Brevet FR2643451A1 — publié le 19900824

L'invention concerne un dispositif de mesure d'inclinaison d'un plan par rapport à un système de référence. On connaît déjà deux catégories d'appareils de ce type appelées inclinomètres uniaxes et inclinomètres bi-axes suivant que l'inclinaison d'un plan (P) est mesurée par rapport à un axe (Ox) ou par rapport à deux axes de référence (Ox) et (ou). En outre les inclinomètres, uniaxes ou bi-axes, fonctionnent selon divers principes de détection de l'inclinaison, par exemple en utilisant un pendule, un objet roulant, la surface d'un liquide, un gyroscope. A titre d'exemple un inclinomètre à galvanomètre disponible sur le marché est un capteur d'instrumentation asservi en boucle fermée dont l'élément sensible est un galvanomètre balourdé. Quand l'appareil est incliné d'un angle (s), le pendule a tendance à suivre cette inclinaison, sa position est détectée et traduite en un courant de rappel injecté dans le galvanomètre pour le ramener à la position d'équilibre. Ce courant de rappel, proportionnel à l'inclinaison (Ox) par rapport à ltaxe de référence (Ox), est mesuré aux bornes d'une résistance de précision. Un inclinomètre bi-axe, de la même marque que le précédent, fonctionne comme deux inclinomètres uniaxes, délivre deux courants de rappel, respectivement proportionnels aux inclinaisons (Ox) et (Oy) par rapport aux axes (Ox) (Oy). On ne connaît pas encore d'inclinométre capable de mesurer l'inclinaison d'un plan (P) par rapport à un plan de référence. Le but de la présente invention est donc de trouver une solution à un probléme non encore résolu. L'inclinomètre, objet de l'invention, est appelé I dans la suite du texte. Placé sur un plan, l'inclinomètre I permet de mesurer l'angle entre ce plan et un plan de référence horizontal (ou considéré comme tel). C'est-à-dire - l'angle entre la droite de plus grande pente du plan sur lequel est placé I, et la projection de cette droite sur le plan de référence ou encore - l'angle entre une droite perpendiculaire au plan sur lequel est placé I et une droite verticale (ou considérée comme telle). L'inclinomètre I est constitué principalement et non limitativement - de deux inclinomètres de type uni-axial, ou d'un inclinomètre deux axes, - d'une carte électronique. La carte électronique reçoit les deux signaux électriques des deux inclinomètres, traite ces deux signaux de façon analogique, et restitue un signal proportionnel à l'angle mesuré. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après, et des figures annexées, à savoir - figure 1 : schéma de principe pour la justification mathématique. - figure 2 : schéma fonctionnel de l'inclinomètre I. On se reportera tout d'abord à la figure 1 pour établir la justification mathématique du principe de fonctionnement de l'inclînomêtre I. On pose - P le plan dont on cherche l'inclinaison, - (Oxyz) un repère orthonormé de l'espace tel que O appartienne à P et tel que (Oxy) soit le plan de référence, - (Oz') la droite perpendiculaire à P et passant par 0, - e l'angle entre (Oz) et (Oz'), - a l'angle entre (Ox) et la projection de (Oz') dans le plan (Oxy), - Dy.o, est la droite intersection de P et du plan (Oxz), - Dx,#,&alpha; est la droite intersection de P et du plan (Oyz), - #x l'angle entre les droites (Ox) et Dy,#,&alpha;; - #y l'angle entre les droites (Oy) et Dx,#,&alpha; Dans le repère (Oxyz) on a - équation de P x.cosa.sine + y.sina.sine + z.cos# = 0 - équations de Dx,#,&alpha; et de Dy,#,&alpha; : {x.cos&alpha;.sin# + z.cos# = 0 fy = 0 @y.sin&alpha;.sin# + z.cos# = 0 = = On a les relations - tg#x = cos&alpha;.tg# - tg#y = sin&alpha;;.tg# - tg2#x + tg2#y = tg2# soit # = ArctgJtSzQx ttgz (formule F1) - a = Arctg tg#y (formule F3) tgEx Remarques - pour des angles "petits" (0-15 ), la relation devient (formule F2) - #x et #y sont les angles mesurés par des inclinomètres de type uni-axial placés sur P. Par conséquent, si sur le plan (P) dont on souhaite mesurer l'inclinaison, on place deux inclinomètres de type uniaxe placés à angle droit, et si on traite dans une carte électronique les deux signaux images de (#x) et (#y) d'après l'une des formules (F1, F2) ci-dessus, on obtiendra en sortie de la carte électronique un signal image de (s). De la même manière, il est possible de mesurer (a) par la formule F3 et donc de donner dans (P) la direction de la plus grande pente. On connaît plusieurs fournisseurs de cartes électroniques réalisant les fonctions F1, F2, F3- ci-dessus, à titre d'exemple : BURR BROWN (modèle 4302) et ANALOG DEVICE (modèle AD637). On se reportera à présent simultanément aux figures 1 et 2 pour décrire un mode de réalisation préféré mais non limitatif de l'invention. L'inclinomètre I comporte en combinaison - d'une part un inclinomètre deux-axes (5) de type connu placé sur le plan (P), délivrant deux signaux (Si) et (82 > qui sont respectivement les images de Ex et Oy #y ; - d'autre part un ensemble électronique de traitement (1,2,3) qui traite les signaux (S1 , S2 ) de façon analogique et restitue un signal (S) proportionnel à l'angle (O). L'ensemble électronique (1,2,3) est composé principalement - de deux moyens amplificateurs (1), (2) dont les signaux d'entrée sont respectivement (Sl) et (S2) et dont les signaux de sortie (Si, S'2 ) sont adaptés aux entrées d'un module fonctionnel (3) - d'un module fonctionnel (3) ou carte électronique de type connu capable de réaliser au moins la formule (F1) décrite précédemment et délivrant un signal de sortie (S) qui sera image de 0. Le signal de sortie (S) du module fonctionnel (3) est amplifié par un moyen d'amplification (4) de type connu, en vue de son utilisation, par exemple sur un moyen d'affichage du signal (S'), et/ou sur un comparateur du signal (S') par rapport à un seuil donné. Le signal (S') détecté en fin de chaine est une image de l'angle d'inclinaison e du plan (P) par rapport au plan repère (Oxyz). On peut prévoir des- variantes et/ou des options au mode de réalisation qui vient d'être décrit - le module (3) peut réaliser la fonction F3 = Arctg tgS'2 tgS'1 et délivrer un signal. (S') proportionnel à (a), l'inclinomètre I pourra donc donner dans (P) la direction de la plus grande pente, - le module (3) peut réaliser la fonction F2=J82'i+82'2 à la place de la fonction F1, si la plage des angles à mesurer est comprise entre .00 et 150.A titre indicatif pour des angles de valeur absolue inférieure à 150 l'imprécision théorique introduite par la formule est inférieure à 1 %, la précision de la chaine de mesure justifie donc le remplacement de F1 par F2, - suivant les besoins les signaux électriques (Sl, S2, S'1, S'2, S, S') peuvent être des courants ou des tensions, - l'inclinomètre (5) peut être remplacé par deux inclinomètres uniaxes placés à l'angle droit, - l'inclinomètre bi-axes et les inclinomètres un axes peuvent fonctionner selon l'un quelconque des principes de détection connus indiqués en début de description, - l'inclinomètre (5) peut en plus réaliser, de façon connue en soi, une fonction d'accéléromètre : par la mesure de e on pourra déterminer la plus grande accélération horizontale d'un solide, et/ou, par la mesure de a on pourra déterminer la direction de la plus grande accélération du même solide dans le plan horizontal. Des variantes de réalisation fonctionnellement équivalentes ne sortiraient pas du cadre de la protection si elles résultaient par exemple - de l'évolution technologique des composants électroniques, - de méthodes mathématiques d'approximation de formules autre que celle employée ici. REVENDICATIONS 1. Dispositif caractérisé en ce qu'il comporte au moins en combinaison - un moyen de mesure d'inclinaison bi-axes pour délivrer deux signaux (S1, S2) images des inclinaisons (ex, ey) du plan (P) par rapport à deux axes (Ox, Oy) d'un repère orthonormé (Oxyz) de l'espace, dont 0 appartient également à P et dont (Oxy) est le plan de référence, - un ensemble électronique de traitement qui traite les signaux (Si, S2) de façon analogique et restitue un signal (S) proportionnel à l'un des angles P et passant par er et a l'angle entre (Ox) et la projection de (Oz') dans le plan (Oxy). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble électronique de traitement est composé principalement de deux moyens amplificateurs (1, 2) dont les signaux de sortie (S'1, S'2) sont adaptés aux entrées d'un module fonctionnel (3) capable de réaliser la fonction mathématique suivante : Arctg #tg2S'1 + tg2S'2 et délivrer un signal de sortie (S) image de l'angle #. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble électronique de traitement est composé principalement de deux moyens amplificateurs (1, 2) dont les signaux de sortie (S'1, 82) sont adaptés aux entrées d'un module fonctionnel (3) capable de réaliser la fonction mathématique suivante : Arctg tqS' tgS '1 et délivrer un signal de sortie (S) image de l'angle a pour repérer la ligne de plus grande pente dans le plan horizontal. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'ensemble électronique de traitement est composé principalement de deux moyens amplificateurs (1, 2) dont les signaux de sortie (S'1, S'2) ) sont adaptés aux entrées d'un module fonctionnel (3) capable de réaliser la formule simplifiée suivante : #S'21+S'22 pour des valeurs d'angles inférieures à 150. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen d'amplification (4) qui reçoit le signal de sortie (S) du module fonctionnel (3) et délivre un signal final (S') propre à être utilisé. 6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre au moins l'un des deux moyens suivants : (un affichage du signal S', un comparateur du signal S' par rapport à un seuil donné). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de mesure d'inclinaison (5) pour délivrer les signaux (S1, S2) est constitué d'un inclinomètre bi-axe. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de mesure d'inclinaison (5) pour délivrer les signaux (Si, 82) est constitué de deux inclinomètres uni-axes. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a également une fonction d'accéléromètre.