Brevet FR2887328A1 — publié le 20061222

INCLINOMETRE PORTATIF La présente demande est relative à un inclinomètre et, en particulier, à un inclinomètre électronique portatif utilisant le principe de mesure de convection de masses d'air chaud. Une pratique courante consiste à mesurer l'angle d'inclinaison d'une surface plane dans le bâtiment, la décoration intérieure et d'autres techniques de construction. Un inclinomètre simple pourrait consister en un pendule étalonné, à bulle ou massif, avec une aiguille et un cadran. Cependant, la précision de la mesure avec de tels pendules est insuffisante et l'erreur de mesure est assez grande par suite de la lecture effectuée par un opérateur lui-même en fonction de l'indication des dispositifs ci-dessus. Des inclinomètres électroniques plus précis dans la technique sont constitués normalement par un inclinomètre de type électrolytique et un inclinomètre du type à pendule massif. D'après le principe selon lequel la surface de l'électrolyte reste toujours de niveau, un inclinomètre de type électrolytique mesure les variations de profondeur de ses électrodes plongées dans l'électrolyte pour obtenir l'angle d'inclinaison. Un inclinomètre du type à pendule massif, reposant sur le principe selon lequel le pendule reste toujours d'aplomb sous l'effet de la gravitation, convertit en signal électrique le décalage du pendule par rapport à une position de référence afin de calculer l'angle d'inclinaison. Cependant, ces inclinomètres électroniques ont une structure assez complexe et résistent mal aux chocs et aux vibrations, aussi sont-ils facilement endommagés. L'invention vise à réaliser un inclinomètre électronique portatif à structure simplifiée, résistant mieux aux chocs et aux vibrations et d'une grande précision. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, un inclinomètre proposé par la présente invention comprend un boîtier, un système d'affichage de mesure et un ensemble de touches disposées sur le boîtier, un circuit de mesure installé à l'intérieur du boîtier et une source d'alimentation électrique fournissant de l'électricité au système d'affichage et au circuit de mesure. Le boîtier comporte une surface de référence pour mesure. Le circuit de mesure comporte un système de détection d'angle d'inclinaison qui comprend une chambre hermétiquement fermée, remplie de gaz. A l'intérieur de la chambre se trouvent un élément chauffant et un ensemble d'éléments de détection de température qui comprend au moins une paire d'éléments de détection de température disposés symétriquement autour de l'élément chauffant. Pendant la mesure, le gaz à l'intérieur de la chambre hermétique est chauffé par l'élément chauffant, si bien qu'une masse de gaz chaud pouvant se déplacer librement dans la chambre est créée. Pendant que le système de détection d'angle d'inclinaison est placé horizontalement, la répartition de température de la masse de gaz chaud est symétrique autour du centre de l'élément chauffant. Dans ce cas, les températures détectées par tous les éléments de détection de température sont identiques et, par conséquent, leurs signaux électroniques de sortie sont à un même niveau. En revanche, lorsque le système de détection d'angle d'inclinaison est incliné, en raison de la gravitation, une libre convection survient avec la masse de gaz chaud, ce qui aboutit à une variation de la distribution de la température de la masse de gaz chaud, aussi y a-t-il une différence entre les signaux électroniques de sortie produits par chaque paire d'éléments de détection de température. La différence est proportionnelle au degré d'inclinaison du système de détection d'angle d'inclinaison et, par conséquent, d'après la différence, il est possible de calculer l'angle d'inclinaison. En utilisant comme bloc à pesanteur la masse de gaz chaud à libre convection, la structure de l'inclinomètre peut être simplifiée, ce qui améliore fortement la résistance aux chocs et aux vibrations. Selon la présente invention, le système de détection d'angle d'inclinaison du circuit de mesure de l'inclinomètre comporte un premier axe passant par l'élément chauffant. Une première paire d'éléments de détection de température en position symétrique autour de l'élément chauffant est disposée sur le premier axe. Le premier axe est parallèle à la surface de référence pour mesure du boîtier, si bien que l'angle d'inclinaison du premier axe sera l'angle d'inclinaison de la surface de référence pour mesure. Le système de détection d'angle d'inclinaison du circuit de mesure de l'inclinomètre selon la présente invention peut avoir en outre un second axe passant par l'élément chauffant et perpendiculaire au premier axe. Une seconde paire d'éléments de détection de température en position symétrique autour de l'élément chauffant est disposée sur le second axe. Le second axe est perpendiculaire à la surface de référence pour mesure du boîtier. En combinant les mesures faites à partir du premier axe et du second axe, l'erreur dans le moyen de détection de température par suite d'une variation de température peut être partiellement réduite et la précision de la mesure peut être encore améliorée. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en perspective d'un inclinomètre selon une forme préférée de réalisation de la présente invention; la Fig. 2a est une représentation schématique d'un système de détection d'angle d'inclinaison dans un circuit de mesure de l'inclinomètre selon la forme préférée de réalisation de la présente invention; la Fig. 2b est une représentation schématique du système de détection d'angle d'inclinaison de la Fig. 2a pendant une opération de mesure; la Fig. 3a est une représentation schématique d'un système de détection d'angle d'inclinaison dans un circuit de mesure d'un inclinomètre selon une autre forme préférée de réalisation de la présente invention; la Fig. 3b est une représentation schématique du système de détection d'angle d'inclinaison de la Fig. 3a pendant une opération de mesure. La Fig. 1 représente un inclinomètre 1 selon une forme préférée de réalisation de la présente invention. L'inclinomètre 1 comprend un boîtier 11, un système d'affichage 12 et un ensemble de touches, le système 12 et l'ensemble de touches étant tous deux présents sur le boîtier 11, et une source d'alimentation électrique (non représentée sur la Fig. 1) et un circuit de mesure (non représenté sur la Fig. 1) qui sont installés tous deux à l'intérieur du boîtier 11. L'ensemble de touches comprend une touche d'alimentation électrique 14. Evidemment, d'autres touches peuvent être prévues conformément aux besoins des fonctions. Par exemple, une touche de mémorisation 16 peut être ajoutée pour mémoriser la dernière donnée de mesure. L'inclinomètre 1 comporte une surface de référence pour mesure. Il est préférable de prédéterminer comme surface de référence pour mesure une surface inférieure 18 du boîtier 11. La donnée de mesure affichée sur le système d'affichage 12 est l'angle d'inclinaison de la surface de référence pour mesure 18. Pendant la mesure, il convient de mettre la surface de référence pour mesure 18 en butée contre une surface à mesurer. Les spécialistes de la technique comprendront que d'autres parties appropriées du boîtier peuvent également servir de surface de référence pour mesure. La Fig. 2a est un schéma de principe d'un circuit de mesure de l'inclinomètre 1 selon la forme préférée de réalisation de la présente invention. Le circuit de mesure comprend un système de détection 20 d'angle d'inclinaison et un système (non représenté) de traitement de signal. Le système de détection 20 d'angle d'inclinaison comprend une chambre hermétique 201 remplie de gaz. A l'intérieur de la chambre hermétique 201 sont logés un élément chauffant 202 et une paire d'éléments 203 et 204 de détection de température. Le gaz qui remplit la chambre hermétique 201 peut être de l'air ou un autre type de gaz approprié. L'élément chauffant 202 est situé dans la partie centrale de la chambre hermétique 201. Les éléments 203 et 204 de détection de température sont disposés de manière symétrique autour de l'élément chauffant 202. Le système de détection 20 d'angle d'inclinaison a un axe X qui passe par l'élément chauffant 202 et un autre axe Y qui passe lui aussi par l'élément chauffant 202, perpendiculairement à l'axe X. Les éléments 203 et 204 de détection de température sont disposés tous deux sur l'axe X et leurs bornes de sortie sont connectées séparément au système de traitement de signal, lequel traite à son tour les signaux de sortie des éléments 203 et 204 de détection de température et calcule l'angle d'inclinaison de l'axe X. Pendant le fonctionnement de l'inclinomètre 1, l'élément chauffant 202 servira à chauffer le gaz dans la chambre hermétique 201 afin de créer une masse de gaz chaud. Si l'axe X est orienté horizontalement, la répartition de la température de la masse de gaz chaud est symétrique autour de l'axe Y, les valeurs de températures détectées par les éléments 203 et 204 de détection de température sont donc identiques. Par conséquent, leurs signaux électroniques de sortie sont identiques eux aussi. Une fois que l'axe X est incliné, sous l'effet de la gravitation, une libre convection libre survient avec la masse de gaz chaud, ce qui provoque une répartition asymétrique de la température autour de l'axe Y, les valeurs de températures détectées par les éléments 203 et 204 de détection de température sont donc différentes l'une de l'autre et, par conséquent, il y a une différence entre les deux signaux électroniques de sortie. La différence est fonction de l'angle d'inclinaison de l'axe X, elle peut également être exprimée sous la forme: x = gsina, x étant la différence entre les signaux électroniques de sortie respectifs des éléments 203 et 204 de détection de température, g étant