Brevet FR2952433A1 — publié le 20110513

La présente invention a pour objet un dispositif de détermination du poids d'un objet. Le dispositif selon l'invention permet de déterminer de manière simple et précise le poids d'objets en mouvement ou immobiles. Il est connu de mesurer de manière statique des charges roulantes à l'aide de ponts-bascules ou de systèmes équivalents. Ces systèmes sont particulièrement coûteux. Ils peuvent en particulier nécessiter des itinéraires spécifiques pour accéder aux aires de pesage. Ceci a pour inconvénient d'entraîner des pertes de temps liées aux nécessités d'immobilisation des charges sur l'aire de pesage pendant la pesée ainsi que des dépenses de personnel affecté à ce type de mesures. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle propose un dispositif permettant de mesurer précisément et économiquement le poids d'objets, en particulier le poids d'objets en mouvement tels que des véhicules pouvant rouler à vitesse élevée et notamment à vitesse de croisière. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de détermination du poids d'un objet, comprenant au moins un support d'objet de forme allongée disposé sur au moins un premier et un deuxième appui, et des moyens de traitement aptes à calculer le poids de l'objet, indépendamment de la position de l'objet sur le support d'objet entre une première section droite de mesure située du côté du premier appui et une deuxième section droite de mesure située du côté du deuxième appui. Conformément à l'invention, les moyens de traitement sont aptes à déterminer le poids de l'objet à partir de l'addition ou de la soustraction de deux valeurs d'un paramètre physique choisi entre le moment fléchissant et l'effort tranchant, lesdites valeurs étant additionnées si le paramètre physique est le moment fléchissant ou soustraites si le paramètre physique est l'effort tranchant, la distance entre la première section de mesure et le premier appui étant égale à la distance entre la deuxième section de mesure et le deuxième appui si le paramètre physique est le moment fléchissant, lesdites valeurs étant déterminées au niveau des sections de mesure à l'aide de jauges de déformation, les jauges étant disposées deux à deux symétriquement par rapport au plan neutre du support d'objet. B10003FR Grâce au fait que l'addition ou la soustraction des valeurs du paramètre physique donne un résultat proportionnel au poids de l'objet, le montage permet de déterminer facilement le poids de l'objet, à l'aide d'un étalonnage avec des poids de référence. Le plan neutre est le plan situé à l'intérieur du support d'objet et qui est la surface formée par les fibres du support d'objet qui ne subissent ni raccourcissement ni allongement et gardent une longueur constante. Dans les phénomènes de flexion, les contraintes de cisaillement dues à l'effort tranchant sont maximales au niveau du plan neutre et les contraintes de flexion (traction, compression) sont maximales en valeurs absolues au niveau des faces supérieures et inférieures du support d'objet, les contraintes de cisaillement étant nulles à ce niveau. L'utilisation des jauges de déformation permet en outre d'obtenir des mesures particulièrement précises. Une jauge de déformation est un composant permettant de suivre les déformations de matériaux soumis à des contraintes, au moyen des variations de résistance d'un conducteur électrique. Chaque support d'objet est avantageusement une poutre. Le montage spécifique des jauges de déformation en pont complet de Wheatstone permet d'obtenir un signal électrique de sortie du pont proportionnel au poids de l'objet. Les jauges de déformation peuvent ainsi être reliées entre elles en pont de Wheatstone, de manière à ce que la différence de potentiel en sortie du pont soit proportionnelle au poids de l'objet. Dans un premier mode de réalisation, le paramètre physique est le moment fléchissant. Dans ce cas, la distance entre la première section de mesure et le premier appui est égale à la distance entre le deuxième section de mesure et le deuxième appui. Pour ce premier mode de réalisation, les jauges de déformation comprennent avantageusement, au niveau de chaque section de mesure, deux jauges supérieures disposées