Brevet FR2777084A1 — publié le 19991008

PROCEDE DE DETERMINATION DE LA CONCORDANCE ENTRE LE CONTENU D'UNE CUVE ET SA HAUTEUR La présente invention concerne la détermination de la concordance entre la hauteur du contenu dans une cuve et son volume. Elle concerne plus particulièrement un procédé permettant de réaliser automatiquement cette détermination. Le stockage de produits dans des cuves est tout-à-fait habituel dans beaucoup de domaines de l'industrie, que le produit soit liquide, pulvérulent au granuleux. S'agiassnt plus particulièrement de liquides alimentaires, tels que le vin ou la bière, le stockage se fait dans des cuves de très grandes contenances, pouvant atteindre une dizaine de mètres de hauteur. Pour l'exploitant, il importe de pouvoir connattre à tout moment la contenance sensiblement exacte de chacune de ces cuves. Pour cela la cuve est généralement équipée d'un tube de niveau disposé extérieurement à celle-ci et raccordé à son volume intérieur de telle sorte qu'il est possible de reprer à quel niveau de la cuve se trouve le contenant. Le repérage de la hauteur permet de déterminer le volume du contenu restant dans la cuve à partir d'un tableau de concordance établi à cet effet. Généralement il n'est pas envisageable d'établir par le simple calcul ce tableau de concordance par manque de connaissance exacte de la configuration et / ou des dimensions intérieures de la cuve ou parce que la surface intérieure de celle-ci n'a pas une géométrie permettant d'obtenir facilement cette correspondance. Selon la technique mise en oeuvre pour l'épalementd'une cuve, visant à en déterminer la contenance pour les besoins de l'administration, on rewHlit celle-ci avec de l'eau et on mesure le volume d'eau utilisé; on peut de la même manière obtenir la concordance recherchée en remplissant la cuve avec des volumes unitaires successifs et connus d'eau et en notant, pour chaque volume unitaire, la hauteur de liquide visible sur le tube de niveau. Cette manière de faire, notamment s' il s' agit de cuves de très grande contenance, demande beaucoup de temps et consomme beaucoup d'eau en pure perte puisque celle-ci est purement et simplement rejetée une fois les mesures terminées. Le but que s'est fixé le demandeur est de proposer un procédé de détermination de la concordance entre la hauteur du contenu dans la cuve et son volume, qui pallie les inconvénients précités. Ce but est parfaitewtatteint par le procédé de 1'invention qui consiste a) à placeur à l'intérieur de la ante vide un télémètre à faisceau d'ades, assorti de moyens de balayage et de repérage du faisceau, ledit télémètre et lesdits moyens étant reliés à un circuit électronique, b) à actionner les moyens de balayage en sorte de déplaces le faisceau selon des déplacements angulaires à composantes horizontale et verticale, c) à effectuer des mesures de distance, à l'aide du télémètre, à intervalles de temps déterminés et à les mémoriser d) à repérer et à mémoriser les données relatives aux composantes horizontale et verticale correspondant à chaque mesure de distancie, e) à calculer à partir desdites mesures et desdites données le volume Vp intérieur de la cuve compris entre - un plan horizontal PO servant de référence zéro, et - un plan horizontal quelconque Pp situé à une hauteur Hp donnée au-dessus du plan PO de référence, pour chaque valeur de la hauteur Hp, f) et à ajouter, pour obtenir le tableau de concordances, à chaque volume Vp mesuré le volume V0 intérieur de la cuve entre le plan PO de référence et le fond de la cuve. Ainsi, selon le procédé de l'invention, il est possible d' dtir le tableau de concordances pour une cuve donnée dans des délais très rapides comparativement à la méthode transposée de l'épalement des cuves, et de plus sans aucune consommation d'eau. Le télémètre à faisceau d'ondes dont il est question peut être notamment à faisceau laser, à ultra-sons, au à ondes électromagnétiques hyperfréquences. De préférence, compte-tenu des très hautes performances actuelles de ce type de télémètre, il s'agit d'un télémètre à faisceau laser. S'agissant du plan PO de référence, il pourra s'agir, dans le meilleur des cas, du fond lui-même de la cuve, auquel cas le volume Vo sera nul. Par contre, notamment si le fond de la cuve est en pente, le plan horizontal PO de référence aura une hauteur Ho déterminée et son volume pourra être cornu en utilisant la technique de l'épalement, c'està-dire en mesurant le volume d'eau ajouté dans la cuve pour obtenir cette hauteur Ho sur le tube de niveau. En tout état de cause cette consommation d'eau, si elle existe, sera très minime au regard du volume total de la cuve et donc du volume d'eau qui aurait été