Brevet FR2668824A1 — publié le 19920507

DISPOSITIF POUR LA MESURE DE L'INCLINAISON D'UN OBJET PAR RAPPORT A UN PLAN HORIZONTAL L'invention concerne un dispositif pour la mesure de l'inclinaison d'un objet par rapport à un plan horizontal. Il existe à l'heure actuelle de nombreux dispositifs électriques ou électroniques pour la détermination et la mesure de l'angle d'inclinaison d'un objet par rapport à un plan horizontal. De tels dispositifs notamment décrits dans les brevets français FR 1.255.255, FR 2.216.558 et FR 2.583.512 fonctionnent selon le principe de base consistant à exploiter l'horizontalité du niveau d'un liquide et permettent d'obtenir une mesure électrique de l'angle d'inclinaison entre l'axe desdits dispositifs et le plan horizontal. La présente invention a pour objectif de fournir un dispositif perfectionné fonctionnant selon le principe de base énoncé ci-dessus, et permettant de mesurer les deux angles d'inclinaison d'un objet, selon deux plans verticaux perpendiculaires. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de faibles dimensions présentant une grande robustesse. A cet effet, l'invention vise un dispositif pour la mesure de l'inclinaison d'un objet par rapport à un plan horizontal, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - un boîtier hermétique présentant une section transversale régulière à axe de symétrie central, rempli partiellement d'un liquide résistif, - au moins trois électrodes périphériques en un matériau conducteur électriquement, disposées longitudinalement dans le boîtier et réparties régulièrement autour de l'axe de symétrie de ce dernier, - des moyens d'a 1 i m en tati on électrique adaptés pour alimenter successivement et deux à deux les électrodes, - des moyens de mesure adaptés pour délivrer des signaux représentatifs de la valeur de la résistance électrique entre deux électrodes alimentées, - et des moyens de conversion des signaux délivrés par les moyens de mesure, adaptés pour délivrer, en fonction de la valeur desdits signaux, des informations représentatives des angles d'inclinaison du boîtier par rapport à l'horizontale, selon deux plans verticaux orthogonaux. Ce dispositif permet donc de délivrer successivement des signaux représentatifs de la valeur de la résistance entre les électrodes prises deux à deux, et de fournir par un traitement approprié et à partir de la valeur de ces signaux, des informations représentatives des angles d'inclinaison du boîtier par rapport à lthorizontale, selon deux plans verticaux orthogonaux. Selon un mode de réalisation préférentiel - une électrode centrale réalisée en un matériau conducteur électriquement est disposée longitudinalement dans le boîtier, sur l'axe de symétrie de ce dernier, - les moyens d'alinlentationn électrique sont adaptés pour alimenter en permanence l'électrode centrale, et successivement les électrodes périphériques, - les moyens de mesure sont adaptés pour délivrer des signaux représentatifs de la valeur de la résistance entre l'électrode centrale et l'électrode périphérique alimentée. Cette disposition préférentielle permet de simplifier le traitement nécessaire pour délivrer, à partir de la valeur des signaux fournis par les moyens de mesure, les informations représentatives des deux angles d'inclinaison du boîtier. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, ce dispositif comprend quatre électrodes périphériques régulièrement réparties autour de l'axe de symétrie du boîtier de façon à se trouver alignés deux à deux selon deux axes (X, Y) orthogonaux. En outre, les moyens de conversion sont alors adaptés pour délivrer une information représentative de la différence entre la valeur des signaux délivrés lors des mesures effectuées pour deux électrodes situées sur un même axe (X ou Y). Un tel dispositif permet de mesurer des angles d'inclinaison positifs et négatifs et de rendre la mesure de ces angles d'inclinaison indépendante de la hauteur de liquide dans le boîtier, le calcul étant effectué en comparant les signaux mesurés sur deux électrodes placées symétriquement de part et d'autre de l'électrode centrale. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de mesure comprennent une résistance fixe de valeur prédéterminée disposée de façon à constituer un diviseur de tension dont la différence de hauteur de liquide entre les électrodes alimentées constitue la résistance variable. En outre, les moyens de conversion comprennent, avantageusement, un redresseur adapté pour transformer les tensions alternatives délivrées par les moyens de mesure en tensions continues, et des moyens de transformation des valeurs des tensions mesurées pour deux électrodes situées sur un même axe (X ou Y) en une information représentative de l'inclinaison du boîtier par rapport à l'horizontale selon un plan vertical coupant ledit axe (X ou