Brevet FR2642775A1 — publié le 19900810

La présente invention est relative à un dispositif de détection de passage, son procédé de pose et ses applications à la détection de passage de véhicules, à la classification des véhicules, à la pesée dynamique, à la mesure de vitesse ce dispositif est constitué en partie par un ou plusieurs rubans de film piézo- électrique. Il est connlu de réaliser des mesures de comptage, de sélection, de vitesse, de pesage, de positions de véhicules, munis de roues en contact avec le sol en utilisant comme détecteur un cable à effet piézo-électrique destiné à délivrer des signaux électriques à un dispositif de mesure. Généralement de tels dispositifs sont placés dans des saignées pratiquées dans la chaussée et sont de ce fait de mise en oeuvre lourde, et donc onéreux. D'autre part, les dispositifs de pesage dynamique par cables piézoélectri- ques sont complexes à réaliser car l'enrobage du cAble piézo-électrique doit être réalisé de manière à limiter les effets des coefficients piézoélectriques des axes longitudinaux et transversaux pour ne prendre en compte que la composante verti- cale; dans le cas du film piézo-électrique, laforme est telle que l'effet transversal est réduit; l'effet longitudinal est limité par un choix correct de la rigidité du matériau supportant le film. Si des principes de fonctionnement de sytème à film piézo-électrique ont déjà été énoncés, ia mise en oeuvre réelle est très délicate et les produits peu fiables. La présente invention a pour but de proposer la réalisation du dispositif de détection à film piézo-électrique, simple à placer sur ou dans la chaussée, ou démontable d'une pièce métallique scellée dans la chaussée. Elle a pour objet un dispositif de détection de passage sur une- chaussée du type comportant un ruban de film piézo-électrique, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un profilé plat légèrement bombé dans lequel se trouve le film piézo-électrique; le dit-profilé étant réalisé en matériau plastique souple ou en caoutchouc. Le profilé peut également avoir la forme d'un tube rectangulaire ou trapézoTdal dont la face supérieure serait légèrement bombée. Le profilé peut également avoir la forme d'un tapis souple dans lequel seraient placés plusieurs rubans de film piézo-élec- trique, associés ou non avec d'autres capteurs tels que des boucles à induction. La présente invention a également pour objet des dispositifs et méthodes de fixation dans et sur la chaussée, les dispositifs décrits ci-dessus peuvent être, 3-5 soit collés sur la surface de la chaussée, soit collée dans un ouverture de dimension légèrement supérieure au profilé ou encore montés mécaniquement dans un système de queue d'aronde prévu à cet effet ou encore collés dans une saignée. D'autres méthodes de pose peuvent consister h clouer des sortes de cava- liers ou avec des clous, le profilé comportant le ou les rubans de film piézo- électriques. La présente invention a également pour but la réalisation d'un tapis capteur d'usage général caractérisé en ce qu'il comporte deux rubans piézo-électri- ques placés parallèlement l'un à l'autre, à une distance parfaitement connue et une boucle à induction; l'ensemble ainsi réalisé permet d'identifier les essieux appartenant à un véhicule donné ainsi que de peser les essieux en traitant les signaux issus de chacun des deux rubans piézo-électriques. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront au cours de la des- cription qui va suivre. Aux dessins donnés uniquement à titre d'exemples les figures 1 a et b sont des vues schématiques en coupe d'un dispositif suivant l'invention, pouvant être collé sur la chaussée. * les figures 2 a, b et c sont des vues schématiques en coupe d'autres variantes d'un dispositif suivant l'invention, pouvant être collés sur la chaussée. * les figures 3, 4, et 5, sont des vues schématiques d'autres dispositifs suivant l'invention, pouvant être collés sur la chaussée. * les figures 6 a et b sont des vues schématiques en coupe d'autres dis- positifs suivant l'invention, destinés à être insérés dans la chaussée. = les figures 7 a, b et c sont des vues de dessus d'une chaussée équipée de un su plusieurs capteurs par voie de circulation, seul ou associé à une boucle à induction. * les figures 8 a et b montrent des exemples non limitatifs de pose par collage sur la chaussée. * les figures 9 a, b, c, et d, montrent des exemples non limitatifs de pose du système en insertion dans la chaussée. * la figure 10 est un schéma de principe d'un système de traitement du signal issu du capteur décrit ci-dessus, permettant de détecter et classer les essieux passant sur le capteur en plusieurs catégories de poids dynamique. A la figure la, le capteur est constitué par un ruban (2) de film piézo- électrique de préférence en matériau polymère souple, placé entre un ruban (1) de matériau très rigide dans l'axe de déplacement des véhicules "L" mais formant ressort dans l'axe perpendiculaire au déplacement du véhicule "1"I et un conducteur (3) ductile d'épaisseur suffisante pour ne pas se rompre lors du passage des véhi- cules. Le conducteur (3) sera maintenu sur le film piézo-électrique (Z) par une ) couche d'adhésif conducteur (4) déposée au préalable soit sur le film piézo-électri- que, soit