Brevet FR2827952A1 — publié le 20030131

'Dispositif de mesure d'un déplacement et procédé associé' La présente invention concerne un dispositif de mesure d'un déplacement. Elle concerne aussi un procédé de mesure adapté à l'utilisation d'un tel dispositif. Certains types de capteurs de déformation sont adaptés à mesurer directement des variations de longueur d'une pièce. Ces capteurs, par exemple du type extensomètres, sont généralement très sensibles. Ils sont donc adaptés à détecter uniquement des variations comprises dans une plage limitée, et particulièrement de faibles variations. Une variation trop importante n'est alors pas mesurable par le capteur qui peut être endommagé. Des capteurs de type extensomètres sont par exemple utilisés dans le génie civil pour mesurer la déformation de structures, particulièrement avec des capteurs permettant une télémesure. Cependant ils ne permettent pas de mesurer des déformations extrêmes. Ainsi, lorsqu'une structure atteint un certain état de ruine, par exemple après un séisme, il peut être nécessaire de mesurer les déformations pour évaluer la stabilité de la structure en ruine, en particulier pour des raisons de sécurité. Dans un domaine tel que la géophysique, des déformations continues et croissantes peuvent atteindre des valeurs encore plus importantes. L'utilisation de capteurs adaptés à de telles déformations peut se révéler particulièrement onéreuse. Le but de l'invention est de proposer un dispositif pour adapter un capteur, par exemple de type extensomètre, pour pouvoir mesurer un déplacement d'un élément, par exemple un élément d'une structure, ce déplacement étant normalement en dehors d'une plage de mesure pour de ce capteur. Selon l'invention, un dispositif pour mesurer un déplacement d'un élément selon une direction de mesure est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens géométriques pour actionner, selon une fonction connue du déplacement, des moyens d'acquisition de la mesure par un capteur, des moyens de référence du capteur servant de référence pour le déplacement. Les moyens géométriques peuvent comprendre des moyens mobiles et des moyens pour lier, en déplacement selon la direction de mesure, les moyens mobiles avec l'élément. Particulièrement si le déplacement mesuré n'est qu'une composante d'un déplacement global de l'élément selon un chemin différent de la direction de mesure, les moyens de liaison peuvent comprendre des moyens pour transformer le déplacement global de l'élément en un déplacement selon la direction de mesure pour les moyens mobiles. Ces moyens de transformation peuvent comprendre des moyens pour entraîner les moyens mobiles. Ces moyens d'entraînement, par exemple une rotule liée à l'élément, peuvent être maintenus en butée selon la direction de mesure contre les moyens mobiles et être libres selon toute autre direction. La direction de mesure est définie par des moyens pour guider les moyens mobiles selon cette direction de mesure et relativement aux moyens de référence. Ainsi les moyens mobiles ne pouvant que se déplacer selon la direction de mesure, on mesure seulement la composante du déplacement global qui est parallèle à la direction de mesure. Les moyens mobiles peuvent comprendre une rampe comprenant une face inclinée relativement à la direction de mesure. Le dispositif peut en outre comprendre un dispositif de transmission entre les moyens mobiles et le capteur. Le dispositif de transmission peut comprendre un corps, fixe par rapport aux moyens de référence et un piston d'entrée disposé dans le corps pour s'y déplacer dans une direction d'entrée différente de la direction de mesure par une action de contact, au moins indirect, avec certains des moyens mobiles. Cette action peut être un contact d'une extrémité antérieure du piston d'entrée, par exemple sur la face inclinée de la rampe. L'extrémité antérieure du piston d'entrée peut être avantageusement équipée d'un galet pour rouler sur la face inclinée. Le dispositif de transmission peut aussi comprendre un piston de sortie disposé pour coulisser dans le corps selon une direction de sortie et actionner les moyens d'acquisition du capteur. Les pistons d'entrée et de sortie peuvent être liés en déplacement par des billes maintenues en compression entre une face postérieure pour le piston d'entrée et une face antérieure pour le piston de sortie, dans un canal pour la circulation des pistons et des billes. L'utilisation des billes est particulièrement avantageuse si le canal est courbe dans une portion parcourue par les billes, particulièrement si l'on souhaite que la direction d'entrée soit différente de la