Brevet FR2656686A1 — publié le 19910705

Procédé et dispositif de mesure du déplacement d'un point par rapport à un référentiel La présente invention concerne les procédés et dispositifs permettant de mesurer l'amplitude du déplacement d'un point par rapport à un référentiel, plus généralement du déplacement relatif de ce point et du référentiel. Dans de nombreux domaines, il est souvent nécessaire de surveiller la position d'au moins un point par rapport à un élément de référence, afin de pouvoir éventuellement intervenir préventivement. Tel est par exemple le cas de la surveillance des déplacements relatifs entre un point de la paroi d'un barrage et des points situés sur les berges sur lesquelles est accrochée cette paroi, ou bien la surveillance de la paroi d'un tunnel. I1 est en effet connu que, malgré tout le soin apporté à la réalisation, notamment, d'importants ouvrages de travaux publics, leurs parois subissent des déformations sous l'action de contraintes de toutes sortes. Ces déformations sont cependant tolérées, mais à condition qu'elles ne dépassent pas certaines limites. Elles doivent donc être surveillées, notamment par la mesure de leur amplitude. C'est ainsi qu'ont été mis au point différents dispositifs permettant de détecter de tels déplacements et d'en mesurer l'amplitude, afin de pouvoir estimer par exemple les risques d'un éventuel accident dont les conséquences dramatiques sont bien connues, et ainsi prendre à temps les dispositions de sécurité nécessaires. De tels dispositifs comportent des capteurs comprenant essentiellement deux parties, une partie liée au point dont on veut surveiller le déplacement, et l'autre liée au référentiel par rapport auquel doit être détecter le déplacement éventuel du point surveillé. Parmi ces capteurs, il en existe un qui est du type 'à réactance variable". Le dispositif comporte alors au moins une bobine du type magnétique montée en série dans un circuit oscillant résonnant solidaire de l'un des deux éléments, le point à surveiller ou le référentiel, et un noyau plongeant dans la bobine et solidaire de l'autre élément. Lorsque la distance séparant le point à surveiller et le référentiel varie, le noyau se déplace dans le coeur de la bobine, ce qui a pour effet de changer la valeur de sa réactance inductive et, de ce fait, la fréquence de résonance du circuit oscillant. Or, un changement de ce type de fréquence est très facilement mesurable à l'aide d'un analyseur électronique, par exemple un fréquencemètre dont l'étalonnage permet de déterminer l'amplitude du déplacement relatif des deux éléments. Ce dispositif donne théoriquement de bons résultats. Mais, en fait, la variation de l'inductance de la bobine n'entraîne pas une variation linéaire de la fréquence de résonance du circuit. Il est donc très difficile de convertir la variation de cette inductance en amplitude du déplacement relatif des deux éléments surveillés. De plus un tel système, comme d'autres, est soumis à tout un ensemble de paramètres qui, en réalité, faussent les résultats et rendent le dispositif moins fiable qu'en théorie. Pour pallier ces inconvénients, on a alors réalisé un dispositif perfectionné basé sur le précédent, mais dans lequel sont utilisées deux bobines couplées sur un même mandrin, avec un noyau unique plongeant à la fois dans les deux bobines. Ces bobines sont montées dans deux circuits oscillants résonnants dont la mesure des variations de la fréquence de résonance est effectuée selon la méthode bien connue dite en différentielle". Ceci permet d'éliminer les incertitudes dues à la non-linéarité des mesures. Par contre, ce perfectionnement ne permet pas, notamment, de s'affranchir des dérives intrinsèques des bobines elles-mêmes ou des autres éléments entrant dans la constitution des circuits électroniques utilisés pour la réalisation du dispositif, c'est-à-dire des variations des caractéristiques de ces éléments. Or, il est évident que l'on exige de ce type de dispositifs une fiabilité et fidélité de plus en plus poussées. Leurs inconvénients succinctement mentionnés ci-dessus limitent donc fortement leur domaine d'utilisation. La présente invention a donc pour but de mettre en oeuvre un procédé pour la mesure de l'amplitude des déplacements d'un point par rapport à un référentiel, qui permette d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus concernant, notamment, les dérives des éléments constitutifs des moyens électroniques utilisés pour sa mise en oeuvre, aussi bien que les phénomènes parasites, tout en conservant la linéarité des mesures. Elle a aussi pour but de réaliser un dispositif mettant en oeuvre ledit procédé. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour la mesure de l'amplitude du déplacement relatif d'un point et d'un référentiel, au moyen de deux éléments actifs de mesure liés à l'un des deux "point et référentiel", chaque élément actif ayant une valeur de paramètre pouvant varier lors du déplacement d'un corps d'une nature donnée, ce corps étant lié à l'autre des deux "point et référentiel", la valeur desdits paramètres pouvant être déterminée au moyen d'un signal adapté, procédé se caractérisant par le fait qu'il consiste à mesurer une première valeur paramétrique d'un premier élément actif au moyen d'un premier signal, mesurer une deuxième valeur paramétrique du second élément actif au moyen d'un second signal, mesurer une troisième valeur paramétrique des deux éléments actifs associés, au moyen dudit premier signal, mesurer une quatrième valeur paramétrique des deux éléments actifs associés, au moyen dudit second signal, et à déduire la position relative dudit point et dudit référentiel en fonction de la variation desdites quatre valeurs paramétriques mesurées. La présente invention a également pour objet un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels La figure l représente le bloc diagramme d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention permettant de mesurer l'amplitude du déplacement relatif d'un point et d'un référentiel, par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et La figure 2 représente une vue écorchée d'un détail d'une partie du dispositif dans le mode de réalisation illustré par la figure 1. Le procédé selon l'invention permet de déterminer l'amplitude du déplacement relatif d'un point et d'un référentiel. Cette détermination s'effectue au moyen de deux éléments actifs de mesure liés à l'un des deux "point et référentiel", chaque élément ayant une valeur de paramètre pouvant varier lors du déplacement d'un corps d'une nature donnée lié à l'autre des deux "point et référentiel", les valeurs des deux paramètres pouvant être déterminées au moyen d'un signal adapté. Le procédé peut être mis en oeuvre à l'aide de différents moyens de type électronique, notamment des capacités électriques ou condensateurs et des bobines magnétiques. La figure 1 représente un mode de réalisation du dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, dans lequel les deux éléments actifs utilisés sont des éléments à réactance variable, plus particulièrement deux bobines magnétiques. Mais il est bien évident que ce type d'élément actif ne doit être considéré que comme exemple choisi pour la rédaction de la présente description. Le procédé consiste à effectuer des séquences de quatre mesures et à déterminer, à partir de la variation, d'une séquence à l'autre, des résultats de ces mesures, l'amplitude du déplacement relatif entre le point et le référentiel. La première mesure effectuée, dans chaque séquence, est celle de la valeur du paramètre de l'un des deux éléments actifs, cette valeur étant déterminée au moyen d'un premier signal adapté. Dans l'exemple choisi pour la présente description, il est donc effectué la mesure de la réactance L4(1) d'une première bobine, au moyen par exemple d'un premier signal de fréquence. La deuxième mesure est celle de la valeur du paramètre de l'autre élément actif, au moyen d'un second signal, en l'occurrence la réactance L5(2) de la seconde bobine au moyen d'un second signal de fréquence. La troisième mesure est celle de la valeur du paramètre des deux éléments actifs associés au moyen du premier signal. Dans l'exemple illustré, on effectue la mesure de la réactance des deux bobines montées en série, au moyen du même premier signal de fréquence que celui qui a été utilisé pour la mesure de L4(1) seule. On obtient la valeur de réactance : (L4 + L5)(1). La quatrième mesure de chaque séquence est semblable à la troisième, mais au moyen du second signal. On obtient alors la valeur de réactance : (L4 + L5)(2). Les variations éventuelles des valeurs des paramètres L4 et L5, d'une séquence à une autre, dues aux dérives intrinsèques des bobines magnétiques sont corrigées à l'aide des troisième et quatrième mesures. I1 est alors possible, connaissant la fonction de transfert du capteur, qui n'est généralement pas linéaire mais simplement biunivoque, de calculer l'amplitude du déplacement relatif du point et du référentiel, dans le cas évidemment où les valeurs corrigées de L4 et L5 ont varié d'une séquence à une autre. Pour ce faire, un microprocesseur, par exemple, calcule les corrections, puis