Y). D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description - la figure 1 est une coupe longitudinale par un plan vertical, du boîtier d'un dispositif conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale par un plan A de ce boîtier, - la figure 3 est une coupe longitudinale de ce boîtier, disposé de façon incliné, - la figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif de détection conforme à l'invention. Le dispositif de détection représenté aux figures est destiné à permettre la mesure des deux angles d'inclinaison d'un objet, selon deux plans verticaux perpendiculaires. Ce dispositif comprend, en premier lieu, un boîtier 1 destiné à équiper l'objet dont on veut mesurer les angles d'inclinaison. Tel que représenté aux figures 1 à 3, ce boîtier présente une forme cylindrique et est fermé au niveau d'une de ses bases par un couvercle amovible 2. Ce couvercle 2 est, en outre, percé d'un orifice de remplissage 3 pouvant être obturé. Ce boîtier cylindrique 1 est réalisé en polyamide en raison de la résistance aux alcools et de la bonne tenue aux collages d'étanchéité de ce matériau. I1 présente, en outre, une hauteur H et un diamètre D adaptés pour que le rapport Il/D soit sensiblement compris entre 1,2 et 1,7. A l'intérieur du boîtier 1 sont intégrées cinq électrodes 4, 5, 6, 7, 8 revêtues d'une couche dor, s'étendant sur toute la hauteur de ce boîtier Ces électrodes 4-8 font, en outre, saillie de façon étanche à l'extérieur du boîtier, au travers du fond de celui-ci, en vue de leur raccordement à des moyens d'alimentation électrique. Tel que représenté à la figure 2, une des électrodes 4 est disposée sur l'axe de symétrie du boîtier 1 tandis que les quatre autres électrodes 5-8 sont réparties autour de cette électrode centrale 4, de façon à se trouver alignées deux à deux selon deux axes orthogonaux X et Y. Enfin, le boîtier 1 est rempli à mi-hauteur d'un liquide résistif 9 constitué d'un mélange, à parts égales, d'eau distillée et de di-éthylène glycol. Ce mélange présente, en effet, l'avantage de posséder les caractéristiques suivantes - bonne mouillabilité permettant de réaliser un détecteur de faibles dimensions, mais sans toutefois avoir tendance à remonter sur les électrodes par capillarité, - pas de problème de solidification ou de vaporisation sur une plage de température étendue (- 310 C, + 510 C), - résistivité suffisante pour limiter la consommation d'énergie, - aucune détérioration au passage du courant électrique, - aucun caractère agressif vis-à-vis du boîtier et des électrodes. Ce boîtier 1 est associé, tel que représenté à la figure 4, à des moyens d'alimentation électrique, des moyens de mesure, et des moyens de conversion permettant d'exploiter les variations de résistivité entre l'électrode centrale 4 et les électrodes périphériques 5-8, fonctions de la hauteur immergée de celles-ci. En premier lieu, les moyens d'alimentation comportent une source d'alimentation (non représentée) connectée de façon à alimenter en permanence l'électrode centrale 4, et alimenter successivement les quatre électrodes périphériques 5-8 par l'intermédiaire d'un multiplexeur 10. Cette source d'alimentation est, en outre, adaptée pour délivrer une tension alternative de valeur moyenne nulle en vue de supprimer tout risque d'électrolyse. La tension alternative délivrée peut ainsi être une tension 0-5 volts, l'électrode centrale 4 étant à un potentiel de 2,5 volts. Les moyens de mesure comportent, quant à eux, une résistance 11 de valeur prédéterminée, connectée de façon à constituer un diviseur de tension avec la résistance variable que constitue la différence de hauteur de liquide entre l'électrode centrale 4 et l'électrode périphérique 5-8 alimentée. Enfin, les moyens de conversion comprennent, en premier lieu, un redresseur sans seuil 12 adapté pour transformer la tension alternative délivrée par le diviseur de tension en une tension continue, et un amplificateur 13 destiné à rendre les variations aisément mesurables. Ces moyens de conversion comportent, en outre, un convertisseur analogique/numérique 14 vers lequel sont délivrés les signaux amplifiés, et un microprocesseur 15 adapté pour commander le multiplexeur 10 et programmé pour délivrer, à partir des signaux numériques, des informations représentatives de l'inclinaison du boîtier 1 par rapport à l'horizontale, selon deux plans verticaux coupant respectivement les axes X et Y. Un tel dispositif de détection, comportant un boitier 1 de 17 mm de hauteur et de 14 mm de diamètre multiplexé à une fréquence de 100 hertz, permet de délivrer une information entre O et 5 volts pour des angles de + ou - 60 , avec une précision de 5 degrés. En outre, il est à noter que, de par sa structure, le boîtier 1 peut être utilisé indifféremment à l'endroit comme à l'envers. Par ailleurs, la fonction d'un tel dispositif est double, car il peut également être