direction de sortie. Ainsi, le piston de sortie coulisse d'une longueur sensiblement égale à celle du coulissement du piston d'entrée sous l'action des moyens mobiles. Pour une plus grande sensibilité du dispositif on peut choisir une direction d'entrée perpendiculaire à la direction de mesure. Pour une meilleure disposition du capteur, le piston de sortie pourra être disposé pour se déplacer sensiblement parallèlement à la direction de mesure, c'est à dire que la direction d'entrée et la direction de sortie peuvent être perpendiculaires entre elles. Cette disposition est particulièrement avantageuse si le capteur comprend, parmi ses moyens d'acquisition, un actionneur disposé pour coulisser selon la direction de sortie. En effet, certains de ces capteurs sont plus longs selon le sens de coulissement de leur actionneur, particulièrement des extensomètres utilisant des fibres optiques parmi leurs moyens d'acquisition. Il est donc souvent préférable de disposer de tels capteurs parallèlement à la direction de mesure, par exemple pour une meilleure gestion de leur encombrement. Lorsque l'inclinaison de la rampe est nettement inférieure à quarante cinq degrés, un tel dispositif est particulièrement adapté à mesurer des déplacements importants avec un capteur dont les moyens d'acquisition sont prévus pour mesurer des déplacements plus faibles. Les moyens géométriques peuvent ne pas comprendre de rampe. Ils peuvent, par exemple, comprendre des moyens déformables choisis parmi un pantographe, un ressort ou une corde élastique, ces moyens se déformant entre un point mobile et un point fixe respectivement liés en déplacement à l'élément et aux moyens de référence, les moyens d'acquisition du capteur étant adaptés pour mesurer un déplacement d'un point intermédiaire desdits moyens géométriques. Selon l'invention, un procédé pour mesurer un déplacement d'un élément selon une direction de mesure, est caractérisé en ce que l'on utilise des moyens géométriques pour actionner, selon une fonction connue du déplacement, des moyens d'acquisition d'un capteur pour cette variation, des moyens de référence du capteur servant de référence pour le déplacement. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non limitatifs. Aux dessins annexés : la figure 1 représente une vue détaillée d'une configuration possible pour un dispositif selon l'invention, la figure 2 représente une vue générale et schématique d'une implantation du dispositif de la figure 1, et, la figure 3 est une représentation schématique d'une autre configuration possible pour un dispositif selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif 10 pour mesurer un déplacement M, selon une direction D, d'un élément 100, soit dans un sens S 1 soit dans un sens opposé S2, à l'aide d'un capteur extensométrique 30. Ce dispositif comprend principalement une rampe 1, un dispositif de transmission 2 et des moyens de liaison 54. Le dispositif de transmission 2 comprend un corps 3 percé d'un canal 4 dont la section est sensiblement constante, un piston d'entrée 11 équipé d'un galet 5, des billes 6, un piston de sortie 12 et un ressort de compression 7. Les pistons 11, 12 et les billes 6 ont un diamètre sensiblement égal au diamètre du canal 4. Ainsi ils peuvent y coulisser tout en étant guidés par les parois du canal, sensiblement sans pouvoir se déplacer transversalement au canal 4. Les moyens de liaison 54 lient la rampe 1 avec l'élément 100. Ces moyens de liaison comprennent une gorge 56 dans la rampe 1, en vis à vis de l'élément 100 et une rotule 57 fixée à l'élément 100, en vis à vis de la gorge 56, grâce à un support 58. Deux faces planes opposées 561,562 de la gorge 56 sont perpendiculaires à la direction de mesure D. La rotule 57 est adaptée pour se mouvoir sensiblement sans jeu entre les parois opposées 561,562 de la gorge 56. Dans une utilisation normale du dispositif, un jeu suffisant est conservé entre d'autres parois, par exemple un fond 563, de la gorge 56. Ainsi, la rotule en appui sur au moins l'une des parois opposées 561,562, transmet le déplacement à mesurer M à la rampe 1, alors que le jeu conservé évite de transmettre d'autres composantes du déplacement global R de l'élément 100. Autrement dit, le dispositif de liaison 54 transmet à la rampe la composante, parallèle à la direction de mesure D, du déplacement global R. La rampe 1 comprend une semelle 59 conçue pour être guidée par une glissière 60 fixée sur le corps 3, par des moyens de fixation 61. La glissière et la semelle sont associées afin de définir la direction de mesure D, c'est à dire de sorte que la rampe ne conserve qu'un seul degré de liberté, en