le déplacement, soit par interpolation à partir d'une table mémorisée par capteur soit par une fonction polynominale ou transcendante. Les figures 1 et 2 représentent un mode de réalisation d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus. Le dispositif l illustré permet de mesurer l'amplitude du déplacement, par exemple, d'un point 2 par rapport à un référentiel 3, ces deux éléments ayant été représentés schématiquement pour la simplification des dessins. Le dispositif 1 comporte deux bobines magnétiques 4, 5 enroulées sur un mandrin unique 6, figure 2, constitué, par exemple, d'un tube en un matériau ne subissant que très faiblement des déformations sous l'effet de la température. Ce matériau peut par exemple être de la fibre de verre. Les premières sorties 7 et 8, respectivement de ces deux bobines, sont électriquement reliées en un même point 9. Les deux bobines et le mandrin sont solidement fixés au point 2 par tout moyen mécanique 10. Par contre, au référentiel 3 est liée rigidement, par exemple, une tige 11 supportant un noyau 12, ce noyau et la tige 11 étant disposés de façon que le noyau 12 soit situé à l'intérieur 13 du mandrin 6 et que, lors de déplacements relatifs potentiels du point 2 et du référentiel 3, ce noyau 12 se déplace suivant l'axe 14 du mandrin 6. De plus, la longueur du noyau 12 est déterminée de façon qu'elle soit inférieure à la distance séparant les deux extrémités les plus éloignées 15, 16 des enroulements des deux bobines 4 et 5. Le noyau est de façon connue réalisé en un matériau permettant de faire varier le couplage magnétique entre les deux bobines lorsque, lors de son déplacement suivant l'axe 14 du mandrin, ses portions de longueur respectivement situées à l'intérieur des bobines varient.Pour obtenir cet effet, le noyau est donc réalisé de façon connue en un matériau comme du fer doux, un alliage de nickel, de chrome et de fer du type de celui commercialisé sous le nom de "Inconel", du cuivre, de l'aluminium, etc. La deuxième sortie 20 de la bobine 4 est reliée à une première entrée 21 d'un oscillateur 22 dont la deuxième entrée 23 est reliée au point milieu 24 d'un commutateur 25 à trois positions 26, 27 et 28. La première entrée 26 du commutateur 25 est reliée au point commun 9 entre les deux bobines 4 et 5. De cette façon, il est réalisé un premier circuit oscillant 101 comportant en série l'oscillateur 22, la bobine 4 et le commutateur 25 pris entre ses deux bornes d'entrée 24 et 26. La borne 28 du commutateur 25 est reliée à la deuxième sortie 31 de la bobine 5, de façon à pouvoir réaliser, en fonction de la position du commutateur 25, un deuxième circuit oscillant 201 comportant en série l'oscillateur 22, le commutateur 25 et les deux bobines 4 et 5 montées en série. Le dispositif comporte en outre un second oscillateur 29 dont une première entrée 30 est reliée à la deuxième sortie 31 de la bobine 5, tandis que sa deuxième entrée 32 est reliée au point milieu 33 d'un second commutateur 34 à trois positions 35, 36 et 37. Sa borne 35 étant reliée au point commun 9, il est ainsi réalisé un troisième circuit oscillant 102 comportant en série l'oscillateur 29, la bobine 5 et le commutateur 34 pris entre ses deux bornes 33 et 35. La borne 37 du commutateur 34 est reliée à la deuxième sortie 20 de la bobine 4, de façon à pouvoir réaliser, en fonction de la position du commutateur 34, un quatrième circuit oscillant 202 comportant en série l'oscillateur 29, le commutateur 34 et les deux bobines 4 et 5 montées en série. Il est tout d'abord mentionné que, par le terme "oscillateur", on comprend un circuit électrique apte à entrer en résonance lorsqu'il est connecté à un élément actif tel qu'une capacité ou une bobine magnétique. Il s'en déduit que les quatre circuits oscillants ont une fréquence de résonance qui dépend de la réactance des bobines 4 et 5 qui peuvent être connectées aux deux bornes d'entrée, respectivement 21, 23 et 30, 32, des deux oscillateurs 22 et 29. Le dispositif comporte en outre des moyens pour mesurer la fréquence de résonance des circuits oscillants 101, 102, 201 et 202 définis ci-dessus. Ces moyens sont connus en eux-mêmes et peuvent par exemple être constitués par des fréquencemètres. Dans le mode de réalisation illustré, le dispositif 1 comporte un seul fréquencemètre 40 dont les deux sorties 41 et 42 sont reliées à un premier ensemble de bornes d'entrée 44 d'un commutateur-inverseur 43 comportant deux autres ensembles de bornes d'entrée 45, 46 respectivement reliés aux deux bornes de sortie 21, 23 du premier oscillateur 22 et 30, 32 du second