Brevet FR2614698A1 — publié le 19881104

L'invention concerne un dispositif pour la mesure de la force de traction supportée par un câble et l'installation pour la mise en oeuvre de ce dispositif. Les cables électriques ou à fibres optiques de grande longueur (plusieurs kilomètres), par exemple pour la transmission d'informations, doivent souvent être tirs à l'intérieur de tuyaux ou de gaines enterrés dans le sol. I1 est important, lors de la traction du câble dans son tuyau, de pouvoir mesurer, en permanence, la force de traction qu'il subit, afin de vérifier à chaque instant que cette force ne dépasse pas une valeur limite au-delà de laquelle on risque de détériorer partiellement ou totalement le cable. Pour effectuer cette mesure, on souhaiterait pouvoir disposer d'un dispositif de petite dimension et, notamment, de petit diamètre, qui puisse s'accrocher à l'extrémité du câble à tirer, c'est-à-dire entre le câble de traction et le câble à tirer et qui puisse se déplacer à l'intérieur de la gaine enterrée, au fur et à mesure de l'avancement du cabale. Jusqu'à présent, aucun résultat n'a cependant été obtenu car il convenait de résoudre plusieurs problèmes et, notamment, ce dispositif de petite dimension devait effectuer une mesure précise, linéaire et sans hystérésis de la force de traction supportée par le câble, indépendamment des forces de torsion et de cintrage qu'il pouvait subir, ce dispositif devant, en outre, transmettre la grandeur mesurée à un moyen d'affichage extérieur, sans nécessiter la mise en oeuvre de moyens de transmission complexes, fragiles et encombrants incorporés, par exemple, au câble de traction. La présente invention apporte une solution à ces problèmes et concerne à cet effet un dispositif pour la mesure de la force de traction supportée par un câble, caractérisé en ce qu'il se compose d'un boitier cylindrique dont l'une des extrémités est pourvue d'un moyen d'accrochage et dont l'autre extrémité est traversez de manière coulissante par une tige. également pourvue d'un moyen d'accrochage à son extrémité située à l'extérieur du boitier, la partie de la tige située à l'intérieur du boitier étant pourvue d'une jauge de mesure sensible à l'allongement de la tige, tandis que l'extrémité de cette partie de tige située a' à l'intérieur du boitier, est pourvue de moyens assurant son maintien en position, à l'intérieur du bottier, à l'encontre des forces de traction s'exerçant sur les moyens d'accrochage. Suivant une autre caractéristique de 1 'i n - vention. le boitier est un bo i t i er étanche. des moyen s d'étanchéité étant prévus entre la tige coulissante et le boitier. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen assurant le maintien de l'extrémité de la tige située à l'intérieur du boitier, est constitué par un rebord prévu à l'extrémité de la tigre, ce rebord s'appuyant sur un épaulement prévu à l'intélieur du boiter. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la jauge sensible à l'allongement de la tige est fixée sur la tige à hauteur d'une chambre délimitée par l'épaulement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le boitier contient un circuit électronique pour le traitement de la valeur mesurée par la jauge, ainsi qu'une batterie pour son alimentation, ce circuit étant relié électriquement, d'une part. au moyen d'accrochage isolé du bo4itier, d'autre part, au moyen d'accrochage de la tige coulissante, par l'intermédiaire du bolier. L'invention concerne également une installation pour la mesure de la force de traction supportée par un câble, caractérisée en ce que le dispositif est relié électriquement et mécaniquement, par ses moyens d'accrochage, au cable à tirer et à un câble de traction constituant les moyens de transmission du signal de mesure à fréquence variable de mesure, l'extrémité libre de l'un des câbles étant reliée directement à la terre, tandis que l'extrémité libre de l'autre câble est reliée à la terre par une électronique pourvue d'un moyen d'affichage d'une grandeur fonction de la valeur mesurée par la jauge du cispositif et transmise par les câbles. L'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure I est une vue en coupe longitudinale d'un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue -schématique d'une installation pour la mise en oeuvre du dispositif de la figure 1. - la figure 3 est le schéma électrique du circuit incorporé au dispositif de la figure 1. La présente invention a en conséquence pour but la réalisation d'un dispositif qui assure, en permanence, la mesure précise, linéaire et sans hystérésis de la force de traction supportée par un cable au cours de son tirage dans une gaine enterrée, la valeur mesurée étant transmise de manière simple