nécessaire pour obtenir le tableau de concordances selon la technique de l'épalement. De préférence, pour le calcul du volume, on calcule tout d'abord l'aire Ap d'une section Sp de la cuve selon la relation dans laquelle ## est l'angle balayé par le fais, dans le plan Pp lors de son balayage pendant l'intervalle de temps séparant deux mesures, xn et Xrrl sont les distances entre l'axe vertical (DD') d'origine du faisceau, et l'impact du faisceau correspondant à deux mesures successives et m est le nombre de mesures lors d'une rotation complète du faisceau. La connaissance de l'aire de de chaque section Sp de la cuve et du volume élémentaire #Vp = Ap . #H, #H étant la distance séparant deux sections successives Sp et Sp+l, permet par intégration sur toute la hauteur Hi séparant le plan de référence PO du plan Pi, correspondant au sommet de la cuve, d'avoir accès au tableau de concordance recherché, avec i étant le nombre de pas entre les plans PO et Pi. Dans une première variante de réalisation mettant en oeuvre un télémètre à faisceau laser, les moyens de balayage du faisceau comprenent un dispositif à miroir tournant apte à assurer le balayage du faisceau en deux dimensions, c'est-à-dire selon un mouvement horizontal de rotation sur lui-même, ainsi que des moyens de déplacement en hauteur du tèlérrrre, apte à assurer le déplacement vertical du faisceau. Le calcul de l'aire de chaque section de la cuve est réalise lors de la rotation de 360 du miroir tournant, le télémètre étant stationnaire à une hauteur déterminée. Cette opération est renouvelée en déplaçant, pas-à-pas , le télémètre en hauteur. I1 est également possible d'obtenir , en adaptant les conditions de calcul, le tableau de concordance en déplaçant le télémètre de manière continue, et non pas-à-pas , sur tout la hauteur de la cuve. Dans ce cas le balayage par le faisceau ne se fait plus par section indépendante mais se fait de manière hélicoïdale. Dans une autre variante de réalisation mettant en oeuvre un télémètre à faisceau laser, les moyens de balayage consistent en un dispositif à miroir tournant apte à assurer le balayage du faisceau en trois dimensions. Dans ce cas le télérrre est fixe et on actionne le dispositif à miroir tournant selon un double mouvement, à savoir un mouvement horizontal de rotation sur lui-même et un mouvement vertical dtinclinaison. Dans ce cas la donnée relative à la composante verticale est l'angle #p qui correspond à l'inclinaison du faisceau par rapport au plan horizontal dans lequel se situe l'origine du faisceau partant du télémètre. I1 est à noter que le télémètre sera de préférence placé au centre de la cuve de sorte que l'angle O pourra comporter des valeurs positives et des valeurs négatives selon que les mesures porteront sur la portion de la cuve au-dessus du télémètre et en-dessous de celui-ci. Dans une autre variante de réalisation, les moyens de balayage comprennent des moyens de mise en rotation sur lui-même du télémètre et des moyens de déplacement vertical. Ainsi ce n'est plus un dispositif à miroir tournant qui assure la composante horizontale du déplacement angulaire mais le télémètre luis. Dans ce cas, il est préférable, de disposer sur ledit support deux télémètres tête-bêche effectuant des mesures de façon simultanée. Cette disposition particulière permet de corriger les erreurs provenant des éventuelles oscillations parasites du support tournant du télémètre. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va être faite de deux exemples de détermination de la concordance entre la hauteur du contenu dans une cuve et son volume, à l'aide d'un télémètre placé dans ladite cuve, illustré par le dessin annexé dans lequel - La figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un télémètre à faisceau laser dont le faisceau balaie l'intérieur d'une cuve ayant la forme d'un parallélépipède rectangle, - La figure 2 est une vue schématique en coupe d'une cuve équipée d'un tube de niveau, - La figure 3 est une représentation schématique d'un télémètre à faisceau laser à balayage en trois dimensions placé au centre d'une cuve. La présente invention trouve son chmp préféré mais non exclusif d'application dans le daine agro-alimentaire, en particulier dans les exploitations vinicoles, dans lesquelles un liquide est stocké et séjourne dans des cuves de grande contenance avant d'y être prélevé. L'exploitant doit pouvoir à tout rmuerrt connaître la quantité de liquide dont il a la dponibilité. Les cuves de stockage sont équipées de tubes de niveau, qui sont raccordés en partie basse au volume intérieur de la cuve. Le liquide, par le biais des vases communicants, monte dans le tube jusqu'à la hauteur où il se trouve