translation selon la direction de mesure D, relativement au corps 3. On est ainsi assuré que le rapport entre le déplacement M à mesurer suivant la direction D et le déplacement du piston d'entrée est précis, même si le déplacement global R de l'élément 100 comprend d'autres composantes que le déplacement à mesurer M. Une extrémité d'entrée cylindrique 41 du canal 4 débouche perpendiculairement à la direction de mesure D, à travers une ouverture d'entrée 410 du corps 3, en vis à vis de la rampe 1. Une extrémité de sortie cylindrique 42 du canal 4 débouche parallèlement à la direction de mesure D, à travers une ouverture de sortie 420 du corps 3, en vis à vis du capteur 30. Un appui 8, est disposé au voisinage de l'ouverture de sortie 420. Le piston de sortie 12 est disposé pour coulisser dans l'extrémité de sortie 42 du canal 4. Le ressort 7 est disposé entre une face postérieure 121 du piston de sortie 12 et l'appui 8. Le piston d'entrée 11 est disposé pour coulisser dans l'extrémité d'entrée 41 du canal 4. Une extrémité antérieure 111 du piston d'entrée, comprenant le galet 5 est maintenue extérieure au canal 4. Les extrémités d'entrée 41 et de sortie 42 sont rectilignes dans la zone prévue pour le coulissement des pistons 11,12. Les billes sont disposées dans le canal entre une extrémité postérieure 112 du piston d'entrée et une extrémité antérieure 122 du piston de sortie. Le galet 5 est disposé pour pouvoir rouler sur une face 13 de la rampe 1, inclinée par rapport à la direction de mesure D. Le train formé des deux pistons 11,12 et des billes 6 est maintenu en compression entre la face inclinée 13 et le ressort 7. Par conséquent, un coulissement longitudinal du piston d'entrée 11 dans le canal 4 est transmis sans jeu au piston de sortie 12. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2 le canal 4 comprend, entre son extrémité d'entrée 41 et sont extrémité de sortie 42, une portion coudée 43, coudée à quatrevingt dix degrés et réservée à la circulation des billes 6. Le capteur 30 est comprend une coque 31. Le capteur comprend en outre, parmi des moyens d'acquisition, c'est à dire qui permettent de rendre compte d'un déplacement, un actionneur 32 apte à coulisser au travers de la coque 31. Le capteur est disposé pour que le piston de sortie 12 et l'actionneur 32 coulissent coaxialement. Une tige 14 s'étend depuis l'extrémité postérieure 121 du piston de sortie 12, au travers de l'ouverture de sortie 420, jusqu'à une extrémité antérieure 33 de l'actionneur. Des moyens de maintien permettent de maintenir le contact entre l'actionneur 32 et la tige 14 de façon qu'un déplacement axial de la tige 14 corresponde au même déplacement axial de l'actionneur 32. Dans l'exemple, des moyens de compression internes au capteur maintiennent en contact la tige et l'actionneur. La tige 14 et l'actionneur 32 comprennent à leurs extrémités en contact entre elles des formes complémentaires de rotule pour compenser des défauts d'alignement axial de l'actionneur 32 avec le piston de sortie 12. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de mesure, principalement d'après la figure 2. Le capteur 30 est ici prévu pour détecter des déplacements selon la direction D d'un deuxième élément 52 par rapport à un premier élément 51. Ces deux éléments peuvent appartenir à deux pièces différentes, dont on veut mesurer le déplacement relatif, ou, au moins indirectement, à une même pièce, dont on veut mesurer une déformation par mesure du déplacement de l'une de ses parties par rapport à une autre. On lie en déplacement selon D le premier élément 51 avec la coque 31 du capteur, grâce à des moyens d'accouplement 53 qui peuvent être du même type que les moyens de liaison 54. Selon une technique de l'art antérieur, déplacement est lu directement par le capteur. Ce déplacement ne peut donc être lu que dans des limites définies par la course pour le coulissement de l'actionneur 32 au travers de la coque 31 du capteur 30, par exemple dans un intervalle de cinq millimètres séparant ces deux limites. Dans l'exemple décrit aux figures 1 et 2, la pente P de la face inclinée 13 est de cinq pour cent par rapport à la direction de mesure D. Le corps 3 du dispositif de transmission 2 est lié en déplacement selon D avec le premier élément 51 grâce aux moyens d'accouplement 53. Lorsque le deuxième élément 52 s'éloigne du premier élément 51 dans le sens SI, te piston d'entrée 11, dont le galet 5 roule sur la face 13, s'enfonce au travers de l'ouverture d'entrée 41 dans le corps 3 en repoussant les billes 6, le piston de sortie 12 et la tige 14. La tige 14 repousse alors l'actionneur 31 qui s'enfonce