Brevet FR2662006A1 — publié le 19911115

DESCRIPTION "DISPOSITIF DE DETECTION DE DONNEES RELATIVES AU PASSAGE DE VEHICULES SUR UNE CHAUSSEE" L'invention concerne un dispositif de détection de données relatives au passage de véhicules sur une chaussée, comprenant un câble piézoélectrique et des moyens pour rendre O 5 ce câble rigide et lui transmettre les contraintes produites par le passage des véhicules. L'invention trouve son application dans la détec- tion de passage de véhicules, le comptage, la mesure des vi- tesses, la mesure des poids des véhicules et leur classifica- tion et ceci dans toutes régions présentant des conditions climatiques diverses et notamment rigoureuses (climat très chaud, tempéré ou très froid). Le brevet FR 2 482 340 décrit un dispositif de détection de passage sur une chaussée, son procédé de pose et son application à la détection de vitesse. Ce dispositif est constitué en partie par un câ- ble à effet piézoélectrique Ce câble est un câble blindé coaxial dont l'âme et la gaine sont séparées par une céramique piézoélectrique. Ce dispositif comprend en outre un profilé rigide ayant soit la forme d'un U soit la forme d'un quadrilatère rectangulaire dont la face supérieure est bombée Ce profilé est empli intérieurement d'une manière plastique obtenue dure par polymérisation Le but visé est de rendre le dispositif rigide. Dans une variante, ce dispositif est enrobé sur les trois faces non en contact avec les véhicules, d'une enve- loppe en forme de U en plastique souple ou dure par exemple une résine chargée en élastomère, pour absorber les vibra- tions Cet arrangement est réalisé en usine. Dans l'un ou l'autre cas, le procédé de pose du dispositif dans la chaussée comprend la formation d'une rainure dans la chaussée, de dimensions légèrement supérieures à celles du dispositif Puis on enduit le fond et les côtés de la rainure d'une matière plastique souple absorbant les vibra- tions et enfin on place le dispositif dans la rainure enduite de manière à le fixer, tout en le faisant dépasser lé- gèrement de la surface supérieure de la chaussée L'enduction de la rainure n'est pas indispensable lorsque le dispositif comprend déjà une enveloppe plastique réalisée en usine. Pour la mesure des vitesses, deux dispositifs peuvent être réalisés de manière à former deux branches rigides parallèles espacées d'une distance fixe prédéterminée, et installées dans deux rainures dans la chaussée. Un inconvénient du dispositif précité connu de l'état de la technique est que sa fabrication met en oeuvre des matières plastiques, qui sont des matériaux organiques et sont particulièrement sensibles aux variations de température. Or un but de l'invention est la détection de la vitesse des véhicules, mais aussi, outre le comptage, la dé- tection des poids des véhicules en mouvement et leur classifi- cation La détection et l'analyse de ces données sont particu- lièrement importantes pour la prévision de nouvelles routes, de nouveaux ponts, ou chaussées en tout genre, ainsi que pour les prévisions concernant leur entretien. Si des matériaux organiques sont utilisés pour réaliser les dispositifs de détection, les mesures ne sont pas fiables en ce qui concerne la détection du poids des véhicu- les, car ces mesures dépendent des conditions climatiques. Selon les cas, ces mesures peuvent être non répétitives, voire impossibles dans les régions o les conditions climatiques sont rigoureuses. De plus, dans le cas o il est nécessaire d'uti- liser aussi une matière plastique pour fixer le dispositif dans la chaussée, des difficultés ou des impossibilités appa- raissent dans les régions o les conditions climatiques sont rigoureuses. Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif de détection de données relatives au passage de véhicules sur une chaussée, telles que la détection du passage et la mesure de la vitesse, comme cela est fait par le dispositif connu de l'état de la technique, mais aussi parti- culièrement des données relatives au poids des véhicules en mouvement pour permettre leur classification. La solution à ce problème passe par le fait de s'affranchir de la nécessité d'utiliser des matériaux organi- -10 ques, d'abord dans la fabrication du dispositif de détection, et ensuite dans son procédé d'installation dans la chaussée. Selon l'invention ce problème est résolu au moyen d'un dispositif tel que décrit dans le préambule de la reven- dication 1, caractérisé en ce que les moyens sont constitués d'un tube métallique cylindrique de diamètre supérieur à celui du câble piézoélectrique, tube dans l'axe duquel est disposé