utilisé pour détecter un déplacement fugitif d'un système dans lequel il est intégré. Enfin, vu la grande robustesse mécanique de ce dispositif, il est tout à fait envisageable de l'utiliser dans des systèmes soumis à de hautes accélérations, tels que des matériels militaires. REVENDICATIONS 1/ - Dispositif pour la mesure de l'inclinaison d'un objet par rapport à un plan horizontal, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - un boîtier hermétique (1) présentant une section transversale régulière à axe de symétrie central, rempli partiellement d'un liquide résistif (9), - au moins trois électrodes périphériques (4-8) en un matériau conducteur électriquement, disposées longitudinalement dans le boîtier (1) et réparties régulièrement autour de l'axe de symétrie de ce dernier, - des moyens d'alimentation électrique adaptés pour alimenter successivement et deux à deux les électrodes (4-8), - des moyens de mesure (11) adaptés pour délivrer des signaux représentatifs de la valeur de la résistance électrique entre deux électrodes (4-8) alimentées, - et des moyens de conversion (12-15) des signaux délivrés par les moyens de mesure (11), adaptés pour délivrer, en fonction de la valeur desdits signaux, des informations représentatives des angles d'inclinaison du boîtier (1) par rapport à l'horizontale, selon deux plans verticaux orthogonaux. 2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation sont adaptés pour délivrer une tension alternative de valeur moyenne nulle. 3/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes (4-8) s'étendent sur toute la hauteur du boîtier (1). 4/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que - une électrode centrale (4) réalisée en un matériau conducteur électriquement est disposée longitudinalement dans le boîtier (1), sur l'axe de symétrie de ce dernier, - les moyens d'alimentation électrique sont adaptés pour alimenter en permanence l'électrode centrale (4), et successivement les électrodes périphériques (5-8), - les moyens de mesure (11) sont adaptés pour délivrer des signaux représentatifs de la valeur de la résistance entre l'électrode centrale (4) et l'électrode périphérique (5-8) alimentée. 5/ - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que : - il comprend quatre électrodes périphériques (5-8) régulièrement réparties autour de l'axe de symétrie du boîtier de façon à se trouver alignés deux à deux selon deux axes (X, Y) orthogonaux, - les moyens de conversion (12-15) sont adaptés pour délivrer une information représentative de la différence entre la valeur des signaux délivrés lors des mesures effectuées pour deux électrodes (6, 8-5, 7) situées sur un même axe (X ou Y). 6/ - O i s p o s i t i f s e 1 o n 1 ' u n e d e s revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation comprennent un multiplexeur (10) adapté pour alimenter successivement les électrodes périphériques (5-8). 7/ - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent une résistance fixe (11) de valeur prédéterrninée disposée de façon à constituer un diviseur de tension dont la différence de hauteur de liquide entre les électrodes alimentées constitue la résistance variable. 8/ - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de conversion comprennent un redresseur (12) adapté pour transformer les tensions alternatives délivrées par les moyens de mesure en tensions continues, et des moyens de transformation (13-15) des valeurs des tensions mesurées pour deux électrodes (6, 8-5,7) situées sur un même axe (X ou Y) en une information représentative de l'inclinaison du boîtier (1) par rapport à l'horizontale selon un plan vertical coupant ledit axe (X ou Y). 9/ - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de transformation comprennent une unité de conversion analogique/numérique (14) recevant les signaux de mesure et délivrant des signaux numériques, et un microprocesseur (15) agencé pour recevoir ces signaux numériques et programmé pour délivrer, à partir desdits signaux, des informations représentatives de la valeur des angles d'inclinaison du booitier (1) par rapport à l'horizontale selon deux plans verticaux coupant respectivement les axes X et Y. 10/ - D ispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le liquide résistif (9) remplit à mi-hauteur le boîtier. 11/ - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (1) présente une forme cylindrique de hauteur H et de diamètre D adaptés pour que le rapport H/D soit sensiblement compris entre 1,2 et 1,7. 12/ - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électrodes (4-8) sont revêtues d'une couche d'or. 13/ - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide (9) renfermé dans le boîtier (1) est constitué d'un mélange, à parts égales, d'eau distillée et de di-éthylène glycol. 14/ - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (1) est réalisé en polyamide.