dans la cuve; il est ainsi possible de visualiser la hauteur de liquide restant. Pour connaftre le volume correspondant, il faut encore qui soit établi un tableau de concordance entre les repères portés sur le tube de niveau et le volume correspondant de la cuve. C'est le but de l'invention que de proposer un procédé, rapide à mettre en oeuvre, non consommateur d' eau qui permet de déterminer, quelle que soit la configuration du volume intérieur de la cuve, cette concordance entre la hauteur du contenu de la cuve et son volume. Pour cela on utilise un telémetre 1 à faisceau laser que l'on place à 1' intérieur de la cuve 2 , ce télémètre étant assorti de moyens permettant le balayage du faisceau laser selon un déplacement à composantes horizontale et verticale. En d'autres termes le télemètre doit pouvoir effectuer des mesures de distance en tous points de la ou des parois latérales intérieures de la cuve 2 a-dEssvs d'un plan de référence PO, situé à proximité du fond de la cuve 2. De préférence le télémètre est placé sur un support 4 dans une position centrale par rapport à la cuve, position symbolisez sur la figure 1 par l'axe vertical DD' qui est considéré comme l'origine du faisceau. Dans un premier exemple de réalisation, le télémètre 1 mis en oeuvre est un télémètre à faisceau laser à scanner en deux dimensions, ce télémètre 1 étant équipé d'un dispositif à miroir tournant dont la rotation peut être effectuée uniquement autour de l'axe DD', assurant un balayage du faisceau laser dans un plan horizontal. Dans ce cas le support 4 est lui-même équipé de moyens , non représentés de déplacement vertical depuis le fond 5 de la cuve jusqu'au sommet 6 de celle-ci, par exemple des câbles et des poulies entrains par un moteur pas-à-pas. Le télémètre 1, le dispositif à miroir tournant 7 et les moyens de déplacement en hauteur du support 4 sont connectés à un micro-ordinateur qui est adapté pour enregistrer, mémoriser et calculer à partir des informations qui lui sont transmises. S'agissant du télémètre 1, l'information trsnsmise correspond à la distance xn mesurée par celui-ci entre le point 8 d'origine, qui est placé selon l'axe DD', jusqu'au point d'impact 9 du faisceau 10 avec la paroi latérale 3 de la cuve. Du fait de la rotation du dispositif à miroir tournant 7 autour de l'axe DD' dans le sens de la flèche F, le faisceau se déplace continûment pour balayer le plan Pp horizontal qui se trouve à une hauteur Hp du plan de référence P0, qui dans I'exemple illustré à la figure 1 constitue le fond 5 de la cuve. Le télémetre 1 effectue un certain nombre de mesures par unités de temps pendant la rotation du dispositif à miroir tournant . L'angle A Pendant la rotation sur lui-même de 360 du miroir tournant correspondant à m mesures, le faisceau laser 10 a balayé toute la surface du plan Pp situe à l'intérieur des parois 3 latérales de la cuve 2, c'est-à-dire la sen Sp de la ase. Sotte surface totale Ap est calculée, par le circuit électronique de l'ordinateur, en ajoutant tous les #Apcalculés pendant cette rotation de 360, par la relation Ces opérations sont reproduites pour chaque plan Pp, lors du déplacement pas-à-pas du support 4 en hauteur. On a représenté sur la figure 1 un déplacement ayant un pas AH entre deux plans horizontaux successif s Ppl et Pp Le volume intérieur élémentaire #Vp compris entre ces deux plans Pp-î et Pp est calwié par le circuit électronique à partir de la valeur de surface Ap pour le plan Pp et l'écartement ssH entre les deux plans. Etant donné que les mesures s' effectuent successivement depuis le fond 5 de la cuve (ou plus généralement le plan Po de référence à la hauteur Ho) jusqu'au sommet 6 decelle-ci à la hauteur Hi, l'ordinateur calcule et mémorise à chaque pas du déplacement en hauteur la relation existant entre la somme des AH qui correspond à la hauteur Hp où s'effectue la mesure et la somme des #V qui correspond au volume intérieur Vp de la cuve entre le plan Pp et le plan de référence Po. On obtient donc ainsi le tableau de concordance recherchée. Sur la figure 1 on a représenté une cuve ayant la forme d'un parallélépipède rectangle, avec un fond particulièrement plat, en supposant que le faisceau du télémètre était capable de balayer le plan Po constituant le fond 5 de la cuve 2. En réalité la configuration intéreure des cuves n'est pas parfaitement gêcétrique et le fond de la cuve n'est pas plan mais incliné . Dans ces conditions, il faut que les mesures soient effectuées à partir d'un plan théorique de référence Po que l'on peut situer précisément à une hauteur Ho du tube de niveau 12. I1 importe bien sûr de connaître précisément le volume intérieur Vo contenu par la cuve