le câble piézoélectrique, l'espace entre le câble et les pa- rois internes du tube étant empli d'une poudre d'oxyde métal- lique compactée. L'avantage qui résulte de ce dispositif est que l'enveloppe rigide n'est plus un profilé mais un tube, tou- jours industriellement plus facile et moins coûteux à fabri- quer. Un autre avantage est que la poudre d'oxyde mé- tallique compactée transmet très bien les informations voulues au câble piézoélectrique, et est extrêmement moins sensible aux conditions climatiques que la matière plastique. Un autre avantage est que le dispositif selon l'invention a une longévité améliorée car il est mécaniquement pratiquement insensible aux conditions climatiques, et beau- coup moins sensible aux dégradations mécaniques. De plus, il est en synergie de fabrication avec le câble piézoélectrique lui-même; on peut utiliser les mêmes techniques pour le fabriquer, ce qui est un avantage économi- que pour l'industriel qui le met en oeuvre. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé d'installation simple et peu coûteux et insensible aux conditions climatiques. Selon l'invention ce procédé est caractérisé en ce qu'une rainure est effectuée dans le revêtement supérieur d'une chaussée, cette rainure présentant une profondeur sensi- blement équivalente au diamètre extérieur du tube, et une di- mension transversale légèrement supérieure à ce diamètre, et en ce que le dispositif est fixé dans la rainure par des moyens mécaniques. Dans une mise en oeuvre ce procédé est caracté- risé en ce que les moyens mécaniques sont constitués par des coins appuyant sur la partie supérieure du tube disposé dans la rainure, ces coins étant glissés en outre entre le tube et les parois verticales de la rainure et fixés à la chaussée par des vis. L'avantage de ce procédé est qu'il est très faci- le à mettre en oeuvre La rainure n'a pas besoin de présenter des dimensions très strictes Les moyens mis en oeuvre sont à la portée de l'homme du métier mécanicien et non d'un spécia- liste des plastiques Un temps considérable est gagné lors de l'installation: alors qu'il fallait 6 à 8 heures de travail de pose comprenant la formation d'une tranchée et le collage du dispositif connu, il faut maintenant au plus 3 heures pour effectuer la tranchée et fixer le dispositif par les coins. Le dispositif peut être facilement récupéré si besoin est Par exemple, si le capteur présente une panne quelconque, ou se trouve à être endommagé accidentellement, il est facilement échangeable Il peut aussi être simplement récupéré et déplacé au cas o l'on ne désire plus effectuer de mesures à un premier endroit de la chaussée, mais en effecter à un second endroit La première saignée peut alors être comblée ou couverte d'une barre métallique L'installation peut se faire en tout lieu et même dans les conditions climatiques les plus sévères Et les mesures sont pratiquement insensibles auxdites conditions climatiques Donc non seulement la détection de passage, le comptage, la mesure des vitesses mais aussi les mesures de poids et la classification des véhicules sont per- mises en raccordant le câble piézoélectrique à un dispositif OS de traitement du signal de ce câble. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description suivante illustrée par les figures schématiques annexées dont: la figure la qui représente un dispositif de détection selon l'invention, en coupe transversale; la figure lb qui représente le même dispositif en coupe longitudinale; la figure 2 qui représente un tel dispositif installé dans le revêtement supérieur d'une chaussée. Tel que représenté sur la figure la, en coupe transversale et lb en coupe longitudinale, le dispositif de détection de données relatives au passage de véhicules sur une chaussée comprend: un câble à effet piézoélectrique 2, disposé sensiblement selon l'axe d'un tube cylindrique métallique 6 de diamètre in- terne supérieur au diamètre externe du câble piézoélectrique 2; un matériau de remplissage 5 disposé dans l'intervalle entre le câble piézoélectrique 2 et la paroi interne du tube 6, ce matériau 5 étant constitué par une poudre d'un oxyde mé- tallique compactée. Dans une mise en oeuvre préférentielle, résultant d'essais ayant donné à ce jour des très bons résultats sur le plan des mesures, de la facilité de réalisation, de la résis- tance à l'agressivité des agents extérieurs, et de la longévi- té, on choisira pour réaliser le tube 6 un métal bon marché, malléable, non dégradable par les agents oxydants, tel que l'aluminium, et, pour réaliser le matériau de remplissage 5 une poudre d'oxyde de