Brevet FR2722283A1 — publié le 19960112

La présente invention concerne les procédés et les dispositifs de mesure du déplacement d'un point par rapport à un autre qui peut servir de réft'rentiel, plus généralement du déplacement d'un point par rapport à un référentiel. Dans de nombreux domaines, il est souvent nécessaire de surveiller la position d'au moins un point par rapport à un autre de référence afin de pouvoir intersenir préventivement avant que la modification de cette position n'ait de graves conséquences. Tel est par exemple le cas de la surveillance des déplacements relatifs d'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. II 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 tolérées à condition qu'elles ne dépassent pas certaines limites et doivent donc étre constamment 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 déplacenieit, et l'autre liée au référentiel par rapport auquel doit être détecté le déplacement éventuel du point surveillé. Parmi ces capteurs, il en existe un qui est du tspe "à réactance variable". Le dispositif comporte alors au moins une bobine du t'pe 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 saleur de sa réactance inductive et, de ce fait, la fréquence de résonai0ce du circuit oscillant. Or, un changement de ce type de fréquence est très facilement mesurable, par exemple à l'aide d'un analyseur électronique comme un fréquencemètre dont l'étalonnage permet de déterminer l'amplitude du déplacement relatif des deux points. Ce dispositif donne théoriquement de bons résultats mais, dans la majorité des cas, les mesures à effectuer ne permettant pas de disposer les capteurs (noyau et bobines) et les circuits électroniques de traitement à proximité les uns des autres, sinon à condition de protéger les circuits électroniques de façon extrêmement sérieuse, ces circuits électroniques sont souvent disposés à des distances relativement importantes des capteurs. Tel est par exemple le cas pour les tunnels, les forages, les barrages, etc. De ce fait, les câbles qui relient les bobines et les circuits électroniques de traitement peuvent atteindre des centaines de mètres et, de par leur longueur, constituent des bobines magnétiques parasites dont l'inductance n'est pas négligeable, en série avec celle des capteurs. Ces "bobines parasites" influent considérablement sur la fréquence d'oscillation du circuit résonant. De plus, ces câbles traversent souvent des milieux hostiles, ou qui peuvent ltêtre, et peuvent être soumis à des variations de température et/ou de pression de grande amplitude qui entrainent des variations importantes de la réactance de ces "bobines parasites", ce qui engendre des erreurs non négligeables sur les mesures du déplacement relatif du point surveillé. La présente invention a donc pour but de mettre en oeuvre un procédé pour mesurer l'amplitude du déplacement D d'un point par rapport à un autre, au moyen de deux circuits oscillants L-C couplés par un noyau de couplage, chaque circuit oscillant comportant une bobine magnétique, un circuit capacitance et des moyens de câble pour relier la bobine et le circuit capacitance, I'un des deux points étant lié audit noyau de couplage, l'autre étant lié aux deux bobines des deux circuits oscillants, qui pallie les inconvénients mentionnés ci-dessus. La présente invention a aussi pour but de réaliser un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour mesurer l'amplitude du déplacement D d'un point par rapport à un autre au mode de deux circuits oscillants L-C couplés par un noyau de couplage, chaque circuit oscillant comportant une bobine magnétique, un circuit capacitance et des moyens de câble de longueur L pour relier la bobine et le circuit capacitance, I'un des deux points étant lié audit noyau de couplage, L'autre étant lié aux deux bobines des deux circuits oscillants, caractérisé par le fait qu'il consiste: - à mesurer la fréquence d'oscillation F1, F2, respectivement des deux circuits oscillants, - à effectuer la sorss1me l l + 12 de ces deux fréquences d'oscillation, - à détermiller la longueur L de câble en fonction de la somme Fi + f2, et - à déterminer la valeur du déplacement D en fonction de la valeur d'au moins l'une des deux fréquences d'oscillation F1, F2, selon la valeur de la longueur L de câble déterminée. la présente invention a aussi pour objet un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé 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 1 représente, sous forme schématique, le bloc diagramme fonctionnel d'un mode réalisation d'un dispositif selon l'invention permettant de mesurer l'amplitude du déplacement D d'un point par rapport à un autre et permettant de mettre oeuvre le procédé selon cette même