Brevet FR2731269A1 — publié le 19960906

INSTRUMENT DE MESURE PERMETTANT DE DETERMINER L'EPAISSEUR DES FILS CONDUCTEURS DES LIGNES AERIENNES DE TRACTION La présente invention a trait aux travaux d'entretien etlou de contrôle des équipements des voies ferrées et concerne plus particulièrement le contrôle des lignes aénennes de traction électrique sur voie ferrée. Ces lignes aériennes de traction électrique comprennent un ou plusieurs fils de contact conducteurs, relis ou non à un câble porteur par des fils verticaux dits pendules, et qui doivent rester constamment en contact avec le dispositif de prise de courant de la locomotive électrique équipée à cet effet d'un pantographe. Pour une meilleure lecture du texte qui va suivre, la ligne aérienne de traction électrique sera supposée ne comporter qu'un seul fil conducteur. L'élément clé de captation de l'énergie électrique réside notamment dans la régularité du plan de contact entre le ou les fils conducteurs et le pantographe. Pour assurer cette régularité, une première condition réside dans le bon positionnement du ou des fils conducteurs par rapport aux rails et une deuxième condition réside dans la planté de la surface d'usure du fil conducteur. L'objet de la présente invention porte dans le cas présent uniquement sur les moyens de contrôle de cette surface d'usure. Le procédé classique le plus usité consiste à mesurer l'épaisseur du fil conducteur afin de déterminer l'état d'usure dudit fil. Pour ce faire, la méthode la plus traditionnelle repose sur l'interruption de la mise sous tension du fil conducteur et de mesurer manuellement l'épaisseur en question. Cette technique impose l'utilisation d'un échafaudage roulant pour accéder aux fils conducteurs et l'arrêt du trafic ferroviaire pour interrompre la mise sous tension du fil conducteur, ce qui nécessite l'intervention de plusieurs hommes du personnel d'entretien. Une évolution importante de la technique de contrôle de la surface d'usure d'un fil conducteur a été de concevoir ces dernières années, l'exécution des mesures tout en maintenant le fil sous tension mais en respectant les consignes de sécurité pour le personnel d'entretien. Une première technique appliquant ce nouveau concept et divulguée dans le brevet français n02.359.004, concerne un dispositif d'asservissement au fil conducteur d'une voie ferroviaire électrifiée, d'un équipement de contrôle ou d'entretien. Ce dispositif est du type de celui comprenant des capteurs montés sur un chariot mobile sur un chemin de roulement solidaire de l'archet d'un pantographe. Ce chariot est notamment apte à exécuter toute sorte de contrôle et/ou d'entretien d'un fil conducteur, tels que le désaxement, l'usure et la qualité du contact.En ce qui concerne le contrôle de l'usure qui nous intéresse, le capteur correspondant est constitué par un réseau de photo-diodes intégrées sur lequel un objectif vient former l'image du fil conducteur éclairée par une source de lumière blanche amenée par une fibre optique souple. La détection de l'usure du fil conducteur résulte alors de l'interprétation de l'impact plus ou moins lumineux de l'image réfléchie reçue sur le réseau de photo-diodes, en prenant en compte que l'intensité de cette image est en corrélation directe avec la qualité de réflexion du méplat poli par les passages des pantographes. Une autre technique appliquant également ce concept et divulguée dans le brevet français n 2.651.730 concerne un dispositif de mesure de la largeur de frottement d'un fil conducteur d'énergie électrique caténaire mettant en oeuvre une mesure pneumatique différentielle qui consiste à mesurer constamment les différences de pression d'une part entre l'air comprimé et l'atmosphère ambiante et d'autre part entre deux cavités intérieures de deux cylindres creux fendus alimentés en air comprimé et dont l'un frotte sur le fil conducteur. Le rapport de la deuxième mesure à la première fournit alors une valeur proportionnelle à la largeur de frottement du fil conducteur. Partant de ces constatations, la demanderesse a mené des recherches ayant pour objet l'étude d'une