Brevet FR2913505A1 — publié le 20080912

DISPOSITIF PORTATIF DE LOCALISATION, DE QUANTIFICATION DE DISTANCE ET DE VERIFICATION DE PARALLELISME A TRAVERS DES PAROIS EPAISSES. La présente invention concerne un dispositif pour déterminer le vis-à-vis d'un point à travers des parois épaisses, d'en quantifier l'épaisseur et de vérifier le parallélisme de ces parois. Le dispositif est constitué d'un boîtier émetteur et d'un boîtier récepteur. La détection du signal se traduit par l'allumage d'une série de diodes Leds (10) en fonction de l'amplitude du signal reçu, par un affichage numérique (11) d'une évaluation de la distance et par un indicateur acoustique (12) dont la fréquence croît lorsque la distance entre les deux boîtiers diminue. Les applications principales concernent les professionnels du Bâtiment (architectes, couvreurs, électriciens, maçons, plombiers...). Cela leur permet de localiser à l'avance la zone où débouchera un perçage à travers des murs, des planchers ou des toitures et d'éviter de déboucher dans des endroits non souhaitables suite à des perçages en aveugle. D'un point de vue pratique, on positionne le boîtier émetteur à l'endroit où l'on veut faire déboucher le perçage. De l'autre coté de la paroi à traverser, on déplace par tâtonnement le boîtier récepteur jusqu'à ce que les indicateurs visuels et sonores atteignent un maximum. Les deux boîtiers sont alors en vis-à-vis. Il ne reste plus qu'à marquer le positionnement obtenu et à réaliser le perçage en toute sécurité. Plus la distance entre les deux boîtiers est proche, plus l'intensité des signaux sera importante. C'est donc aussi un moyen de quantifier approximativement la distance entre deux parois dans tous les cas où elles ne seront pas métalliques; sinon il sera nécessaire d'utiliser une grille de conversion. Ce dispositif permet de pallier aux insuffisances d'un système basé sur un détecteur à effet Hall qui ne permet qu'une détection à faible distançe 25 (environ 20cm), portée qui peut ici être déjà dépassée avec une puissance d'émission de 0,1mW seulement, alors qu'on peut atteindre une vingtaine de mètres avec une puissance d'émission de 5W au travers de matériaux tels que : Béton, pierres, plâtre, bois, béton armé, briques. Par contre les métaux amagnétiques tels que le zinc, le cuivre ou l'aluminium diminuent sa portée d'environ 50% pour une fréquence de 3200 Hz et les matériaux magnétiques d'environ 85% à cette même fréquence dans le cas de tôles d'une épaisseur d' 1 mm (toitures en zinc par exemple). Ce dispositif permet aussi de suppléer aux carences de la mesure ultrasonique qui n'est efficace que dans les cas de matériaux homogènes et non 10 poreux. Ce dispositif est constitué de deux parties distinctes insérées chacune dans un boîtier : a) La première partie ou émetteur se compose d'un générateur de courant alternatif (1) alimentant une bobine à air multicouches à spires jointives 15 (2) qui est positionnée parfaitement à plat dans le fond d'un boîtier non métallique et dont le diamètre maxi (ici 65mm) est fonction des cotes du boîtier. Le nombre de spires est déterminé par la fréquence de travail choisie et par la puissance que l'on désire émettre. La section du fil dépend du courant injecté. Lors de la mise sous tension du générateur, il y a donc émission d'un champ 20 électromagnétique alternatif (3) par ce bobinage. b) La deuxième partie ou récepteur se compose aussi d'une bobine à air multicouches à spires jointives (4), d'un diamètre (ici 65mm) optimisé en fonction de la dimension du boîtier non métallique, dans lequel elle est aussi positionnée parfaitement à plat dans le fond. Ce bobinage génère donc une force 25 électromotrice induite lorsqu'il est placé dans le champ électromagnétique (3) de l'émetteur. Cette tension induite est proportionnelle au nombre de spires du bobinage qui dépend de la fréquence d'émission et de la portée désirée (de 1 à 5000 spires). Le fond de ce boîtier est assemblé extérieurement de manière articulée, par l'intermédiaire d'une rotule située dans l'axe de la bobine (4), à une plaque d'appui parallèle et située en retrait pour donner une possibilité de jeu entre ces deux surfaces. Deux verniers pivotants permettent de mesurer chacun dans un axe le parallélisme entre la plaque d'appui et le fond du boîtier. Du fait de la position de la rotule dans l'axe de la bobine, la distance moyenne entre les bobines émettrice et réceptrice (2 et 4) ne varie pas, ce qui implique que la variation du signal reçu n'est plus due qu'aux seules modifications d'inclinaisons du boîtier récepteur. Ainsi, les angles affichés par les verniers lorsque le signal reçu est maximum, correspondent aux défauts de parallélisme entre les surfaces externes des parois mesurées (13).Ces éléments rajoutés extérieurement au boîtier sont eux aussi non métalliques. L'analyse comparative des signaux de 3 bobines réceptrices disposées en triangle sur un même plan ou de 4 bobines réceptrices disposées aux quatre coins d'un quadrilatère toujours sur un même plan permet la différenciation et aussi la quantification des défauts de parallélisme horizontaux et verticaux sans utiliser les réglages mécaniques. Par souci de miniaturisation ou de simplification pour la réalisation des enroulements, les bobines peuvent aussi être montées sur des noyaux en ferrite, ce qui permet une importante réduction de leur diamètre ainsi que des longueurs des bobinages, à moins que l'on opte pour une augmentation de la portée de l'appareil. Le signal reçu est maximum lorsque les 2 boîtiers sont l'un par rapport à l'autre : 1 ) En vis-à-vis. 2 ) Le plus rapprochés possible. 