sur le conducteur (3). L'ensemble ainsi formé est ensuite noyé par mou- lage, extrusion ou autre procédé dans un matériaux (5) du type élastomère, résine polyuréthane ou caoutchouc ayant une dureté supérieure à 50 ShA. La dimension des pièces utilisées pour la réalisation du capteur permet de réaliser des ensembles finis (7) de plusieurs mètres de longueur, de quelques millimètres d'épaisseur et de 40 à 80 mm de largeur. A titre d'exemple, nous utiliserons pour réaliser le support (1) une lame d'acier à ressort ou d'acier pour réaliser les scies à ruban de 25 mm de largeur et de quelques dizièmes de millimètres d'épaisseur, pour réaliser (3 et 4) une bande de cuivre autocollante de quelques dizièmes de millimètres d'épaisseur et de 15 mm de largeur, pour réaliser (2) un film de PVDF piézo-électrique de mm de largeur et de 410 l.m d'épaisseur. La couche d'acier utdlisée comme support du ruban de film piézo-électri- que est destinée à améliorer considérablement la qualité du signal fourni par le capteur en limitant l'effet dynamique du véhicule dans le sens de son déplace- ment en supprimant la déformation du capteur dans le sens longitudinal "L" pour ne prendre en compte que l'effort "P". La déformation suivant "1" sera également limitée par la feuille d'acier (1). La déformation suivant "P" est également limitée en employant pour l'enrobage (5) un matériau plastique souple suffisamment dure pour éviter l'enfoncement du métal et le poinçonnage de la résine. On recherchera - un caoutchouc naturel ou de synthèse ou tout autre matériau élastique ayant une dureté supérieure à 50 ShoreA. De manière à éviter tout contact électrique préjudiciable au fonctionne- ment du système entre le support métallique (1) et le conducteur (3), les largeurs des rubans seront décroissantes (2), étant plus large que (3,) et (1) plus large que (2), et inversement. L'ensemble du capteur est relié à l'électronique par un câble à 2 conduc- teurs blindés (11), un des conducteurs est connecté par un moyen mécanique ou une soudure à la lame d'acier (1), l'autre à la bande conductrice (3). La figure lb montre une variante du dispositif suivant l'invention o les bandes de métal (1), de polymère piézo-électrique (2) et le conducteur (3) , sont maintenues entre elles par une couche (6) de matériau adhésif ou thermo- rétractable. L'ensemble est ensuite moulé ans te matériau (5) pour obtenir une bande (7) de plusieurs mètres de longueur, de quelques millimètres de hauteur, et de quelques centimètres de largeur. Le signal est transmis au système électroni- que (12) par un câble à 2 conducteurs (11). A la figure 2a qui est une variante, la lame conductrice formant ressort est constitué par un empilage d'une lame (18) en matériau non conducteur par exempte plastique renforcé ou non de fibre de verre ou de carbone recouvert d'une couche fine de cuivre (15) ou d'aluminium. La figure 2 b et c, sont d'autres variantes du dispositif o les armatures métalliques (1) et (3) sont plaquées sur le film (2) par le matériau d'enrobage (6) et moulé dans la résine et connectée au câble à deux conducteurs (11); une sorine (156 mesure la température du coeur du profilé (7), son signal est transmis par un cible h deux conducteurs blindés (17) vers le système électronique afin de pouvoir corriger la réponse du système en fonction de la température. La figure 3 est une variante dans laquelle la lame métallique conductrice (1; est légèrement pliée sur les deux plus grands côtés dans le double but d'accroî- tre sa rigidité et d'éviter de blesser mécaniquement l'enrobage (5) et le film (2). La figure 4 est une variante o le montage de largeur décroissante, est inversé par rapport à la figure 1. La figure 5 est une variante dans laquelle la lame métallique conductrice faisant ressort (1) est recourbée sur ses deux grandes longueurs, le ruban conducteur (3, est constitué par un ruban en acier faisant également ressort et muni de deux plis longitudinaux pour éviter de couper le film piézo-électrique (2) et pour parti- ciper à la rigidification du profilé (7. Les figures 6 a et b, montrent des variantes de moulage du système. Le capteur est constitué de manière identique à ce qui est décrit cidessus -mais il est moulé sous forme d'un paralléléplpède rectangulaire ou carré (13) d'environ x 30 mm et de plusieurs mètres de longueur. La surface (14) en contact avec les pneumatiques, peut être plane ou munie d'un léger bossage parallèle h la plus grande longueur. Cette version est destinée h être insérée dans la chaussée comme décrit ['-js loin. Les figures 7 a, b et c, montrent des principeds classiques de disposition des capteurs piézo-électriques et en particulier de ceux objet de l'invention, sur la chaussée, et les utilisations qui peuvent en être faites. A la figure 7 a, un seul capteur présenté dans un profilé (7) ou (13) est placé perpendiculairement au trafic et relié au détecteur (12) par le cêble (11); un tel montage permet de compter les essieux, peser les essieux, discriminer les essieux en plusieurs catégories de poids. A la figure 7b, deux capteurs présentés en profilés (7) ou (13) sont placés parallélement l'un h l'autre perpendiculairement au trafic, et reliés par leur cible (1li; aux détecteurs (12). Avec une telle implantation, on peut mesurer la vitesse des véhicules; faire la discrimination, le comptage des essieux et les peser. A la figure 7c, les deux capteurs (7) ou (13) sont associés h une boucle à induction (21) et permettent de déterminer- l'ensemble des paramètres de la circulation véhicule par véhicule, vitesse, poids, distances interessieux, classe du véhicule. Les figures Sa et b, données h titre d'exemples non limitatif, montrent deux moyens de pose du profilé (7) sur la chaussée. A la figure 8A, le profilé (7) est collé par tous moyens adhésifs connus (9à la surface (8) de la chaussée (20. 