaisons par rapport à un plan horizontal de 360-, pour mesurer les effets de l'accélération, de la décélération et de la force centrifuge avec ou sans l'incidence de la mesure de l'inclinaison, caractérisé en ce qu'il comporte deux condensateurs à capacité variable, reliés par deux tuyaux permettant le déplacement, dans des sens inverses, de l'un vers l'autre et & l'intérieur des condensateurs, d'un liquide isolant et d'un fluide gazeux. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que chaque condensateur est contenu dans un boitier (1) transparent ou comportant une face transparente. 3) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que chaque condenteur est constitué de deux séries de plaques métalliques conductrices C8 > intercalées et écartées, immergées dans un liquide amegnétique (2) jusqu'a la moitié de leur hauteur. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que les plaques de chaque série sont relées entre elles par un fil électrique (lla) et (llb) permettant de mesurer la valeur capacitive du condensateur. 5) Dispositif selon revendication 3 caractérisé par le fait que la première plaque de chaque condensateur est munie d'une échelle de divisions, verticale, ascendante et descendante en partant d'un trait central zéro, divisions exprimées en degres ou en millimétres, selon le modèle correspondant aux mesures à effectuer. 6) Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le niveau du liquide isolant 2 s'élève et s'abaisse simultanément entre les plaques des condensateurs 8, selon le principe des vases communicants, en inversant proportionnellement leur valeur capacitive. 7) Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que la hauteur du niveau du liquide 2 sur les échelles de divisions 9 est visible par transparence, d travers les boitiers des condensateurs, ce qui permet d'étalonner le dispositif sans appareil de mesure, de lire la mesure de la différence de hauteur entre les niveaux ou la mesure de l'inclinaison et de controler le bon fonctionnement du dispositif en cas de panne du système de mesure électronique. 8) Dispositif selon revendication 7 caractérisé par le fait que les trop brusques déplacements du volume du liquide, d'un condensateur dans l'autre, à travers le tuyau 3 et/ou à travers le tuyau 6, sont amortis par un variateur 5 de la section du passage du fluide. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un tuyau 6 permettant le libre passage des fuides gazeux, relie les deux condensateurs, dans le but d'éviter la pollution en provenance de l'air extérieur et de supprimer les effets d'une éventuelles différences de pression atmosphérique à l'intérieur des boitiers des condensateurs. 10) Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que pour son utilisation en inclinométre les deux condensateurs sont fixés aux extrémités d'une règle de longueur variable 14.