longitudinalement au-dessus du plan neutre, de part et d'autre du plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet, et deux jauges inférieures disposées longitudinalement au-dessous du plan B10003FR neutre, les jauges inférieures étant les symétriques des jauges supérieures par rapport au plan neutre. Les jauges supérieures sont de préférence symétriques par rapport au plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet et les jauges inférieures sont de préférence symétriques par rapport au plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet. Dans un deuxième mode de réalisation, le paramètre physique est l'effort tranchant. Dans ce cas, les jauges de déformation comprennent avantageusement, au niveau de chaque section de mesure, deux ensembles de deux jauges disposés au niveau du plan neutre, de part et d'autre du plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet, chaque ensemble de jauges comprenant deux jauges orthogonales et inclinées de 45° par rapport au plan neutre Les deux ensembles de deux jauges sur chaque section de mesure 15 sont de préférence symétriques par rapport au plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet. Pour chaque paramètre physique, les jauges de déformation des sections de mesure sont avantageusement reliées en pont de Wheatstone de manière à déterminer le poids de l'objet à partir d'un signal unique et 20 spécifique à chaque paramètre physique. Le dispositif selon l'invention peut comprendre au moins deux supports d'objet. Cette variante, qui peut être utilisée avec le premier ou le deuxième mode de réalisation, est particulièrement adaptée pour la mesure de la masse d'objets se déplaçant à vitesse élevée sur plusieurs supports d'objet, comme 25 par exemple des véhicules automobiles. De manière générale, les supports d'objets peuvent être sensiblement parallèles, de préférence parallèles. L'invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif décrit ci-dessus pour la détermination du poids d'un objet en mouvement. 30 Elle a enfin pour objet l'utilisation d'un dispositif décrit ci-dessus pour la détermination du poids de plusieurs objets supportés simultanément par le support d'objet. B10003FR D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 3 illustrent un premier mode de réalisation d'un dispositif de détermination de la masse d'un objet selon l'invention, - les figures 4 à 6 illustrent un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de détermination de la masse d'un objet selon l'invention, - les figures 7 et 8 illustrent une variante préférée du deuxième mode de réalisation, et - la figure 9 illustre une variante préférée du premier mode de réalisation. Le dispositif 1 de détermination du poids d'un objet, tel qu'illustré à la figure 1, comprend une poutre 5 de longueur I, fixée horizontalement sur deux 15 appuis à chacune de ses extrémités A et B. Entre les deux appuis on choisit deux sections de mesure a et situées à égale distance et de préférence faible distance a des appuis. Un objet de poids Q est situé sur la poutre 5, entre les sections de mesure a et 8, à une distance x de l'appui situé à l'extrémité A. 20 Le diagramme de la figure 1 montre que quelle que soit la position x de l'objet entre les sections a et 8, la somme du moment fléchissant Ma en a et du moment fléchissant M8 en R est une constante égale à Qa, proportionnelle au poids de l'objet. Le premier mode de réalisation de l'invention utilise ce constat pour déterminer le poids de l'objet. 25 A cet effet, tel qu'illustré sur la figure 2, la poutre 5 est munie, au niveau de la section a, de quatre jauges de déformation longitudinales 1,2,1',2', de même résistance électrique, et disposées dans le sens de la longueur de la poutre 5. Deux jauges 1,2 sont disposées au-dessus du plan neutre de la poutre 5, de manière à mesurer la compression de la 30 poutre 5 en a, tandis que deux jauges 1',2' sont disposées au-dessous du plan neutre, de manière à mesurer la traction de la poutre 5 en a. Les jauges 1',2' sont les symétriques des jauges 1,2 par rapport au plan neutre. Ainsi, en utilisant des jauges de part et d'autre de la poutre 5, on annule les effets de B10003FR torsion. Pour une meilleure précision des mesures, les