invention, la figure 2 représente un diagramme de la somme des fréquences d'oscillation il + F2 en fonction du déplacement D, pour différentes longueurs L de câble, La figure 3 représente un diagramme de la somme des fréquences d'oscillation F1 + F2 en fonction de la longueur L de câble, et La figure 4 représente le diagramme des fréquences d'oscillation F1 et F2 en fonction du déplacement D, pour différentes longueurs de cable L. Dans sa fonction première, I'invention concerne un procédé pour mesurer l'amplitude du déplacement D d'un point 1 par rapport à un autre 2 au mous en de deux circuits oscillants L-C 3, 4 couplés par un noyau de couplage 5. Chaque circuit oscillant comporte une bobine magnétique 6, 7, un circuit capacitance 8 et des moyens de câble 9 de longueur L pour relier la bobine et le circuit capacitance, I'un 2 des deux points étant lié au noyau de :ruplage D, l'autre 1 étant lié aux deux bobines 6, 7 des deux circuits oscillants. II est précisé que le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention peut ainsi comporter deux circuits capacitance 8 distincts, ou bien un seul, comme sur la figure 1, associé à des moyens, par exemple un relais (non illustré), pour le coupler à l'une ou l'autre des deux bobines. De façon connue, ces deux structures sont équivalentes. Par longueur L de câble 9, on entend la longueur de cable prise entre la sortie 11, 12 de l'une des deux bobines 6, 7 et l'entrée du circuit capacitance relié à cette bobine, en admettant que la longueur de l'autre câble reliant l'autre bobine 7, 6 au circuit capacitance est identique à L ou sensiblement identique. Cette approximation est en fait très facile à concevoir rar les deux câbles qui relient les deux bobines au circuit capacitance 8 sont généralement identiques et, selon la réalisation possible mentionnée ci-avant, un seul cable peut être utilisé pour relier les deux bobines au même circuit capacitance. Le procédé se caractérise par le fait qu'il consiste: - à mesurer la fréquence d'oscillation F1, F2, respectivement des deux circuits oscillants 3, 4, - à effectuer la somme Fi + F2 de ces deux fréquences d'oscillation, - à déterminer la longueur L de câble en fonction de la somme F1 + 1:2, et - à déterminer la valeur du déplacement D en fonction de la valeur d'au moins l'une des deux fréquences F1, F2, selon la valeur de la longueur L de câble déterminée. Le Demandeur a en effet constaté, comme illustré sur le diagramme de la figure 2, que, lorsque le dispositif comporte deux circuits oscillants L-C 3, 4 tels que définis ci-avant, la somme des fréquences d'oscillation F1 + F2 des deux circuits oscillants est constante quel que soit le déplacement D du noyau 5, mais dépend sensiblement linéairement de la longueur L1, L2,...Ln de câble reliant les bobines 6, 7 et le (ou les) circuit capacitance 8, comme illustré sur le diagramme de la figure 3. Le Demandeur a également constaté que, pour chaque valeur de longueur de câble L, la fréquence d'oscillation F1, F2 de chaque circuit oscillant 3, 4 est une fonction sensiblement linéaire du déplacement D, comme représenté sur la figure 4 sur laquelle la courbe 101 représente la variation de la fréquence d'oscillation de l'un des deux circuits oscillants 3, 4 en fonction du déplacement D, pour une longueur de câble Ln déterminée, tandis que la courbe l()2 représente la variation de la fréquence d'oscillation de l'autre circuit A, 3 pour la même longueur de câble. C'est ainsi que, dans U17 mode de mise en oeuvre avantageux du procédé, après avoir mesuré la fréquence d'oscillation F1, F2, respectivement des deux circuits oscillants 3, 4 et effectué la somme F1 + F2 de ces deux fréquences d'oscillation, la détermination de la longueur L de câble en fonction de la somme Fi + F2 s'effectue en recherchant cette valeur de longueur L de câble dans un premier fichier d'étalonnage 10 contenant en mémoire une pluralité de valeurs de la somme F1 + F2 et une pluralité de longueurs L de câble possibles qui se correspondent et qui sont liées par une rc,ncrion sensiblcmenr linéaire comme celle qui est illustrée sur la figure 3. De cette l:agoll, lorsque I'on collait la valeur de la somme F1 + F2, en la reportant dans (e lit hier 1(), 011 en déduit immédiatement la valeur de la longueur L de câble qui est utilisée dans le dispositif réalisé pour mettre en oeuvre le procédé. Il n'est cependant pas toujours possible de trouver immédiatement la valeur de la longueur L de câble correspondant à la somme Fi + F2 mesurée car il est bien entendu impossible d'introduire dans le fichier 10 toutes les valeurs "en continu" des longueurs L de câble possibles. Les valeurs de longueur de câble sont donc mémorisées de façon discrète et la somme F1 + F2 mesurée ne