magnésium, ou tout autre oxyde métallique facile à comprimer et transmettant bien les contraintes. De préférence, on choisira comme câble piézoélec- trique, un câble 2 blindé coaxial, comprenant une âme métallique isolée d'une gaine métallique par un matériau céramique à effet piézoélectrique Un câble piézoélectrique particulièrement approprié à atteindre les buts de l'invention est le câble piézoélectrique VIBRACOAX, Référence 30 P 1 C de la Société THERMOCOAX (Suresnes France). Comme montré sur la figure lb, le câble piézoé- lectrique coaxial 2 est raccordé par un connecteur coaxial 12 à un câble coaxial de transmission 11 D'une façon préféren- tielle, on utilisera en conjonction avec le câble piézoélec- trique VIBRACOAX cité, un câble de référence RG 58 Cu, de THERMOCOAX. Chaque extrémité du tube 6 est de préférence fer- mé d'une façon étanche par des bouchons 10 a, 10 b, dont l'un par exemple 10 b laisse passer le câble de transmission 11 Une petite épaisseur de matériau de remplissage 5 sépare l'autre extrémité du câble piézoélectrique 2, non connectée, du second bouchon par exemple 10 a. Si le tube métallique 6 est en aluminium, les bouchons seront aussi de préférence en aluminium. Ainsi le dispositif de détection obtenu est rigide, étanche et les contraintes sont très bien transmises au câble piézoélectrique Il est en outre d'une grande résis- tance mécanique et permet d'enregistrer des signaux électri- ques provenant du câble dont les caractéristiques sont prati- quement totalement indépendantes des conditions climatiques, chaudes, froides, tempérées ou humides. Le procédé de fabrication du dispositif détecteur de données est en totale synergie de fabrication avec le câble piézoélectrique lui-même En effet ce câble, s'il s'agit d'un vibracoax, est décrit et son procédé de fabrication donné dans le brevet FR 2 109 176 d'octobre 1970. Ceci est un avantage considérable pour la fabri- cation industrielle de pouvoir fabriquer le câble et le dispo- sitif de détection par un procédé mettant en oeuvre les mêmes techniques par les mêmes hommes de métier Il y a là une dimi- nution des coûts considérables, d'autant plus que les maté- riaux ou produits de départ pour la mise en oeuvre sont égale- ment d'un coût réduit. Le procédé de fabrication du dispositif de détec- tion comprend la fabrication d'un tube 6 métallique dit ébau- che, d'un matériau maléable, l'aluminium présentant donc à cet effet de très bonnes propriétés, de diamètre supérieur au diamètre du dispositif fini; la mise en place du câble 5, avec son connecteur 12 et son câble de connexion 11; le remplissage avec le matériau 5 à 70 % de sa densité théorique, par exemple l'oxyde magnésie Mgo; puis la réduction du diamètre du tube 6 par toute technique connue de l'homme du métier pour produire cet effet, telle que le martelage ou le laminage, jusqu'à l'obtention du dispositif dont le tube 6 présente un diamètre réduit et est parfaitement rigide; enfin la mise en place des bouchons 1 Oa, 1 Ob d'étanchéité. Pour la mesure des données relatives au passage des véhicules, le dispositif est mis en place dans la partie supérieure du revêtement d'une chaussée Un procédé de mise en place de ce dispositif, qui permet de bien transmettre les contraintes provoquées par le passage des véhicules, tout en s'affranchissant des conditions climatiques comprend les opé- rations suivantes, dont le résultat est illustré par la figure 2: réalisation d'une rainure 10 dans la partie supérieure du revêtement de la chaussée 20 Cette rainure devra présenter une profondeur de l'ordre du diamètre externe du tube 6 du dispositif de détection et une dimension transversale un peu supérieure; la rainure 10 pourra présenter une section rectangulaire, la mise en place du dispositif de détection avec son câble de connexion 11 dirigé vers l'endroit localisé pour recevoir les appareils ou dispositifs de mesure et traitement du signal électrique provenant du câble piézoélectrique 2; le dispositif de détection est mis en place de manière à ce que le tube 6 repose sur le fond de la rainure 10; la partie supérieure du tube 6 est alors tangente à la surface supérieure 1 de la chaussée 20, la mise en place de coins 7 a, 7 b appuyant sur la partie supérieure du tube 6, pour le plaquer contre le fond de la rainure 10, ces coins étant glissés en outre entre le tube 6 et les flancs verticaux de la rainure 10, fixation des coins 7 a, 7 b à la chaussée 20 par exemple au moyen de vis traversant les coins et s'enfonçant dans la chaussée. Un certain nombre de coins sont ainsi mis en pla- ce pour maintenir le dispositif de