jauges 2,2' sont les symétriques des jauges 1,1' par rapport au plan de symétrie vertical longitudinal de la poutre 5. De la même façon, on dispose quatre jauges de déformation 3,4,3',4' 5 au niveau de la section 33. Les jauges de déformation sont disposées de la même façon que les jauges 1,2,1',2' vis-à-vis de la poutre 5. Une jauge de déformation est basée sur la propriété qu'ont certains matériaux de voir leur conductibilité varier lorsqu'ils sont soumis à des déformations. Comme les variations de résistance sont faibles, il est préférable 10 de faire appel à un montage en pont de Wheatstone, tel qu'illustré à la figure 3. Alimenté par une source de tension, le pont possède, à l'équilibre, une tension différentielle de sortie nulle, mais la variation de l'une ou l'autre des résistances fait apparaître une tension différentielle de sortie non nulle. Ce 15 montage permet l'addition des variations de résistance électrique des jauges en compression et en traction. De plus, le montage en pont complet compense les variations des jauges en fonction de la température, ce qui permet de ne pas altérer la mesure résultante. Ainsi, les résistances des jauges 1,2 et 3,4 d'une part, et des 20 jauges 1',2' et 3',4' d'autre part, dont on souhaite additionner le signal, sont disposées en opposition dans le pont. Le signal de sortie du pont est par suite proportionnel à la somme des moments fléchissants Ma et M[3, et est donc proportionnel au poids de l'objet. Le poids de l'objet peut ensuite facilement déterminée à l'aide d'un étalonnage. 25 Dans un deuxième mode de réalisation, tel qu'illustré à la figure 4, on utilise l'effort tranchant pour déterminer la masse de l'objet. Les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références. Dans ce mode de réalisation, la poutre 5 peut être placée sur plusieurs appuis horizontaux consécutifs référencés A1, A2r...,A;, A;+1, ..., An. La charge Q se déplace entre les 30 sections a et [3 situées à égale distance a des appuis A; et Ai+1. Les efforts tranchants en a et [3 sont respectivement Ta et T[3. On démontre, tel qu'illustré sur les diagrammes de la figure 4, que Ta-T[3 = Q, lorsque la charge Q est située entre a et 33. Dans le deuxième B10003FR mode de réalisation, on détermine ainsi la masse de l'objet à partir de la différence des efforts tranchants mesurés en a et en 13. Il est connu qu'une contrainte de cisaillement qui traduit l'effort tranchant s'appliquant au niveau d'un carré élémentaire peut être déterminée en comparant les allongements des diagonales du carré. On dispose ainsi des jauges de contraintes selon des axes orthogonaux et inclinés de 45°, ou de sensiblement 45°, par rapport à l'horizontale, tel qu'illustré à la figure 5. Ainsi, dans la section a, on utilise sur une face de la poutre 5 deux jauges orthogonales 1,2 inclinées de 45° par rapport à l'horizontale, et sur l'autre face de la poutre 5, on utilise également deux jauges orthogonales 1',2' inclinées de 45° par rapport au plan neutre. Les jauges 1,2,1'2' sont centrées au niveau du plan neutre de la poutre 5. En outre, les jauges 1',2' sont avantageusement les symétriques des jauges 1,2 par rapport au plan de symétrie vertical longitudinal de la poutre 5. On utilise ainsi des jauges de part et d'autre de la poutre 5, ce qui permet d'annuler les effets de torsion. La section 13 est équipée de jauges 3,4,3',4', de manière identique à la section a. Il n'y a pas de contact électrique entre les jauges qui se croisent mécaniquement. Les jauges 1,2,1',2' et 3,4,3',4' sont symétriques par rapport à l'axe vertical (mn). Les jauges peuvent être regroupées par deux dans un montage dit en rosette. Le montage électrique des jauges est illustré à la figure 6. Comme pour le premier mode de réalisation, on utilise un pont de Wheatstone. On effectue la différence entre l'effort tranchant mesuré en a et l'effort tranchant mesuré en 13. Ainsi, les résistances des jauges 1,1' et 3,3' sont adjacentes de manière à agir en sens opposé. Il en va de même des résistances des jauges 2,2' et 4,4'. De manière générale, le signal différentiel analogique en sortie du pont de Wheatstone est traité par une instrumentation qui polarise le pont, amplifie le signal analogique, réalise