correspond pas obligatoirement à l'une de ces longueurs de câble utilisées pour la réalisation du premier fichier d'étalonnage 10 (figures 2 et 3). Dans ce cas, la longueur de câble L est obtenue par extrapolation entre les deux valeurs de longueur L de cable contenues dans le fichier 10, qui correspondent aux deux valeurs de la somme F1 + F2 qui encadrent la valeur mesurée de cette somme. Cette technique est bien connue en elle-meme et ne sera pas plus amplement décrite ici. La dernière étape du procédé consiste à déterminer la valeur du déplacement D en fonction de la valeur de l'une des deux fréquences F1, F2, selon la valeur de la longueur L de câble déterminée dans l'étape précédente. Pour ce faire, on utilise un second fichier d'étalonnage 13 dans lequel a été mise en mémoire une pluralité de valeurs d'au moins l'une des deux fréquences 2 f2 en fonction de la valeur du déplacement D, et ce, pour différentes saleurs possibles de longueur de cable L. Ce fichier d'étalonnage 13 est par exemple constitué par un abaque électronique mémorisé représentant une pluralité de fonctions comme celles qui sont illustrées sur la figure 4, une pour chaque valeur de longueur L de câble possible. l'our déterminer l'amplitude du déplacement D correspondant à la valeur F1 ou F2 de la fréquence d'oscillation, respectivement du circuit L-C 3 ou 4, on reporte la valeur de cette fréquence dans la partie du fichier 13 correspondant à la longueur Ln de câble déterminée lors de l'étape précédente et au circuit oscillant dont on a mesuré la fréquence d'oscillation. De même que pour la réalisation du premier fichier d'étalonnage 10, il est impossible d'introduire dans ce second fichier 13 toutes les valeurs "en continu" des longueurs L de cable possibles et toutes les valeurs "en continu" des fréquences d'oscillation. Toutes les données sont donc introduites dans ce fichier de facon discrète et l'amplitude du déplacement D sera donc, si nécessaire, déterminée par extrapolation ou par double extrapolation. I a présente invention concerne aussi un dispositif qui permet de mettre en oeuvre le procédé décrit ci-déssus. l.e dispositif comporte des premier et second moyens de circuits oscillallts 1-( 3, 4 et un non au de couplage 5 de ces deux circuits oscillants L-C. Chaque circuit oscillant comporte une bobine magnétique 6, 7, un circuit capacitance 8 réalisé à base d'une capacité électrique 20 schématiquement représentée, et des moyens de câble 9 de longueur L pour relier les sorties 11, i 2 des bobines 6, 7 et le circuit capacitance 8. Il est rappelé que le dispositif peut ainsi comporter, de façon équivalente, ou bien deux circuits capacitance distincts, ou bien un seul associé à des moyens par exemple un relais, pour le coupler à l'une ou l'autre des deux bobines. Le dispositif comporte en outre des moyens 21, 22 pour mesurer la fréquence d'oscillation F1, F2 respectivement des deux circuits oscillants. Ces moyens peuvent être de tout t!pe mais sont généralement constitués par des fréquencemètres qui sont connus en eux-memes. Les sorties 23, 24 des deux fréquencemètres sont reliées aux entrées 25 d'un sommateur 26 qui effectue la somme F1 + F2 des deux fréquences d'oscillation. Le dispositif comporte aussi un premier fichier d'étalonnage 10, par exemple une mémoire permanente contenant une pluralité de valeurs de la somme Fi + F2 et une pluralité de longueurs de câble Li, Lz .., Ln qui se correspondent selon une loi déterminée, par exemple, expérimentalement. la sortie 27 du sommateur 26 est reliée à l'entrée 28 de cette mémoire pour qu'elle puisse délivrer à sa sortie 30 un signal représentatif d'une longueur de cable L fonction de la valeur de la somme des deux fréquences Fi + F2 obtenue à la sortie 27 du sommateur 26. II est en outre prévu un second fichier d'étalonnage 13 qui comporte en mémoire une pluralité de valeurs de fréquence F1 et/ou F2 de l'un et/ou l'autre des deux circuits oscillants en fonction de différentes valeurs de déplacement D, pour différentes valeurs de longueur L de câble possibles, la correspondance entre ces données étant déterminée, par exemple, expérimentalement. Les deus entrées de commande 31, 32 du second fichier 13 sont respectivemellt reliées à la sortie du premier fichier 10 apte à délivrer, comme défini ci-avant, un signal représentatif d'une valeur de L pour une valeur de la somme F1 + F2 calculée, et à une sortie 23, 24 d'au moins l'un des deux Iréquencenlelres 2 21, 22, celui qui mesure F1 ou celui qui mesure F2. Ce second fichier 13 délivre à sa sortie 33 un signal représentatif de la valeur du déplacement D qui peut être utilisé de la même façon que celui qui est c,btenu cc les dispositif de l'art antérieur, par exemple pour commander une