technique spécifique permettant de mesurer l'épaisseur d'un fil conducteur sous tension, dans des conditions d'utilisation de sécurité satisfaisantes tout en favorisant une large diffusion d'une telle technique en veillant à son moindre prix de revient Cette technique a permis de mettre en oeuvre un instrument de mesure d'un type nouveau, utilisant des organes classiques dans sa réalisation avec des critères d'adaptation particulière à l'usage dans ce domaine. A cet effet, l'instrument de mesure de l'invention est remarquable en ce qu'il est constitué par une perche façonnée dans une matière isolante électriquement et dont l'extrémité basse d'une part' définit un organe de préhension manuelle et dont l'extrémité haute d'autre part est coiffe par une tête de mesure aménagée intérieurement d'un capteur permettant de déterminer l'épaisseur d'un fil conducteur et de fournir en sortie un signal représentatif de la grandeur mesurée qui sera transmis jusqu'au pied de ladite perche, lequel pied est équipé pour recevoir et pour retraduire ledit signal en une donnée interprétable de l'épaisseur détectée par le capteur. On comprend que cet instrument est de conception simple particulièrement indique pour une fabrication en série industrielle et repose sur l'emploi d'un support isolant électriquement permettant: - de saisir manuellement la perche pour positionner la tête de mesure sur le fil conducteur maintenu sous tension, - d'effectuer la mesure de l'épaisseur dudit fil sans aucune continuité électrique avec la perche pour fournir en sortie du capteur, un signal représentatif de ladite épaisseur mesurée, - et enfin, de transférer ledit signal de sortie jusqu'au pied de la perche pour une lecture directe et toujours sans établir de connexion électrique entre la tête de mesure et la perche. Le susdit capteur de mesure, suivant le concept fondamental de l'invention, fournit en sortie un signal optique qui, représentatif de la grandeur mesurée, est transmis jusqu'au pied de la susdite perche isolante par une liaison par fibre optique. L'utilisation d'une liaison par fibre optique pour transmettre un tel signal est avantageuse de par sa constitution isolante pour maintenir l'isolement entre le capteur et le pied de la perche. En outre, un signal optique n'est pas perturbé par l'environnement parasitaire souvent élevé autour des caténaires. En effet, une télétransmission qui pourrait être mise en place aux lieu et place de la fibre optique, serait considérablement affectée au niveau de la qualité du signal hertzien transmis. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, la tête de mesure adopte la forme d'une pince permettant de saisir et d'enserrer le susdit fil conducteur et de le caler avant d'engager l'opération de mesure de son épaisseur. A cet effet, selon un mode de réalisation préférentielle de l'invention, la susdite tête de mesure est structurée en deux parties fonctionnelles: la première, arrangée dans le corps supérieur de la tête, est ménage d'une ouverture latérale d'accès pour laisser entrer le fil conducteur associée à un mécanisme de verrouillage dudit fil à l'inténeur et la deuxième, arrangée dans le corps inférieur associé à l'extrdmité haute de la perche, reçoit le capteur de mesure et son module de traitement permettant de transformer la grandeur physique mesurée en un signal optique.Les deux parties structurelles de la tête de mesure ont pour objet, la première, de saisir et de repérer la position du fil conducteur et la deuxième d'exécuter dans de bonnes conditions l'opération proprement dite de mesure Selon un mode de réalisation préférée de l'invention, la sortie de la fibre optique débouche dans une unité de traitement associée au pied de la perche et dotée d'un écran permettant de visualiser en temps réel la valeur de la mesure de l'épaisseur du fil conducteur opte par le capteur de la susdite tête de mesure. Ainsi, l'instrument de mesure de l'invention est entièrement autonome et permet de relever instantanément la valeur de l'épaisseur enregistrée par le capteur de la tête de mesure. Bien que les aspects principaux de l'invention considérés comme nouveaux aient été exprimés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, de plus amples détails concernant un mode de réalisation préférée d'un instrument de mesure respectant les concepts fondamentaux de l'invention, seront mieux compns en se référant à la description ci-après et aux dessins l'accompagnant illustrant ce mode de réalisation. Sur ces dessins: La figure 1 est une vue en perspective d'un tel instrument de mesure. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un fil conducteur d'une suspension caténaire. La figure 3 est une vue en coupe verticale de la partie haute d'un tel instrument de mesure. La figure 4 est une vue en coupe verticale décalée de 900 par rapport à celle du dessin de la figure 3. Tel qu'illustré sur le dessin de la figure 1, l'instrument de mesure, référencé I dans son ensemble est destiné à dterminer l'épaisseur d'un fil conducteur 100 équipant les lignes aériennes de traction électrique sur voies ferrées, plus communément appelées caténaires. La figure 2 illustre en coupe la représentation d'un tel fil conducteur 100 dont la la partie haute est séparée de la partie basse par deux étranglements 101 et 102 permettant aux pendules d'assurer le maintien et la suspension dudit fil par rapport à un câble porteur. La présente invention s'intéresse plus spécifiquement à la mesure de l'épaisseur "e" du fil 100 afin d'en déduire l'état de surface de la partie inférieure 103 du fil 100, formant méplat et définissant le témoin d'usure du fil. En effet, la qualité de surface de ce méplat 103, poli et usé par les passages répétés des pantographes, est indispensable pour établir une bonne transmission de l'énergie électrique aux dispositifs de prise de courant des pantographes équipant les locomotives électriques. L'objet de l'instrument de mesure I est de pouvoir contrôler la mesure de l'épaisseur "e" des fils conducteurs 100 maintenus sous tension. Pour répondre à une telle définition, l'instrument I est, selon les dispositions fondamentales de l'invention, constitué par une perche 200 façonnée dans une matière isolante électriquement avec une extrémité basse 210 définissant un organe de préhension permettant de saisir ladite perche avec les mains et de la dresser verticalement afin de présenter son extrémité haute 220 au contact du fil conducteur 100. La propriété isolante de la perche permet de protéger sa manipulation avec les mains et ce sans aucun risque d'électrocution. L'extrémité 220 de la perche 200 est coiffée par une tête de mesure 300 structurée en deux parties fonctionnelles. La première est arrangée dans le corps supérieur 310 de la tête, ménagé d'une ouverture latérale 310a pour laisser entrer le fil conducteur 100 à l'intérieur, et la deuxième est arrangée dans le corps inférieur 320 qui, associé à l'extrémité haute 220 de la perche 200, est conformé pour accueillir un capteur de mesure 321 permettant de calculer l'épaisseur "e" du fil conducteur 100 introduit dans le corps supérieur 310 par l'ouverture latérale d'accès 310a Ce capteur 321, de type micrométrique, est associé à un module de traitement 321a permettant de transformer la grandeur physique déterminée par le capteur micrométrique 321 en un signal optique représentatif de l'épaisseur "e" du fil 100. Ce signal optique est directement transmis jusqu'au pied 210 de la perche isolante 200 par une liaison par fibre optique 230 (symbolisée par des traits mixtes sur le dessin de la figure 1), qui débouche dans une unité de traitement 400 associée au pied 210 de la perche 200 et programmé pour recevoir et pour retraduire ledit signal optique en une donnée interprétable de l'épaisseur "e" mesurée par le capteur 321. Cette unité de traitement 400 est illustré dotée d'un écran 410 permettant de visualiser en temps réel la valeur de la mesure de l'épaisseur "e" du fil conducteur 100 par le capteur 321. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le corps supérieur 310 de la tête de mesure 300 fait office de pince afin de saisir et d'enserrer le fil conducteur 100 et de le caler avant que ne soit engagée l'opération de mesure de son épaisseur "e" par le capteur micrométrique 321.Pour ce faire, l'ouverture latérale 310a est associée à un mécanisme de verrouillage constitué par un levier basculant 311 autour d'un axe 31 la et dont une extrémité 31 lb est conformée pour venir se loger dans l'un (101) des étranglements du fil conducteur 100, de telle sorte qu'en faisant basculer l'autre extrémité 311c du levier vers le bas (comme le montre la flèche A de la figure 3), l'extrémité 311b pivote autour de l'axe 31 la et s'engage dans l'étranglement 101 pour venir caler ledit fil conducteur 100 contre la paroi haute horizontale du corps supérieur 310, en face de la jauge de mesure du capteur micrométrique 321, pour servir de plan de référence à ce dernier. Avantageusement, la commande du susdit mécanisme de verrouillage permettant d'actionner le levier 311 dans le sens ou dans le sens contraire de la flèche A est assurée par la rotation de la perche 200 sur elle-même, dans un sens ou dans le sens contraire de la flèche R, appliquée de préférence au niveau du pied 210 de cette dernière. A cet effet, une tige de commande 312, assujettie au mouvement de rotation (flèche R) de la perche 200, agit en se d4 > laçant dans le sens de la flèche C (correspondant au mouvement de la flèche A) sur l'autre extrémité 311c du levier 311.Cette tige 312 coopère avec l'extrémité 313b d'un deuxième levier 313 qui, monté basculant (flèche B) autour d'un axe-pivot 313a, a son autre extrémité 313c qui actionne simultanément le déplacement du capteur 321 dans le sens de la flèche D, de manière à le rapprocher du fil conducteur 100 en même temps que l'opération de verrouillage de ce dernier dans le corps supérieur 310. Quand le mouvement de rotation R de la perche 200 est inversé, la tige 312 se déplace dans le sens inverse de celui de la flèche C faisant basculer les leviers 311 et 313 en sens inverse de ceux des flèches A et B entraînant le déverrouillage du fil conducteur 100 et la dégagement du capteur de mesure 321. On comprend que l'instrument de mesure I, qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers amXénagements, modifications et arnéliorations pourront être apportés à l'exemple cidessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. Ainsi par exemple, afin de renforcer la propriété isolante de la perche 200, des isolateurs 500 sont installés sur une partie de sa hauteur située au-dessous de la tête de mesure 300. Afin de permettre une meilleure compréhension des dessins, une liste des références avec leurs légendes est ci-après énumérée. 100... . ... Fil conducteur 101,102 ...... Etranglements 103 ..... Méplat d'usure I... .. . Instrument de mesure 200 ... Perche 210 Extrémité basse de la perche 220 Extrémité haute de la perche 230 Liaison par fibre optique 300... .. Tête de mesure 310 . Corps supérieur 310a.... Ouverture latérale d'accès 311 .... Levier du mécanisme de verrouillage 311a......Axe-pivot du levier 311 311b..... Extrémité agissant sur le fil 100 311c..... Extrémité de commande du levier 311 312 Tige actionnant le basculement du levier 313 Levier d'actionnement du capteur 321 ........ Axe-pivot du levier 313 313b Extrémité agissant avec la tige 312 31 3c Extrémité agissant sur le déplacement du capteur 321 320 Corps inférieur 321 . Capteur de mesure 321 a Module de traitement 400... Unité de traitement 410 Fcrandevisualisation 500 Isolateurs "e" Epaisseur du fil 100 Flèche A ..... ..... Mouvement de bascule du levier 311 Flèche B .... Mouvement de bascule du levier 313 Flèche C .... Déplacement de la tige 312 Flèche D .. .. Déplacement du capteur 321 Flèche R ..... ..... Mouvement de rotation de la perche 200 REVENDICATIONS 1. Instrument de mesure permettant de déterminer l'épaisseur "e" des fils conducteurs (100) des lignes aériennes de traction électrique sur voies ferrées, CARACTERISE PAR LE FAIT QU' il est constitué par une perche (200) façonnée dans une matière isolante électriquement et dont l'extrémité basse (210) d'une part, définit un organe de préhension manuelle et dont l'extrémité haute (220) d'autre part est coiffée par une tête de mesure (300) aménagée intérieurement d'un capteur (321) permettant de mesurer l'épaisseur "e" d'un fil conducteur (100) et de fournir en sorte un signal représentatif de la grandeur mesurée qui sera transmis jusqu'au pied (210) de ladite perche(200), équipé pour recevoir et pour retraduire ledit signal en une donnée interprétable de l'épaisseur "e" mesurée par le capteur (321). 