une conversion analogique numérique et filtre numériquement le signal. Une unité centrale traite ensuite numériquement les informations et peut les stocker en mémoire. On peut ainsi enregistrer les valeurs des mesures et effectuer tous les traitements nécessaires à leur exploitation selon l'application finale souhaitée, comme par exemple l'affichage B10003FR du poids d'une charge ou la somme des poids de plusieurs charges sur un afficheur numérique. En l'occurrence, le nombre de charges successives est paramétrable. Le protocole de mesure est réalisable par un opérateur ou un usager non spécialiste. L'opérateur sélectionne le mode pesage statique ou pesage dynamique. Dans le cas du pesage statique, la masse de la charge est affichée instantanément, par exemple sur l'afficheur. Dans le cas du pesage dynamique, l'opérateur paramètre le nombre de charges successives, puis il sélectionne le cadencement des charges successives, soit manuellement à l'aide d'un actionneur « tout ou rien », soit automatiquement par déclenchement d'un capteur « tout ou rien », au passage de la charge mobile. L'opérateur enclenche la mesure à l'aide d'un actionneur « tout ou rien ». A la fin du pesage du nombre de charges programmées, la masse totale est par exemple affichée. Dans une variante du deuxième mode de réalisation, tel qu'illustré à la figure 7, le dispositif peut comprendre deux poutres 5 rectangulaires équipées de jauges selon la figure 5. Cette variante est particulièrement adaptée pour la mesure du poids d'objets se déplaçant à grande vitesse, tels que des véhicules. Les deux poutres 5 sont encastrées dans la chaussée. Les deux appuis de chaque poutre 5 sont aménagés au fond des encastrements. La largeur de chaque poutre 5 est supérieure à la largeur de la roue du véhicule. Le couplage des résistances des jauges de chaque poutre 5 est illustré à la figure 8. Les poutres 5 peuvent également être encastrées dans une plate-forme hors du sol pour un passage du véhicule à basse vitesse. Bien que l'utilisation de l'effort tranchant comme paramètre physique soit particulièrement adaptée pour la mesure du poids d'objets circulant à grande vitesse, on peut également utiliser le moment fléchissant comme paramètre physique. Dans une variante du premier mode de réalisation, tel qu'illustré à la figure 9, une poutre 5 équipée de jauges selon la figure 2 est encastrée dans la chaussée. Les deux appuis de la poutre 5 sont aménagés au fond de l'encastrement. Dans cette variante, le véhicule à peser, par exemple, un véhicule poids lourd, roule à basse vitesse et traverse la poutre 5 B10003FR perpendiculairement à l'axe longitudinal de la poutre 5. On peut également envisager que la poutre 5 soit encastrée dans une plate-forme hors du sol Le dispositif selon l'invention permet ainsi le pesage de charges verticales, statiques ou mobiles, comme par exemple des charges roulantes. Les charges mobiles peuvent se déplacer sur une ou plusieurs poutres horizontales et parallèles qui reposent sur deux ou plusieurs appuis. Les charges peuvent se déplacer soit longitudinalement sur une ou plusieurs poutres parallèles, typiquement sur deux poutres, soit perpendiculairement à une seule poutre. Les charges qui se déplacent longitudinalement sur une ou plusieurs poutres parallèles peuvent se déplacer à vitesse élevée. Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté à la détection de surcharges de véhicules poids lourds et permet un contrôle accru de cette détection. L'invention permet ainsi de s'affranchir de l'utilisation de multiples capteurs de type pesons ou capteurs piezo-électriques, utilisation dont le coût est élevé et qui nécessite souvent le traitement d'un signal analogique par peson. Grâce au dispositif selon l'invention, il est en outre possible de peser des charges roulantes à vitesse élevée avec une précision de l'ordre de 2%, tandis que les systèmes de pesage à vitesse élevée utilisant des capteurs piezo-électriques n'offrent qu'une précision de l'ordre de 20%. Ceci est du au fait que la poutre constitue elle-même le capteur avec un signal constant sur toute la longueur de mesure. Le dispositif permet des usages multiples avec différentes configurations utilisant une ou plusieurs poutres