en-dessous de ce plan PO de référence. Ce volume peut être mesuré selon la technique mise en oeuvre dans l'épalement, par remplissage à l'aide d'eau jusqu'à la hauteur Ho du tube de niveau 12. De préférence, on dispose sur la paroi intérieure de la cuve des repères 13 aptes à être repérés par le télémètre 1 lors de sa mise en oeuvre. Pour obtenir définitivement dans oe cas le tableau de concordance, l'ordinateur ajoute le volume Vo au volume calculé Vp et la hauteur Ho à la hauteur Hi pour chaque plan Pp . Dans un autre exemple de réalisation illustré à la figure 3, le télemerere 14 est disposé fixement au centre de la cuve 15 : il s' agit d'un télémètre équipé d'un scanner 3D, ctest-à-dire d'un dispositif à miroir tournant apte à balayer tout l'espace, selon un double déplacement de rotation sur lui-même comme dans le scanner 2D décrit ci-dessus mais également selon des incliriurs verticales d'angle Op. Lorsque cet angle Op est non nul, les mesures Xn du télémètre ne sont plus dans un plan horizontal mais dans un plan cblique. Pour réaliser le calcul des surfaces AAp visées ci-dessus, le circuit électronique est programmé pour transposer la distance mesurée xn en distance calculée Xn dans le plan horizontal Pp où se trouve l'impact 16 du faisceau 17 avec la paroi latérale 18 de la cuve 15, selon la formule Xn = Xn cos. op de même le circuit électronique va calculer la hauteur Hp du plan Pp grâce à la relation Hp = xp sin.#p L'ordinateur va classer toutes les valeurs Xn obvenues en les regroupant dans des plages de hauteur déterminee (H1,H2, H3, ... Hi) pour effectuer le calcul des surfaces et des volumes tel que décrit dans le premier exemple de réalisation. On a mis en oeuvre un télémètre industriel équipé d'un scanner 3D, ayant comme performances maximales une vitesse de rotation du faisceau de 2400t/mn et une fréquence de mesure de 50.000 mesures /s, Le télémètre transmet toutes ces mesures à un ordinateur grâce à une carte d'acquisition, le dialogue télémètre - laser à l'ordinateur se faisant par liaison série RS 232, liaison par câble ou par radio-fréquence. Le tableau de concordance donnant la relation entre la hauteur H et le volume V contenu par la cuve en-dessous du plan P horizontal situé à la hauteur H en question peut lui-même être mémorisé sur une disquette qui est utilisable sur un terminal portable. Dans le cas où les cuves sont elles-mêmes repérées par un code barre ou tout autre moyen distinctif, lors de la détermination du tableau de concordance selon le procédè de l'invention, il est avantageux de faire rentrer également dans l'ordinateur le code barre ou les éléments distinctifs de chaque cuve en relation avec le tableau de concordance specifique à ladite cuve. il suffit alors que l'exploitant dispose d'un terminal portatif ccrpsrtant un lecteur de code barre, ce qui lui permet d'appeler la table de concordance de chaque cuve sur son terminal. Le procédé peut également être mis en oeuvre avec un télémetre qui ne serait pas équipé de scanner à miroir tournant. Dans ce cas , ce télémètre est placé sur un support rotatif équipé d'un capteur d'angle de rotation. De préférence on dispose deux télémètres tête-bêche, sur le support de manière à pouvoir corriger les erreurs susceptibles de provenir des oscillations parasites du support. Le logiciel de calcul, programeant le circuit électronique, peut éventuellement intégrer des fonctions de correction du volume calculé Vp pour tenir compte des déformations de la cuve sous la pression du contenu. Grâce auprocédé de l'invention, il est rendu possible d'obtenir de façon simple et particulièrement précise un tableau de concordance entre la hauteur du contenu dans une cuve et son volume, ce tableau étant d'emblée mémoriser et disponible sur un support informatique. Ce tableau de concordance peut bien sûr servir à indexer manuellement le tube de niveau de la cuve correspondante en portant en regard d'un repère donné de hauteur le volume correspondant. Cependant 1' optimisation de ce tableau de concordance est obtenu en mettant en oeuvre des moyens automatiques de lecture du niveau, par exemple à l'aide d'un capteur de niveau placé à l'intérieur de la cuve ou d'une caméra déplaçable en hauteur le long du tube de niveau. Les informations recueillies par le capteur ou la caméra concernent le niveau mesuré c'est-à-dire la hauteur H, sont entrées dans le terminal pour obtenir l'affichage immédiat du volume correspondant. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la concordance entre une hauteur donnée (H) du contenu dans une cuve (2) et son volume (V) caractérisé en ce qu'il consiste: a) à placer à l'intérieur de la cuve (2) vide un télémètre (1) à faisceau d'ondes, assorti de moyens de balayage et de repérage du faisceau, ledit télémètre (1) et lesdits moyens étant reliés à un circuit électronique, b) à actionner les moyens de balayage en sorte de déplacer le faisceau selon des déplacements angulaires à composantes horizontale et verticale, c) à effectuer des mesures de distance (xn) , à l'aide du télémètre (1), à intervalles de temps déterminés et à les mémoriser, d) à repérer et à mémoriser les données relatives aux composantes horizontale (##) et verticale (#H, #p) correspondant à chaque mesure (xn) de distance, e) à calculer à partir desdites mesures (xn) et desdites données (##, #H,#p) le volume Vp intérieur de la cuve compris entre - un plan horizontal PO servant de référence zéro, - un plan horizontal quelconque Pp situé à une hauteur Sp donnée au-dessus du plan Po de référence, pour chaque valeur de la hauteur Hp f) et à ajouter à chaque volume Vp mesuré le volume connu V0 de la cuve en-dessous du plan P0 de référence pour obtenir le volume V du contenu en fonction de sa hauteur H dans la cuve. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour le calcul du volume Vp, on calcule tout d'abord l'aire Ap d'une section Sp de la cuve dans le plan Pp selon la relation dans laquelle 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que, s'agissant d'un télémètre à faisceau laser, et les mayens de balayage du faisceau comprenant d'une part un dispositif à miroir tournant (7) apte à assurer la balayage du faisceau (10) selon un mouvement horizontal de rotation sur lui-même et d'autre part des moyens de déplacement en hauteur du télémètre (1) , aptes à assurer le déplacement vertical du faisceau (1), le calcul de l'aire Ap de chaque section Sp de la cuve (2) est réalisé lors de la rotation de 360 du miroir tirant (7), le télérrre (1) étant stationnaire à une hauteur dêtenriinêe Hp et on renouvelle cette opération en déplaçant, pas-à-pas, le télémètre (1) en hauteur et en ce que la donnée relative à la composante verticale est la hauteur (H) de chaque pas. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que, s'agissant d'un télémètre à faisceau laser et les moyens de balayage du faisceau comprenant d'une part un dispositif à miroir tournant (7) apte à assurer la balayage du faisceau (10) selon un mouvement horizontal de rotation sur lui-même, et d'autre part des moyens de déplacement en hauteur du télémètre (1) , aptes à assurer le déplacement vertical du faisceau (1), le télémètre se déplace de maniere continue, sur toute la hauteur de la cuve, le balayage par le faisceau se faisant de manière hélicoïdale. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 w 2 caractérisé en ce que, s'agissant d'un télémètre à faisceau laser et les moyens de balayage consistant en un dispositif à miroir tournant apte à assurer le balayage du faisceau en trois dimensions, le télémètre est fixe et on actionne le dispositif à miroir tournant (7) selon un double mouvement, à savoir un mouvement horizontal de rotation sur lui-même et un mouvement vertical d'inclinaison, et en ce que la donnée relative à la composante verticale est l'angle 9p qui correspond à l'inclinaison du faisceau par rapport au plan horizontal dans lequel se situe l'origine du faisceau partant du télémètre. 6. Procéda selon les revendications 2 et 5 caractérisé en ce que pour le calcul de l'aire Ap, le circuit électrique est programmé pour transposer la distance mesurée xn en distance calculée Xn dans le plan horizontal Pp w se trouve l'impact (16) du faisceau (17) avec la paroi latérale (18), selon la formule Xn = xn . cos pour calculer la hauteur Hp du plan Pp selon la formule Hp = xn . cos et pour classer toutes les valeurs Xn obtenues en les regroupant dans les plages de hauteur déterminée (H1, H2 .. Hi). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens de balayage comprenant des moyens de mise en rotation sur lui-même du télémètre (1) et des moyens de déplacement vertical, on repère la composante horizontale (Aç ) à l'aide d'un capteur d'angle. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'on place à l'intérieur de la cuve deux télémètres tête bêche effectuant des mesures de façon simultanée. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que, chaque cuve étant pourvue d'un élément distinctif du type code barre et le circuit électrique étant relié à un lecteur de code barre, on lit le code barre de ladite cuve avant d'actionner le télémètre et on affecte le tableau de concordance de la cuve de l'élément distinctif correspondant. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'on corrige le volume Vp mesuré en fonction des déformabilités de la cuve sous la pression du contenu.