2. Instrument selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit capteur de mesure (321) fournit en sortie un signal optique qui, représentatif de la grandeur mesurée "e", est transmis jusqu'au pied (210) de la susdite perche isolante (200) au moyen d'une liaison par fibre optique (230). 3. Instrument selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la susdite tête de mesure (300) adopte la forme d'une pince permettant de saisir et d'enserrer le susdit fil conducteur (100) et de le caler avant que ne soit engagée l'opération de mesure de son épaisseur "e". 4. Instrument selon les revendications 1, 2 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la susdite tête de mesure (300) est structurée en deux parties fonctionnelles: la première, arrangée dans le corps supérieur (310) de la tête, est ménagée d'une ouverture latérale d'accès (310a) pour introduire le fil conducteur (100) à l'intérieur associée à un mécanisme de verrouillage dudit fil et la deuxième, arrangée dans le corps inférieur (320) associé à l'extrémité haute (220) de la perche (200) accueille le capteur de mesure (321) et son module de traitement (321a) permettant de transformer la grandeur physique "e" mesurée en signal optique. 5. Instrument selon les revendications 3 et 4, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit mécanisme de verrouillage arrangé dans le corps supérieur (320) de la susdite tête de mesure (320) est commandé à partir du pied (210) de la perche (200). 6. Instrument selon les revendications 3 et 4, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit mécanisme de verrouillage du corps supérieur (320) de la tête de mesure (300) est constitué par un levier (311) basculant (flèche A) autour d'un axe-pivot (31 la) dont une dont une extrémité (31 lb) d'une part, est conformée pour venir se loger dans l'un (301) des étranglements du fil conducteur (100) afin de caler ledit fil conducteur contre la paroi haute horizontale du corps supérieur (310) de la susdite tête de mesure (300), en face de la jauge du capteur de mesure (321) pour servir de plan de référence au susdit capteur. 7. Instrument selon les revendications 5 et 6, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la commande de basculement (flèche A) du levier (311) du susdit mécanisme de verrouillage du corps supérieur (310) de la tête de mesure (300) est assurée par la rotation (flèche R) de la perche (200) sur elle-même, exercée au niveau du pied (310) de cette dernière. 8. Instrument selon les revendications 5, 6 et 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE l'autre extrémité (311c) du levier assurant le basculement (flèche A) est actionnée par une tige de commande (312) qui, assujettie au mouvement de rotation (flèche R) de la perche (200), coopère avec l'extrémité (313b) d'un deuxième levier (313) basculant autour d'un axepivot (313a) pour actionner simultanément avec sa deuxième extrémité (313c) le déplacement (flèche D) du capteur (321) en direction du fil conducteur (100). 9. Instrument selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la susdite perche (200) comporte des isolateurs (500) agencés sur une partie de sa hauteur située au-dessous de la susdite tête de mesure (300). 10. Instrument selon les revendications 1 à 9 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la sortie de la liaison par fibre optique (230) débouche dans une unité de traitement (400) associée au pied (210) de la perche (200) et dotée d'un écran (410) permettant de visualiser en temps réel la valeur de la mesure de l'épaisseur "e" du fil conducteur (100) opérée par le capteur (321) de la tête de mesure (300) située à l'autre extrémité (220) de la perche.