Brevet FR3071804A1 — publié le 20190405

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure du mouvement d'un rail au passage d'un train et en particulier la mesure de la composante linéaire dans une direction donnée du mouvement du rail. Etat de la technique Il est habituel de vérifier l'état du réseau de rails. L'une des vérifications les plus importantes et difficiles à faire consiste à détecter le mouvement vertical du rail pour intervenir si ce mouvement dépasse un seuil critique dangereux pour la circulation des trains. Il n'existe actuellement aucun moyen simple permettant de mesurer ces déplacements au passage d'un train. Seuls des moyens empiriques et indirects pour tenter de déceler le mouvement vertical excessif d'un rail sont appliqués actuellement. Selon les procédés connus, il faut faire des mesures et des relevés sur les rails, ce qui nécessite le passage d'agents pour installer des dispositifs de mesure, attendre le passage d'un train et faire le relevé. Cette solution complexe à réaliser ne permet que des mesures ponctuelles avec le déplacement sur le terrain. Il s'agit d'interventions complexes et coûteuses qui ne sont faites que dans les cas extrêmes, lorsque les effets autres et concordants montrent la nécessité d'une intervention sur les rails. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un moyen simple permettant de détecter de manière efficace et suivie le mouve- ment ou le déplacement d'un rail ou d'une voie au passage d'un train et notamment en différents endroits du rail ou d'un tronçon de voie. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure de la composante linéaire dans une direction donnée du mou- vement d'un rail au passage d'un train comprenant : une barrière lumineuse solidaire de l'infrastructure de voie, formée d'au moins un émetteur d'un faisceau lumineux vers un récepteur correspondant, un index solidaire du mouvement du rail et formé d'une succession de zones actives d'écartement donné, le réseau de zones actives 2 étant placé dans l'intervalle de l'émetteur/récepteur de la barrière lumineuse de façon à coopérer avec le faisceau, l'index coopérant avec le faisceau par le mouvement de déplacement du rail par les zones actives, de façon à générer une succes- 5 sion de signaux d'interaction avec le faisceau dans le récepteur correspondant, et un dispositif d'exploitation recevant les signaux du récepteur pour les compter par séquence de mouvement du rail. Le dispositif de mesure selon l'invention permet de détec- 10 ter la composante du mouvement du rail, en général la composante ver- ticale du mouvement du rail au passage d'un train et de comparer ce résultat à un seuil critique pour surveiller l'évolution de ce mouvement et intervenir si le seuil critique est dépassé. Ce dispositif simple et fiable peut être installé en plu- 15 sieurs endroits d'un rail ou d'un tronçon de voie de façon à recueillir une image fidèle de l'évolution du positionnement du rail sans nécessiter une présence humaine régulière et suivie des dispositifs de mesure par un agent sur le terrain. Les dispositifs de mesure bien que solidaires en mouve- 20 ment du rail mais non définitivement fixés à celui-ci, sont récupérés après une campagne de surveillance d'une voie ou d'un tronçon de voie pour les installer sur un autre tronçon à surveiller. Les informations recueillies sont stockées dans le dispositif et récupérées régulièrement par le passage d'un collecteur 25 d'informations ou transmises vers un poste central qui, lui, surveille de façon centralisée et en continu l'ensemble et qui peut notamment détecter l'enlèvement frauduleux de tel ou tel dispositif de mesure. Cette collecte centralisée évite le déplacement d'un agent pour relever les informations et permet de suivre en temps réel 30 l'évolution du mouvement d'un rail. Selon une caractéristique avantageuse, la barrière lumineuse est formée de deux émetteurs et de deux récepteurs correspondants, ce qui améliore la sécurité et la précision, notamment par un effet de vernier. 3 Selon l'invention, les zones actives sont soit des zones opaques qui coupent le faisceau, ces zones opaques étant alors séparées par des zones transparentes, soit encore des zones réfléchissantes qui renvoient le faisceau. Dans les deux cas, il y a comptage des impul- 5 sions lumineuses générées par le faisceau traversant les zones transpa- rentes ou le faisceau réfléchi. De façon avantageuse, on met en place au moins trois profils perpendiculaires à la voie, soit six capteurs opposés deux à deux pour comparer les variations éventuelles de dévers entre les deux profils 10 de rail et comparer les variations de gauche entre deux profils. Le « gauche » est la différence de dévers entre deux profils adjacents. La mise en place du dispositif de mesure selon l'invention est particulièrement simple puisqu'il suffit de le fixer à l'infrastructure et de relier solidairement l'index au rail pour transmettre les mouve- 15 ments de celui-ci dont on détecte la composante dans une certaine di- rection telle que la direction verticale. Un avantage est d'isoler le capteur des impacts du passage des trains sur les rails en fixant le capteur à l'infrastructure, seul l'index supportant les impacts. 