dans la coque 31 du capteur. Inversement, lorsque le deuxième élément 52 s'approche du premier élément 51 dans le sens S2, le galet 5 roule sur la face inclinée 13 et le train formé du piston d'entrée 11, des billes 6 et du piston de sortie 12 tend à s'extraire du corps 3, au travers de l'ouverture d'entrée 41, sous l'action du ressort 7. La tige 14, liée au piston de sortie 12, s'enfonce dans le corps 3 au travers de l'ouverture de sortie 42, autorisant l'actionneur 32 à sortir de la coque 31 sous l'actions des moyens de compression internes au capteur 30. Ainsi, un déplacement réel, selon la direction de mesure, de huit centimètres entre les deux éléments se traduit par un déplacement fictif de quatre millimètres, détecté par l'actionneur 32 du capteur 30. Ainsi, le dispositif de mesure 1 permet d'observer des déplacements du deuxième élément 52 relativement au premier élément 51 dans un intervalle d'environ dix centimètres avec un capteur 30 ayant une plage de mesure de cinq millimètres. La rampe étant de pente constante elle définit ainsi une fonction, choisie et connue, pour laquelle une valeur d'un déplacement mesurée par le capteur est égale à cinq pour cent de la valeur réelle du déplacement. Le dispositif des figures 1 et 2 peut en outre comprendre des moyens d'encoffrement, non représentés aux figures, pour protéger et maintenir cohérents au moins la rampe et le dispositif de transmission. Ces moyens d'encoffrement peuvent aussi être prévus pour y inclure et/ou y fixer la coque du capteur. Les moyens d'encoffrement doivent permettre de conserver à la rampe, par rapport au corps 3 et à la coque 31 du capteur, au moins un degré de liberté selon la direction de mesure D. Les moyens d'encoffrement peuvent notamment être prévus pour reprendre des efforts de compression entre la rampe 1 et le ressort 7. Les capteurs de type extensomètres ont généralement un encombrement plus important selon l'axe de l'actionneur. Il est donc particulièrement avantageux d'utiliser les moyens de transmissions pour transformer le mouvement du piston d'entrée 11, qui est transversal à la direction de mesure D, en un mouvement longitudinal du piston de sortie 1 2 et de l'actionneur 32. Si la configuration d'une structure dont les premiers et second éléments font partie l'autorise, il est aussi possible de ne pas utiliser de dispositif de transmission, c'est à dire de monter le galet 5 directement sur l'extrémité antérieure 33 de l'actionneur 32, ce qui confère à ce dernier un mouvement sensiblement transversal à la direction D tout en bénéficiant d'une démultiplication procurée par la rampe. Le dispositif de mesure 20 représenté à la figure 3 utilise en temps que dispositif géométrique un pantographe 21. Un point mobile 22 du pantographe est lié en déplacement selon la direction de mesure D, avec le deuxième élément 52 par des moyens de liaison 54. Un point fixe 23, c'est à dire fixe relativement aux moyens de référence 31, du pantographe est lié en déplacement selon la direction D avec le premier élément 51 et la coque 31 du capteur 30 grâce à un accouplement 53. Un point intermédiaire 24 du pantographe est lié en déplacement selon la direction D avec l'extrémité antérieure 33 de l'actionneur 32. Le dispositif illustré à la figure 3 permet de disposer le capteur parallèlement à la direction D sans utiliser de dispositif de transmission tel qu'illustré aux figures précédentes. Tel qu'illustré, le dispositif 20 permet de réduire les déplacements de l'actionneur dans un rapport de 12, 5% relativement au déplacement relatif réel des deux éléments. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. La pente de la face inclinée d'une peut être différente de 5%. Si elle est constante, elle peut être définie de façon optimale comme le rapport entre la course de coulissement de l'actionneur et le déplacement maximum que l'on veut pouvoir mesurer. La pente peut aussi ne pas être constante. Ainsi elle peut être prévue pour que des faibles déplacements autour d'un point d'équilibre soient intégralement répercutés au capteur, et pour que des déplacements importants ne le soient que partiellement. Une telle disposition permet de bénéficier de toute la précision du capteur pour les plus faibles déplacements tout en conservant une précision acceptable pour les plus grands. La pente définit ainsi une fonction non linéaire, choisie et connue, donnant la valeur réelle du déplacement en fonction du coulissement de l'actionneur. Les moyens de transmission peuvent être tels que les deux pistons n'ont pas des mouvements selon des axes perpendiculaires et le piston d'entrée peut avoir un mouvement