de pesage, mais ne nécessitant qu'un seul signal à traiter. B10003FR REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de détermination du poids d'un objet, comprenant au moins un support d'objet (5) de forme allongée disposé sur au moins un premier et un deuxième appui, et des moyens de traitement aptes à calculer le poids de l'objet, indépendamment de la position de l'objet sur le support d'objet (5) entre une première section droite de mesure (a) située du côté du premier appui et une deuxième section droite de mesure (13) située du côté du deuxième appui, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont aptes à déterminer le poids de l'objet à partir de l'addition ou de la soustraction de deux valeurs d'un paramètre physique choisi entre le moment fléchissant et l'effort tranchant, lesdites valeurs étant additionnées si le paramètre physique est le moment fléchissant ou soustraites si le paramètre physique est l'effort tranchant, la distance (a) entre la première section de mesure (a) et le premier appui étant égale à la distance (a) entre la deuxième section de mesure (13) et le deuxième appui si le paramètre physique est le moment fléchissant, lesdites valeurs étant déterminées au niveau des sections de mesure (a,13) à l'aide de jauges de déformation disposées deux à deux symétriquement par rapport au plan neutre du support d'objet (5). 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque support d'objet (5) est une poutre (5). 3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les jauges de déformation sont reliées entre elles en pont de Wheatstone, de manière à ce que la différence de potentiel en sortie du pont soit proportionnelle au poids de l'objet. 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le paramètre physique est le moment fléchissant. 5. Dispositif (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les jauges de déformation comprennent, au niveau de chaque section de B10003FRmesure (a,8), deux jauges supérieures (1,2;3,4) disposées longitudinalement au-dessus du plan neutre, de part et d'autre du plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet (5), et deux jauges inférieures (1',2';3'4') disposées longitudinalement au-dessous du plan neutre, les jauges inférieures (1',2';3'4') étant les symétriques des jauges supérieures (1,2;3,4) par rapport au plan neutre. 6. Dispositif (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les jauges supérieures (1,2;3,4) sont symétriques par rapport au plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet (5) et en ce que les jauges inférieures (1',2';3'4') sont symétriques par rapport au plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet (5). 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le paramètre physique est l'effort tranchant, et en ce que les jauges de déformation comprennent, au niveau de chaque section de mesure (a,8), deux ensembles (1,2;1',2' ; 3,4;3'4') de deux jauges disposés au niveau du plan neutre, de part et d'autre du plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet (5), chaque ensemble (1,2;1',2' ; 3,4;3'4') de jauges comprenant deux jauges orthogonales et inclinées de 45° par rapport au plan neutre. 8. Dispositif (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux ensembles (1,2;1',2' ; 3,4;3'4') de deux jauges sont symétriques par rapport au plan de symétrie vertical longitudinal du support d'objet (5). 9. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour chaque paramètre physique, les jauges de déformation des sections de mesure (a,8) sont reliées en pont de Wheatstone de manière à déterminer le poids de l'objet à partir d'un signal unique et spécifique à chaque paramètre physique. 10.Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux supports d'objet (5). B10003FR 11.Dispositif (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que les supports d'objets (5) sont sensiblement parallèles. 12. Utilisation d'un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 pour la détermination du poids d'un objet en mouvement. 13. Utilisation d'un dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 11 pour la détermination du poids de plusieurs objets supportés simultanément par le support d'objet (5). B10003FR