à un moyen d'affichage situé, par exemple, à hauteur d'un treuil de traction afin qu'un observateur, ou un dispositif d'asservissement, puisse vérifier à chaque instant la force de traction supportée par le câble et réduire la vitesse d'entra;nement, ou éventuelle- ment l'annuler, si cette force dépasse une valeur limite prédéterminée. Ce dispositif se compose (v-oir figure 1) d'un boitier métallique rigide, cylindrique à section circulaire 1, comportant à chacune de ses extrémités un oeillet 2, 3, pour l'accrochage du dispositif, d'une part, à un câble à tirer 4 enroulé sur-un touret 5 porté par un chariot 6, d'autre part, à un câble de traction 7 s'enroulant sur le tambour 8 d'un treuil 9. Le dispositif représenté sur la figure 1 doit ainsi mesurer la force de traction supportée par le câble à tirer 4, lors de sa traction par le câble 7 à l'intérieur d'une gaine ou d'un tuyau enterré 10. L'oeillet 3 est métallique et est fixé par exemple par vissage à l'extrémité d'une tige métallique 11 qui est montée à coulissement étanche dans une bague métallique 12 prévue dans un perçage de section correspondante réalisée dans un bouchon d'extrémité métallique 13 du tube 1. Ce bouchon 13 est fixé par vissage sur l'extrémité du tube 1 avec interposition d'un joint d'étanchéité 14. De même, l'étanchéité entre le bouchon 13 et la tige 11 est confortée par la présence d'un joint annulaire compressible 15 disposé dans le fond d'un logement du bouchon 13 recevant la base de l'oeillet 3. Cette disposition permet d'assurer ltétar,- chéité de cette extrémité du boitier, malgré le montage coulissant de la tige 11. L'extrémité de cette tige 11 située à l'intérieur du boitier, est pourvue d'un rebord 16 qui se loge, avec jeu latéral, à l'intérieur du tube 1 et qui vient en appui, par une face plane 161, contre l'extrémité plane d'un manchon 17 rapporté à l'intérieur du tube 1. Ce manchon s appuie à son autre extrémité contre le bouchon 13. Dans cette construction, le bouchon 13 et le manchon 17 sont montés sans jeu axial autour de la tige ll entre l'oeillet 3 et la tête 16, ce montage autorisant cependant le "coulissement" de la tige 11 à l'intérieur du bouchon 13 lorsqu'elle subit un allongement fonction de la force de traction exercée par le câble de traction. Le manchon 17 délimite autour de la tige 11 une chambre 15 à hauteur de laquelle est fixée, sur cette tige 11, une jauge de mesure 19. Cette jauge de mesure est fixée, par exemple par collage, sur la tige 11 à une distance de l'extrémité de cette tige adjacente du rebord 16, qui est comprise entre 5 et 35 % de la longueur de cette tige. Cette disposition permet d'éviter des erreurs de mesure de la jauge 19 et résultant de contraintes meca- niques (torsion et/ou flexion) qui ne sont pas dirigées sur la tige 11 dans son sens axial. La suppression de ces erreurs de mesure résulte également du léger jeu latéral 162 existant entre le rebord 16 et l'intérieur du tube 1, ainsi que de l'application de ce rebord 16 en 161 sur l'extrémité plane du manchon 17. L'oeillet métallique 2 est monté à l'autre extrémité du boltier 1 par l'intermédiaire de pièces isolantes assurant son isolement électrique par rapport au boitier 1 et, donc, par rapport à l'oeillet opposé 3. L'oeillet 2 est à cet effet fixé dans la pièce d'extrémité du boitier 1 avec interposition d'un manchon isolant 21 et par l'intermédiaire d'une vis 22 dont la tête s'appuie sur la pièce 20 avec interposition de rondelles isolantes 23. A l'intérieur du boitier 1, entre le rebord 16 et l'écrou 22, est disposé le circuit imprimé 24 supportant la partie électronique du dispositif, ce circuit 24 étant fixé par soudure en 25 à l'extrémité d'une batterie d'alimentation 26. L'ensemble constitué par le circuit 24 et la batterie 26 est maintenu dans le boitier par un jonc 27 ou encore par un ressort disposé entre le rebord 16 et le circuit imprimé 24. La liaison électrique entre la jauge de mesure d'allongement de la tige 11 et les composants du circuit imprimé 24, est assurée par des conducteurs 27 passant au travers d'une orifice 163 du rebord 16. Les bornes du circuit 24 sur lesquelles apparaissent, après traitement, les signaux significatifs de la valeur mesurée par la jauge 19, sont reliées, d'une part, au boitier 1 et donc à l'oeillet 3 par les pièces 13 et 12, d'autre part, à la vis 22 et donc à l'oeillet 2 fixé de manière isolée sur le boitier 1 en conservant l'étanchéité de ce boiter. La partie électronique du circuit 24 est représentée sur la figure 3. La jauge de mesure 19 est réalisée sous la forme d'un pont de eheatstone h e a t s t o n e d dont les quatre branches sont constituées par des éléments de jauge de mesure d'allongement constitués chacun par