détection, d'une façon pu- rement mécanique, dans la rainure 10 Le nombre des coins dé- pend de la longueur L du dispositif (voir la figure 1 b) La longueur du dispositif peut être prévue selon les besoins de 0,2 m à 4 m inclus En fait la longueur n'est pas limitée Ces dimensions sont données à titre purement exemplatif comme étant les plus probablement utiles dans l'avenir proche. Une fois connecté à un système électronique de traitement de données approprié, qui fait partie des connaissances de l'homme du métier électronicien ou informati- cien, et ne fait pas partie de l'invention, le dispositif selon l'invention permet: la détection du passage de véhicules, le comptage, la mesure des vitesses, la mesure des poids des véhicules en mouvement, le classement des véhicules. Ainsi, le câble blindé à céramique piézoélectrique 2, et le dispositif 5, 6 qui l'entoure ne sont pas sensibles aux effets climatiques, et ils permettent la détection de signaux électriques donnant des informations plus complètes sur le passage des véhicules que les dispositifs connus incluant des matières plastiques. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détection de données relatives au passage de véhicules sur une chaussée comprenant un câble à effet piézoélectrique et des moyens pour rendre ce câble rigi- de et lui transmettre les contraintes produites par le passage des véhicules, caractérisé en ce que les moyens sont consti- tués d'un tube métallique cylindrique de diamètre interne supérieur au diamètre externe du câble piézoélectrique, tube dans l'axe duquel est disposé le câble piézoélectrique, l'espace entre le câble et les parois internes du tube étant empli d'une poudre d'oxyde métallique compactée. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal constituant le tube est l'aluminium (Al), et en ce que la poudre d'oxyde métallique est une poudre d'oxyde de magnésie (Mg O). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le câble piézoélectrique est raccordé électriquement à un câble coaxial de connexion, par un connec- teur coaxial, câble de connexion destiné à être connecté par son autre extrémité à des appareils d'enregistrement et de traitement des données électriques du câble piézoélectrique. 4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le tube métallique est muni à ses extrémités de bou- chons d'étanchéité dont l'un laisse passer un câble de connexion. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes caractérisé en ce qu'il présente une dimension longitu- dinale comprise entre 0,2 m et 4 m inclus. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le câble piézoélectrique est du type comprenant une âme métallique, un blindage métallique et un matériau céramique piézoélectrique disposé d'une manière dense entre l'âme et le blindage. 7 Procédé de réalisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le câble piézoélectrique muni de moyens de connexion électrique est introduit dans le tube métallique externe, celui-ci ayant un diamètre très supérieur au diamètre du câble piézoélectrique, en ce que l'intervalle entre les parois internes du tube et le câble piézoélectrique est empli de poudre d'oxyde métallique, puis en ce que le diamètre du tube externe est réduit et le compactage de la poudre est effectué en une même opération mé- canique choisie par exemple parmi le martelage, ou le laminage mécanique, suivi de la mise en place des bouchons d'étanchéi- té, dont l'un laisse passer le câble de connexion. 8 Procédé de mise en place du dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une rai- nure est effectuée dans le revêtement supérieur d'une chaus- sée, cette rainure présentant une profondeur sensiblement équivalente au diamètre extérieur du tube, et une dimension transversale légèrement supérieure à ce diamètre, et en ce que le dispositif est fixé dans la rainure par des moyens mécani- ques, de manière à ce que sa surface supérieure affleure la surface supérieure de la chaussée. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens mécaniques sont constitués par des coins appuyant sur la partie supérieure du tube disposé dans la rainure, ces coins étant glissés en outre entre le tube et les parois verticales de la rainure et fixés à la chaussée par des vis. Utilisation d'un dispositif de détection de don- nées relatives au passage de véhicules selon l'une des reven- dications 1 à 6 pour détecter le passage de véhicules, effec- tuer le comptage, mesurer leur vitesse, mesurer leur poids et effectuer leur classification par traitement électronique des données électriques du câble piézoélectrique.