oscillateur 29. Sur la figure 1, les deux commutateurs 25 et 34, ainsi que le commutateur-inverseur 43, ont été illustrés par des relais électromagnétiques afin de mieux faire ressortir leurs fonctions. De plus, chacun d'eux comporte des entrées de commande permettant de les positionner, dans l'un des trois états pour les deux commutateurs 25 et 34, et dans l'un des deux couples d'états pour le commutateur- inverseur 43. Ces entrées de commande ont été schématiquement illustrées par des moyens comme ceux que l'on trouve dans les relais de type électro-magnétique. Cependant, il est bien évident que, dans un mode de réalisation préférentiel, ces trois commutateurs seront réalisés par des éléments du type électronique, qui ne seront pas décrits ici, car étant bien connus en eux-mêmes. Le dispositif I comporte en outre des moyens 50 permettant de commander d'une façon déterminée, comme explicité ci-après, par des lignes de commande 51, les différents commutateurs. Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte un organe de traitement 60 du type ordinateur-calculateur dans lequel sont intégrés le fréquencemètre 40 défini ci-avant et les moyens de commande 50 des trois commutateurs. Cet organe de traitement comprend en outre des mémoires 70 permettant de conserver les résultats des différentes mesures effectuées comme décrit ci-après. I1 comporte également une sortie 61 connectée, par exemple, å l'entrée 62 d'un afficheur 63. Le dispositif tel que décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante On suppose tout d'abord que le noyau 12 est stable, dans une position déterminée, ctest-à-dire que l'on suppose qu'il ne se déplace pas par rapport aux deux bobines 4 et 5. On effectue alors une première mesure de la fréquence d'oscillation du premier circuit oscillant 101 en positionnant le commutateur 25 de façon que la sortie 23 du premier oscillateur 22 soit directement reliée au point commun 9 des deux bobines, le commutateur 34 étant en position "ouverte" pour le circuit oscillant 102. En outre, le commutateur-inverseur 43 est commandé pour que les deux sorties 41, 42 du fréquencemètre 40 soient reliées directement, et uniquement, aux deux sorties 21, 23 de l'oscillateur 22.La fréquence d'oscillation de ce premier circuit oscillant est donc représentative de la réactance de la bobine 4 pour une position déterminée du noyau 12. Le résultat de cette première mesure est mis en mémoire en 70. On commande ensuite les deux commutateurs 25 et 34, ainsi que le commutateur-inverseur 43, pour mesurer la fréquence d'oscillation du troisième circuit oscillant 102 comportant le second oscillateur 29, la fréquence mesurée étant, elle, représentative de la réactance de la bobine 5, pour la même position du noyau 12. Le résultat de cette deuxième mesure est mis en mémoire en 70. Ces deux mesures étant effectuées, les deux commutateurs 25 et 34 sont à nouveau commandés pour, par exemple, réaliser le deuxième circuit oscillant 201 défini ci-dessus, le quatrième circuit oscillant 202 étant ouvert. Cette fréquence de résonance du deuxième circuit oscillant 201 comportant le premier oscillateur 22 est représentative de la réactance de la somme des deux bobines, toujours pour la même position du noyau 12. Elle est mise en mémoire en 70. De la même façon, on commande les commutateurs 25, 34 et 43 pour déterminer la fréquence d'oscillation du quatrième circuit oscillant 202 comportant le second oscillateur 29. Cette fréquence, mise en mémoire en 70, est également représentative de la réactance de la somme des deux bobines pour la même position du noyau, mais pour un circuit oscillant comportant l'oscillateur 29. Il est ainsi possible de déterminer les valeurs des réactances des deux bobines en éliminant les erreurs dues aux éventuelles variations des caractéristiques des différents éléments électroniques du dispositif. On vient de décrire ci-dessus-une première séquence de mesures commandée à partir de l'organe de traitement 60. On effectue une deuxième séquence de mesures, de la même façon que défini ci-dessus, pour déterminer la valeur des réactances des deux bobines, valeur que l'on compare avec celle déterminée dans la séquence précédente. Si l'organe de traitement décèle une variation dans la valeur des réactances, il s'en déduit qu'il s'est produit, au cours de l'espace de temps séparant les deux séquences, un déplacement relatif, suivant l'axe 14 du mandrin 6, du noyau 12 et des bobines 4, 5, et donc du point 2 et du référentiel 3. L'organe de traitement 60 permet, avec les différentes valeurs mises en mémoire, de déterminer l'amplitude du déplacement linéaire du point 2 par rapport au référentiel, amplitude qui peut être indiquée sur l'afficheur 63. Si elle dépasse un seuil prédéterminé, elle peut déclencher une alarme, notamment pour des applications comme celles qui ont été mentionnées au préambule de la présente description. La présente description ne comporte pas d'exemple de réalisation plus détaillé de organe de traitement 60, mais un technicien spécialisé dans le domaine électronique et connaissant les fonctions à mettre en oeuvre telles que définies ci-avant pourra très facilement le réaliser. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la mesure de l'amplitude du déplacement relatif d'un point et d'un référentiel, au moyen de deux éléments actifs de mesure liés à l'un des deux "point et référentiel", chaque élément actif ayant une valeur de paramètre pouvant varier lors du déplacement d'un corps d'une nature donnée, ce corps étant lié à l'autre des deux "point et référentiel", la valeur desdits paramètres pouvant être déterminée au moyen d'un signal adapté, procédé se caractérisant par le fait qu'il consiste à mesurer une première valeur paramétrique d'un premier élément actif au moyen d'un premier signal, mesurer une deuxième valeur paramétrique du second élément actif au moyen d'un second signal, mesurer une troisième valeur paramétrique des deux éléments actifs associés, au moyen dudit premier signal, mesurer une quatrième valeur paramétrique des deux éléments actifs associés, au moyen dudit second signal, et à déduire la position relative dudit point et dudit référentiel en fonction de la variation des dites quatre valeurs paramétriques mesurées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit paramètre est la réactance d'une bobine magnétique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait ledit paramètre est la capacité d'un condensateur. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que ledit signal adapté est un signal électrique de fréquence dans un circuit oscillant résonnant. 5. Dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé en accord avec les revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux éléments actifs de mesure (4, 5) liés à l'un des deux dits "point (2) et référentiel (3)", chaque élément ayant une valeur de paramètre pouvant varier lors du déplacement d'un corps (12) d'une nature donnée, ce corps étant lié à l'autre des deux dits "point et référentiel", la valeur desdits paramètres pouvant être déterminée au moyen d'un signal adapté, des premiers moyens (22) pour délivrer un premier signal d'alimentation, des premiers moyens (101,43,45,60) pour mesurer une première valeur paramétrique d'un premier élément actif (4) au moyen dudit premier signal d'alimentation, cesdits premiers moyens de mesure étant aptes à délivrer un premier signal de mesure, des seconds moyens (29) pour délivrer un second signal d'alimentation, des deuxièmes moyens (102,43,46,60) pour mesurer une deuxième valeur paramétrique du second élément (5) au moyen dudit second signal d'alimentation, cesdits deuxièmes moyens de mesure étant aptes à délivrer un deuxième signal de mesure, des troisièmes moyens (201,43,45,60) pour mesurer une troisième valeur paramétrique des deux éléments associés (4,5), au moyen dudit premier signal d'alimentation, cesdits troisièmes moyens de mesure étant aptes à délivrer un troisième signal de mesure, des quatrièmes moyens (202,43,46,60) pour mesurer une quatrième valeur paramétrique des deux éléments associés (4,5), au moyen dudit second signal d'alimentation, cesdits quatrièmes moyens de mesure étant aptes à délivrer un quatrième signal de mesure, et des moyens de traitement (60,40,70,63) desdits premier, deuxième, troisième et quatrième signaux de mesure pour déduire l'amplitude du déplacement relatif dudit point (2) et dudit référentiel (3). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits éléments actifs (4,5) sont constitués par des bobines magnétiques et que ledit paramètre est la réactance de ces bobines. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits éléments actifs sont constitués par des condensateurs et que ledit paramètre est la capacité de ces condensateurs. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour mesurer les valeurs paramétriques desdits éléments actifs sont constitués par un circuit oscillant résonnant (101,102,201,202) dans lequel est monté en série au moins l'un desdits éléments actifs. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que ledit élément de traitement est constitué par un calculateur à microprocesseur.