alarme. Les différentes fonctions des moyens décrits ci-dessus ont été illustrées, sur la figure 1, par des blocs. Il est cependant évident que, dans un mode de réalisation avantageux, et même préféré, ces fonctions seront intégrées dans un microprocesseur ou analogue. Dans les descriptions du procédé et du dispositif ci-dessus, il est mentionné que, pour déterminer la valeur du déplacement D, il est utilisé la saleur de la fréquence F1 et/ou celle de la fréquence F2. Cependant, il est bien évident que la nature de l'invention n'est pas modifiée s'il est utilisé une combinaison de ces deux fréquences, à la condition qu'elle soit différente de leur somme ou d'un multiple de cette somme. Les procédé et dispositif décrits ci-dessus permettent de pallier les inconvénients des procédés et dispositifs de l'art antérieur mentionnés au préambule de la présente description. Notamment, les variations de température et/ou de pression n'ont pratiquement plus d'influence sur la mesure du déplacement D et les erreurs qu'elles peuvent induire sont négligeables. En effet, si la longueur du câble augmente, par exemple sous l'effet de la chaleur, le procédé permet d'effectuer une mesure du déplacement D qui tient compte de cette variation de longueur et donne donc une valeur non erronée de ce déplacement. II en est de même pour des variations de longueur dues à des variations de pression. En conséquence, il est maintenant possible de disposer les circuits électroniques de traitement à des distances importantes des capteurs, en des lieux non hostiles où il n'est pas nécessaire de les protéger de façon particulière, à la différence des circuits électroniques des dispositifs mettant en oeuvre les procédés selon l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer l'amplitude du déplacement D d'un point par rapport à un autre au moyen de deux circuits oscillants L-C couplés par un noyau de couplage, chaque circuit oscillant comportant une bobine magnétique, un circuit capacitance et des moyens de câble de longueur L pour relier la bobine et le circuit capacitance, I'un des deux points étant lié audit noyau de couplage, L'autre étant lié aux deux dites bobines des deux circuits oscillanls, caractérisé par le fait qu'il consiste: - à mesurer la fréquence d'oscillation F1, F2, respectivement des deux circuits oscillants, - à effectuer la somme F1 + F2 de ces deux fréquences d'oscillation, - à déterminer la longueur L de câble en fonction de la somme F1 + F2, et - à déterminer la valeur du déplacement D en fonction de la valeur d'au moins l'une des deux fréquences F1, F2, selon valeur de la longueur L de câble déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la détermination de la longueur L de câble en fonction de la somme F1 + F2 des fréquences d'oscillation s'effectue en recherchant la valeur de ladite longueur L de cable dans un premier fichier d'étalonnage contenant une pluralité de valeurs de la somme F1 + F2 et une pluralité de longueurs de câble correspondantes. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la longueur de câble L est obtenue par extrapolation entre deux valeurs contenues dans ledit premier fichier d'étalonnage. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la détermination de la valeur du déplacement D en fonction de la valeur d'au moins l'une des deux fréquences FI, F2, selon la valeur de la longueur de câble L déterminée, s'effectue en recherchant la valeur du déplacement D dans un second fichier d'étalonnage contenant, pour différentes valeurs possibles de longueur de câble L, une pluralité de valeurs d'au moins l'une des deux Fréquences 1:1, F2 et une pluralité de valeurs du déplacement D c-orrcsponJanles. 5. I'rocédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la valeur du déplacement D est obtenue par extrapolation entre deux valeurs contcnues daims ledit second fichier d'étalonnage. 6. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend: - des premier et second moyens de circuits oscillants L-C (3, 4), chaque circuit oscillant comportant une bobine magnétique (6, 7), un circuit capacitance (8) et des moyens de câble (9) de longueur L pour relier la bobine et le circuit capacitance, - un noyau de couplage (5) des deux dits moyens de circuits oscillants L-C, - des moyens (21, 22) pour mesurer la fréquence d'oscillation F1, F2, respectivement des deux circuits oscillants, - des moyens (2G) pour effectuer la somme F1 + F2 de ces deux fréquences d'oscillation, - des moyens (10) pour déterminer la longueur L de câble en fonction de la somme Fi + F2, et - des moyens (13) pour déterminer la valeur du déplacement D en fonction de la valeur d'au moins l'une des deux fréquences F1, F2, selon la valeur de la longueur L de câble déterminée.