2642775 A la figure Bb, le profilé (7) est recouvert par une feuille (10) adhésive renfoncée ou norn, qui adhère à la fois sur la surface (8) de la chaussée (20) et à la surface supérieure du profilé (7) en immobilisant celui-ci. Les figures 9a, b, c, et d, sont des exemples non limitatifs montrant des moyens de pose de différentes formes de capteurs en inclusion dans la chaussée. A la figure 9a, un profilé dé section (14) rectangulaire ou carrée, est collé par un produit adapté (19) dans une saignée (21) pratiquée dans la chaussée (20). A la figure 9b, le profilé (13) comporte un bossage de quelques millimètres à la surface supérieure (14) et est collé par un produit (19) dans une saignée (21) pratiquée dans la chaussée (20). A la figure 9c, le profilé (13) comporte une surface supérieure (14) en forme de clou et est collé dans la saignée (21) et sur la surface (8) par une colle adaptée (19). A la figure 9d, le profilé (13) est en forme de trapèze avec une face (14) bombée; il est monté dans un support (22) scellé dans la chaussée (20) par des pattes (25) ou autres systèmes, et maintenu par deux barres (23) formant queue d'aronde et bloquant le profil par vissage (24) des deux barres sur la pibce (22). A la figure 10 donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, le signal issu du capteur 7, conduit par le câble à deux conducteurs blindés (11) voit son impédance adaptée par le circuit (26), le signal est ensuite filtré (27) pour éliminer d'éventuels parasites ou rebonds de fréquence supérieure h 100 Hz, puis il est intégré par le circuit (28) pour déterminer la surface de l'aire enveloppée par le signal, la valeur obtenue est ensuite comparée par des comparateurs (29) à des seuils réglés par des potentiomètres (31). La sortie de chaque comparateur entre sur un circuit type monostable (30) générant un créneau calibré. R E V E N DICA TIO N S 1/ dispositif de détection de passage d'essieux ou de roues sur une chaussée, caractérisé en ce qu'il comporte 3 rubans principaux superposés, de largeurs décroissante ou croissante respectivement, une lame conductrice faisant ressort (1), un ruban de film piézo-électrique (2), un ruban conducteur (3), l'en- semble étant enrobé dans un matériau plastique (5) non rigide, de dureté shore supérieur à 50 ShA, et relié à l'extérieur par un cable à deux conducteurs blindés (ll>. 2/ Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que la lame conduc- trice faisant ressort (1) est en acier traité d'épaisseur comprise entre 2 et 8 dixièmes de millimètres, plane ou avec deux pliures latérales parallèles à la plus grande lonçueur. 3/ Dsocsitif suivant revendication 1, caractérisé en ce que le ruban de film piézo-éectrique (2) est réalisé en polymère piézo-électrique souple type PVDF. 4/ Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que le ruban de matériau conducteur (3) est en cuivre. ' Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que le ruban conduct cur (3) est en acier plan ou avec deux pliures latérales parallèles à la plus grande longueur. 6/ Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que les couches 1, 2 et 3 sont collées entre elles. 7/ Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que les couches 1, 2 et 3 sont plaquées l'une contre l'autre à l'aide d'un enrobage fin (6) de type adhésif au produit thermo-retractable ou tout autre pouvant assurer cette fonction. 8/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la forme (7) du moulage en coupe est un trapèze de très faible hauteur comprise entre 2 et 8 mm, de largeur comprise entre 40 et 100 mm et qu'il est collé sur la surface de la chaussée (8) par tous adhésifs connus (9) déposé entre le capteur (7) et la chaussée (8) ou par recouvrement par un produit (10) adhérent à la fois à la chaussée (8) et au profilé (7). 9/ Dlspositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme en coupe (13) du moulage est un rectangle, un carré, ou un trapèze, avec éventuel- lement un bossage (14) et qu'il est collé ou maintenu mécaniquement dans la chaussée (20) par tout moyen connu. / Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une sonde 7 2642775 de température (16) est noyée dans la résine (5) pour permettre de compenser les variations de réponse du système en fonction de la température. 11/ Dispositif suivant la revendication 1 et suivantes, caractérisé en ce que le signal qu'il fournit est traité électroniquement successivement par une adaptation d'impédence (26), un filtre- (27), un intégrateur (28) suivi d'une batterie de comparateurs (29), permettent de sélectionner des seuils de poids dynamiques, chacun étant suivi d'un circuit monostable (30) délivrant une impul- sion calibrée.