3 ) Parallèles. La bobine (4) du récepteur qui fournit le signal à l'amplificateur d'entrée (5) est accordée sur la fréquence émise par l'émetteur, ce qui permet de s'affranchir de l'influence des signaux de fréquences différentes de celle de l'émetteur. Celle-ci sera calée vers 3,2 KHz afin de choisir un compromis entre la portée de l'appareil et son aptitude à traverser des parois constituées de métaux amagnétiques tels que le zinc des toitures par exemple. Par contre, on peut choisir de porter la fréquence à 150 KHz si l'on désire optimiser la portée de la détection dans les cas où il y a absence de métaux, De même on peut aussi la descendre en dessous de 200 Hz (voire 10 Hz) dans le cas contraire où il y a des métaux magnétiques. La forme du signal alternatif a peu d'influence sur la performance de l'appareil. Cependant un signal sinusoïdal présente l'avantage de ne pas générer d'harmoniques. L'entrée du premier étage amplificateur (5) est à haute impédance afin de ne pas écraser le signal fourni par la bobine réceptrice (4). Cet étage est doté d'un système limitant l'amplitude de son signal de sortie pour éviter une saturation susceptible de générer un blocage de cet amplificateur suite à une entrée en auto oscillation. Ce premier étage alimente une cascade d'amplificateurs (6) montés en série, chacun d'eux alimentant une diode Led, et dont les gains successifs font que le courant consommé par cette échelle de Leds (10) évolue linéairement en raison inverse de la distance séparant les bobines (2 et 4) alors que le signal de réception varie en raison inverse du cube de cette distance. Après mesure (7), la somme des courants de sortie des amplificateurs montés en cascade est convertie en tension par un générateur approprié [courant/tension (8)].Cette intensité évolue de manière inversement proportionnelle à la distance entre bobines (2 et 4). Cette tension étant l'image de l'inverse de la distance séparant l'émetteur du récepteur, va servir à alimenter un afficheur numérique ou analogique (11) affichant une approximation de la distance dans le cas de parois non métalliques puis un convertisseur tension/fréquence (9) à loi linéaire qui alimente lui-même, via un amplificateur de puissance, un générateur acoustique (12) vibrant au rythme de la fréquence générée. Ce triple système d'indication de la localisation offre à la fois la simplicité d'utilisation par son échelle de diodes Leds (ou bargraph), la précision par son indicateur numérique et la facilité d'utilisation par son avertisseur acoustique lorsqu'il faut intervenir en évoluant dans des zones encombrées par exemple. REVENDICATIONS 1) Dispositif portatif de localisation, de quantification de distance et de vérification de parallélisme à travers des parois épaisses, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bobine émettrice (2) alimentée par un générateur de courant alternatif (1) permettant d'influencer à distance par induction au moins une bobine réceptrice (4) dont le signal de sortie est amplifié (5 et 6), affiché (10 et 11),puis converti en fréquence (9). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence d'émission fournie par le générateur de courant (1) est comprise entre 10 Hz et 150 KHz. 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence d'émission permettant une portée optimum pour traverser des métaux amagnétiques se situe entre 2400 et 4000 Hz. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine réceptrice (4) est accordée sur la fréquence du générateur alternatif (1) afin d'obtenir une réception sélective permettant de filtrer les signaux indésirables (parasites) et d'exploiter le coefficient de surtension lié à la résonance du circuit. 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance d'émission founie par le générateur est comprise entre 0,1 mW et 5W. 6) Dispositif selon la revendication 1, équipé d'une cascade d'amplificateurs (6) dont les gains sont ajustés pour compenser l'évolution du signal de sortie de la bobine réceptrice (4) qui varie en raison inverse du cube de sa distance avec la bobine émettrice (2), afin de restituer un signal de sortie évoluant linéairement avec les distances séparant les bobines. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que les bobines émettrice (2) et réceptrice (4), logées chacunerespectivement dans un boîtier non métallique, sont parfaitement parallèles à la paroi plane de leur boîtier respectif, parois qui sont destinées à être positionnées de part et d'autre du mur ou de la paroi épaisse (13) à mesurer. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins 3 bobines réceptrices non alignées et disposées dans le même plan pour une meilleure analyse des défauts de parallélisme en différenciant et en quantifiant les erreurs verticales et erreurs horizontales sans réglages mécaniques. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi extérieure du fond du boîtier récepteur, orientée vers la paroi épaisse (13) à contrôler, et articulée sur sa plaque d'appui, est pourvue de deux verniers pivotants, l'un verticalement, l'autre horizontalement, pour permettre de mesurer les inclinaisons du boîtier par rapport à sa plaque d'appui et donc de mesurer dans les cieux axes les défauts de parallélisme entre les deux surfaces extérieures de la paroi contrôlée (13); la distance moyenne entre bobines (2 et 4) restant identique au cours de ces réglages d'inclinaisons du boîtier récepteur, les variations du signal reçu ne seront donc imputables qu'à ces seules variations d'inclinaisons. 10) Dispositif selon la revendication 1, équipé d'un convertisseur tension/fréquence (9) permettant de générer un signal acoustique dont la fréquence varie en raison inverse de lia distance séparant le récepteur de l'émetteur.