un fil conducteur d'électricité plié en zigzag et dont la résistance est fonction de l'allongement qu'il subit. Deux des éléments 191 et 192 qui sont disposés en diagonale sur cette jauge, forment les brins actifs et sont fixés sur la tige 19 de manière que les plis du fil soient orientées dans le sens de la longueur de la tige. Par contre, les deux autres éléments 193 et 194 disposé s dans les deux autres diagonales opposées de ce pont, constituent les éléments inactifs et sont fixes sur la tige 11 de façon que les plis des fils soient orientés transversalement à la longueur de la tige 11.Ces éléments 193 et 194 sont bien entendu d'une résistance identique à celle des éléments 191 et 192, ils sont insensibles à l'allongement de la tige 11 du fait de leur disposition géométrique et sont destinés à assurer, d'une part, la compensation en température du pont de wheatstone et, d'autre part, l'équilibre du pont au repos par les quatre résistances identiques. Ce pont qui est normalement équilibré du fait de la présence des quatre éléments 191, 194 de résistance identique, est déséquilibré par la présence d'une résistance R1 en parallèle sur l'un des éléments (193) d'une branche inactive du pont. Cette disposition permet d'obtenir une valeur de déséquilibre du pont et. donc, un signal de mesure fréquentiel lorsque la tige 11 ne subit aucune traction. La jauge 19 constituée par ce pont de wheatstone est alimentée par un amplificateur opérationnel 30 dont le gain est déterminé par le rapport des résistances R2 et R3. L'amplificateur opérationnel 30 est al'imenté par une source interne de tension 31 produisant la tension stabilisée nécessaire. La tension amplifiée issue de l'élément 30 est amenée sur l'une des diagonales du pont de fiheatstone afin de recueillir en 32, sur la diagonale opposée de ce pont. une tension différentielle fonction de l'allongeme-t de la tige 11 et, donc, de la force de traction supportée par le câble à tirer 4. Cette valeur de déséquilibre est amenée à l'entrée d'un amplificateur opérationnel 33 dont le gain est déterminé par une relation entre les résistances R4 et 55 et la résistance globale du pont de wheatstone 19. Le signal en résultant est amené sur un convertisseur tensionifréquence 34 dont la fonction de transfert est déterminée par les résistances R6 et R7 et le condensateur C3. Dans ce circuit, la résistance R8 détermine la valeur du courant d'émission et, donc, la puissance d'émission du signal, tandis que les deux condensateurs polarisés C1, C2 branchés en série-opposition, permettent d'obtenir une forte capacité sous un faible encombrement et de constituer un montage non polarisé destiné à éviter les tensions inverses. Le conducteur 35 est relié au corps du boitier 1 et, donc, à l'oeillet 3, alors que le conducteur 36 est relié à l'oeillet isolé 2. Le signal de mesure est ainsi disponible sur les oeillets 2 et 3 qui constituent les bandes d'émission du dispositif. L'un de ces oeillets est donc relié mécaniquement et électriquement au câble à tirer 4. soit en établissant une jonction électrique entre l'oeillet et l'un des brins conducteurs du câble s'il s'agit d'un câble électrique, soit en établissant la jonction électrique entre, l'oeillet et le blindage métallique du cabale s'il s'agit d'un câble à fibres optiques. Ce câble 4 est relié à la terre en 3; par son autre extrémité. Le câble de traction métallique 7 est accroché à l'autre oeillet du dispositif et est donc automatiquement relié électriquement. L'extrémité libre de ce cable est reliée électriquement à un ensemble électronique 36 par ailleurs relié à la terre et qui comprend un préamplificateur 39, un filtre passe-bas 40 suivi d'un filtre passe - haut 41 permet tant le passage d 'une bande de fréquence comprise, par exemple, entre 400 Hz et 5 kHz, à l'intérieur de laquelle se situe la fréquence du signal de mesure, un amplificateur 42, un étage 43 de conversion fréquence/tension et un dispositif 44 d'affichage de la force de traction mesurée, ce dispositif étant, par exemple, constitué par un enregistreur. Cet ensemble électronique est également muni d'une sortie électrique proportionnelle permettant de commander automatiquement le treuil (régulation de vitesse en fonction de l'effort3 et d'une sortie électrique en boucle sèche (contact d'un relais) permettant l'arrêt automatique du treuil en fonction d'un effort programmé. Dans ce circuit, il est également prévu deux contacts S1, S2, à lames souples en ampoules de verre commandés par champ magnétique, qui sont fermés au repos, montés en série et disposés géométriquement pour que l'un ou l'autre de ces contacts soit actionné par un champ magnétique (par exemple aimant permanent) placé contre le bottier afin de couper l'alimentation de l'électronique tout en autorisant la charge éventuelle de la batterie par une source de tension reliée par une diode D1 aux memes conducteurs que ceux utilisés pour l'émission du signal de mesure (35 et terre). Cette disposition permet de sauvegarder la charge de la batterie le plus longtemps possible lors de la mise en oeuvre des câbles et d'éviter une émission continuelle, donc des cycles de charge/décharge répétés et continuels de la batterie, d'où une durée de vie grandevent améliorée. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour la mesure de la force de traction supportée par un câble, caractérisé en ce qu'il se compose d'un bottier cylindrique (1) dont l'une des extrémités est pourvue d'un moyen d'accrochage (2) et dont l'autre extrémité est traversée de manière coulissante par une tige (11), également pourvue d'un moyen d'accrochage à son extrémité située a' à l'extérieur du boitier, la partie de la tige (11) située à l'intérieur du boitier étant pourvue d'une jauge de mesure (19) sensible à l'allongement de la tige, tandis que 1 'extré- mité de cette partie de tige située à l'intérieur du boitier, est pourvue de moyen (16) assurant son maintien en position, à l'intérieur du bottier, à a' l'encontre des forces de traction s'exerçant sur les moyens d'accrochage. 2) Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le bottier (1) est un boitier étan- che, des moyens d'étanchéité (12, 15) étant prévus entre la tige coulissante (11) et le boîtier. 3) Dispositif conforme à la revendication 1. caractérisé en ce que le moyen assurant le maintien de l'extrémité de la tige (11) située à l'intérieur du boitier, est constitué par un rebord prévu à l'extrémité de la tige, ce rebord s' appuyant sur un épaulement (17) prévu à l'intérieur du boiter. 4) Dispositif conforme à la rev-endication 3, caractérisé en ce que l'épaulement est constitué par un manchon rapporté (17) en appui de compression entre l'extrémité (13) du boltier et le rebord (16) de la tige. 5) Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la jauge (19) sensible à 1 'allon- gement de la tige (11) est fixée sur la tige à hauteur d'une chambre (18) délimitée par l'épaulement (17). 6) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ;iauge est fixée sur la tige (11) à une distance de 1 'une des extrémités de la tige comprise entre 5 et 35 % de la longueur de cette tige. 7) Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur du rebord (16) est inférieure à la largeur interne du bottier (1). 5) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boltier (1) est un bottier métallique et est pourvu de moyens d'accrochage (2, 3) métalliques, le moyen d'accr-ochape (3) relié à la tige coulissante étant relié électriquement au boitier, tandis que le moyen d'accrochage (2) fixé mécaniquement à l'autre extrémité du bottier est en même temps isolé électriquement de ce boîtier. 9) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier contient un circuit électronique (24) pour le traitement de la valeur mesurée par la jauge (l9). ainsi qu'une batterie (26) pour son alimentation, ce circuit étant relié électriquement. d'une part, au moyen d'accrochage (2) isolé du boîtier (1), d'autre part, au moyen d'accrochage (3) de la tige (11). 10) Dispositif conforme à la revendication 1. caractérisé en ce que la jauge de mesure (19) comprend quatre éléments de 'jauge (191, 192 193. 194) disposés pour constituer les quatre branches d'un pont de uheatstone, ce pont étant déséquilibré par une résistance (R1) disposée en parallèle sur l'une de ses branches. 11) Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit électronique comporte un convertisseur tension/fréquence recevant la tension mesurée p-ar la jauge (19). 12) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la batterie (26) est reliée, d'une part, au conducteur (35) d'émission du signal de mesure par l'intermédiaire d'une diode (D1), d'autre part, au circuit électronique, pour son alimentation par des contacts (S1, S2) de commande par champ magnétique. 13) Installation pour la mesure de la force de traction supportée par un câble, caractérisée en ce que le dispositif est relié électriquement et mécaniquement, par ses moyens d'accrochaae, au câble à tirer (4) et à un câble de traction constituant les moyens de transmission du signal de mesure à fréquence variable, l'extrémité libre de l'un des câbles (4) étant reliée directement à la terre, tandis que l'extrémité libre de l'autre câble (7) est reliée à la terre par une électronique (3;) pourvue d'un moyen (44) d'affichage d'une grandeur, fonction de la valeur mesurée par la jauge (19) du dispositif et transmise par les cables (4, 7) et la terre.