l'accélération de la pesanteur et a étant l'angle entre l'axe X et le plan horizontal, comme représenté sur la Fig. 2b. On peut donc obtenir une formule calculant l'angle a entre l'axe X et le plan horizontal sous la forme suivante: a = sinil(x/g) . De préférence, l'axe X du système de détection 20 d'angle d'inclinaison est parallèle à la surface de référence 18 sur le boîtier 1. Dans ce cas, l'angle d'inclinaison de l'axe est l'angle de l'inclinaison de la surface de référence et aucun autre calcul n'est nécessaire. Grâce au procédé présenté ci-dessus, une mesure précise d'un angle d'inclinaison par rapport au plan horizontal peut être obtenue dans l'intervalle de 0 à 90 . Il faut souligner que lorsqu'un angle d'inclinaison est proche de 90 , la variation de la différence entre les signaux électroniques de sortie des deux éléments de détection de température n'est pas assez grande et, de ce fait, il est difficile, pour le circuit de traitement de signal, de distinguer avec précision ces angles. Cependant, dans la plupart des cas, le procédé indiqué ci-dessus peut répondre à la nécessité d'une mesure d'angle d'inclinaison. Selon une autre forme préférée de réalisation de la présente invention, le système de détection 20 d'angle d'inclinaison peut comporter en outre une autre paire d'éléments 205 et 206 de détection de température qui sont situés sur l'axe Y, de manière symétrique autour de l'élément chauffant, comme représenté sur la Fig. 3a. Les bornes de sortie des éléments 205, 206 de détection de température sont également connectées au système de traitement de signal du circuit de mesure. Dans la présente forme de réalisation, le système de détection 20 d'angle d'inclinaison est disposé verticalement, son axe X étant parallèle à la surface de référence pour mesure et l'axe Y étant perpendiculaire à la surface de référence pour mesure. Dans ce cas, l'angle entre l'axe et un plan horizontal est de 90 - a. Puisque x = g sin a, on a alors y = g cosa, y étant la différence entre les signaux de sortie des éléments 205 et 206 de détection de température respectivement situés sur l'axe Y. D'après les formules ci-dessus, on peut obtenir a = tan" (x/y). Dans ce cas, d'après la fonction d'arc tangente, des angles proches de 90 peuvent être distingués avec précision par le système de détection d'angle d'inclinaison. De plus, les erreurs de mesure du système 20 de détection d'angle d'inclinaison sur l'axe X et l'axe Y, qui résultent de l'influence de la température ambiante ainsi que de la température élevée du circuit de mesure lui-même, peuvent donc se compenser l'une l'autre. On peut donc améliorer la précision de la mesure. G 2887328 Revendications 1. Inclinomètre électronique portatif (1), comprenant: un boîtier (11) ; un système d'affichage (12) de mesure et un ensemble de touches (14, 16) disposées sur le boîtier (11) un circuit de mesure installé à l'intérieur du boîtier (Il) ; une source d'alimentation électrique servant à fournir de l'électricité au circuit de mesure et au système d'affichage (12) ; le boîtier (11) comporte une surface de référence (18) pour mesure; le circuit de mesure comporte un détecteur (20) d'angle d'inclinaison et un système de traitement de signal; le détecteur (20) d'angle d'inclinaison comportant une chambre hermétique (201) remplie de gaz, un élément chauffant (202) et un ensemble d'éléments de détection de température qui comporte au moins une paire d'éléments (203, 204) de détection de température disposés de manière symétrique autour de l'élément chauffant (202), l'élément chauffant (202) et l'ensemble d'éléments (203, 204) de détection de température étant situés à l'intérieur de la chambre (201), et les bornes de sortie de signaux de l'ensemble d'éléments (203, 204) de détection de température étant connectées au système de traitement de signal. 2. Inclinomètre électronique portatif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur (20) d'angle d'inclinaison comporte un premier axe (X) passant par l'élément chauffant (202) et une première paire d'éléments (203, 204) de détection de température disposés de manière symétrique autour de l'élément chauffant (202), situés sur le premier axe (X). 3. Inclinomètre électronique portatif (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier axe X est parallèle à la surface de référence pour mesure. 4. Inclinomètre électronique portatif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le détecteur (20) d'angle d'inclinaison à en outre un second axe Y passant par l'élément chauffant (202) et perpendiculaire au premier axe X, et une seconde paire d'éléments (205, 206) de détection de température qui sont disposés de manière symétrique autour de l'élément chauffant (202) et sont situés sur le second axe Y. 5. Inclinomètre électronique portatif (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second axe Y est perpendiculaire à la surface de référence (18) pour mesure.