transversal, mais non parallèle par rapport à la direction de mesure. Les dispositions relatives des pistons peuvent, par exemple, être influencés par la configuration de la structure. En référence à la figure 1, la rampe pourrait être orientable autour d'un axe parallèle à l'axe du piston d'entrée afin de régler la pente efficace de la rampe entre une valeur nulle et la valeur de la plus grande pente, et ainsi régler le rapport de démultiplication entre le déplacement de la rampe et celui du piston. D'autres moyens géométriques peuvent aussi être utilisés, par exemple des moyens élastiques dont on mesure un allongement proportionnel au déplacement relatif des deux éléments. Un appareillage comprenant plusieurs dispositifs, par exemple trois ou six, pour des mesures selon des directions non coplanaires peuvent permettre être utilisés simultanément. Un tel appareillage peut permettre de mesurer un déplacement global d'un élément. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10, 20) pour mesurer un déplacement (M) d'un élément (100, 52), par rapport à une référence (31) et selon une direction de mesure (D), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens géométriques (1,21) pour actionner, selon une fonction connue du déplacement, des moyens d'acquisition (32) d'un capteur (30). 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens géométriques comprennent des moyens mobiles (1,22) et en ce qu'il comprend des moyens (59,60) pour guider les moyens mobiles selon la direction de mesure. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de liaison (54) pour lier les moyens mobiles, en déplacement selon la direction de mesure, avec l'élément. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens mobiles comprennent une rampe (1), ladite rampe comprenant une face (13) inclinée relativement à la direction de mesure (D). 5. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de transmission (2). 6-Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de transmission (2) comprend un corps (3), fixe par rapport à la référence, un piston d'entrée (11) disposé dans le corps, pour s'y déplacer, selon une direction d'entrée, par une action de contact, au moins indirect, de la face inclinée (13) sur une extrémité antérieure (111) dudit piston d'entrée (11). 7. Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité antérieure du piston d'entrée (11) est équipée d'un galet (5) pour rouler sur la face inclinée (13). 8. Dispositif de mesure selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le dispositif de transmission comprend un piston de sortie (12) disposé pour coulisser dans le corps (3) selon une direction de sortie et actionner, au moins indirectement, les moyens d'acquisition du capteur. 9. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que la direction d'entrée est différente de la direction de sortie. 10. Dispositif de mesure selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le piston d'entrée et le piston de sortie sont liés en déplacement par des billes (6) maintenues en compression entre une face postérieure (112) du piston d'entrée et une face antérieure (122) du piston de sortie, dans un canal (4) pour le guidage sans jeu des pistons et des billes. 11. Dispositif de mesure selon la revendication 10, caractérisé en ce que le canal est courbe dans une portion parcourue par les billes. 12. Dispositif de mesure l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que les moyens géométriques comprennent des moyens déformables choisis parmi un pantographe, un ressort ou une corde élastique, et qu'ils se déforment entre un point mobile (22) lié, au moins indirectement, en déplacement avec l'élément (100) et un point (23) fixe par rapport à la référence (31), les moyens d'acquisition du capteur étant adaptés pour mesurer un déplacement d'un point intermédiaire (23) desdits moyens déformables. 13. Appareillage comprenant plusieurs dispositifs de mesure selon l'une des revendications 1 à 12. 14. Procédé pour mesurer un déplacement (M) d'un élément (1 00, 52) par rapport à des moyens de référence (31) et selon une direction de mesure (D), caractérisé en ce que l'on utilise des moyens géométriques (1,21), pour actionner, selon une fonction connue du déplacement mesuré (M), des moyens d'acquisition (32) d'un capteur (30). 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'on interpose un dispositif de transmission entre les moyens géométriques et les moyens d'acquisition du capteur. 16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que l'on dispose une plus grande longueur dudit capteur sensiblement parallèlement à la direction de mesure.