20 Suivant une autre caractéristique, le dispositif comporte un poste central et le dispositif est en liaison avec le poste central par une liaison émetteur/radio pour la transmission des signaux et leur traitement final dans le poste central ainsi que la collecte des résultats de plusieurs dispositifs de mesure installés sur le site. Les informations 25 peuvent également être transmises vers le poste central par le réseau Internet à travers une passerelle (gateway). Suivant une autre caractéristique, le dispositif de mesure comporte un système de géolocalisation permettant d'envoyer au poste central la position précise de chaque dispositif de mesure le long d'un 30 rail. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le dispositif de mesure comporte un capteur de vibrations permettant de réveiller la barrière lumineuse pour effectuer la mesure au passage d'un train. 4 Suivant une autre caractéristique avantageuse, le dispositif de mesure comporte une horloge pour affecter un instant aux séquences de mouvement du rail. Dessins 5 La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de dispositif de mesure de la composante linéaire du mouvement d'un rail au passage d'un train représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma par blocs du dispositif de mesure, 10 la figure 2 est un schéma d'un exemple d'index en forme de réseau du dispositif de mesure de la figure 1, la figure 3 est un schéma d'un autre exemple de réseau de l'index du dispositif de mesure de la figure 1, la figure 4 est un schéma par blocs du dispositif de mesure de 15 mouvement. Description d'un mode de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'invention a pour objet un dispositif de mesure 100 de la composante linéaire dans une direction donnée D du mouvement d'un rail R au passage d'un train. Ce dispositif est installé 20 au voisinage de l'endroit surveillé d'un rail ou d'un tronçon de voie. Il s'agit en général de détecter les mouvements verticaux du rail, notamment pour relever le dépassement d'un seuil critique. De façon plus générale, le dispositif de mesure 100 est destiné à détecter la composante du mouvement AH du rail R dans une certaine direction (D). 25 Le dispositif 100 installé de manière fixe sur l'infrastructure a un témoin de mouvement en forme d'index 3 relié au rail R par une liaison solidaire en mouvement. Le dispositif 100 se compose d'un support 1, fixe, logeant un dispositif d'exploitation 4 et d'un capteur optique 2 en forme de bar- 30 rière lumineuse ayant un photoémetteur 21 générant un faisceau lumi- neux 22 arrivant sur un photorécepteur 23. Le dispositif 100 comporte également un index 3 en forme de réseau placé dans le faisceau lumineux 22 pour le couper par alternance et permettre ainsi de mesurer le débattement AH du rail R dans cette direction (D) par le comptage des 5 coupures du faisceau de la barrière lumineuse par le mouvement de l'index 3 solidaire du rail R. La figure 2 montre un premier exemple d'index 3A formé d'un cadre 31 portant une succession de barres 32 et de bandes 33 réa- 5 lisant ainsi une succession de zones opaques (32) et de zones transpa- rentes (33) traversées par le faisceau lumineux 22 ou bloquant celui-ci. L'index 3 est mobile en translation dans la direction (D) de la composante de mouvement à détecter de sorte que les barres 32 coupent successivement le faisceau 22 arrivant sur le récepteur 23, ce qui génère 10 des impulsions représentant ces coupures. Les zones transparentes (33) et les zones opaques (32) (appelées de manière générale barres), se répètent suivant un motif ou une alternance représentant une distance donnée (d). Cette distance (d) est la même sur tout l'index 3 de sorte que le comptage des impulsions 15 générées par l'interruption du faisceau 22 arrivant sur le photorécep- teur 23 est représentatif du déplacement 3,11 du rail R dans la direction (D). Le comptage correspond à un déplacement relatif à partir de la position de repos de l'index 3. Le mouvement du rail R étant élastique, il en est de 20 même du mouvement de l'index 3 qu'il porte et donc du mouvement du rail R et des coupures du faisceau 22 de la barrière lumineuse. On obtient ainsi des séries d'impulsions de coupure SCi du faisceau par le mouvement du réseau de barres dans une direction (D+) et dans la direction opposée (D-) pour le retour. 25 Ces séries d'impulsions sont en principe égales et selon le cas, elles sont séparées en fin d'excursion (entre le mouvement aller et le mouvement retour) par un intervalle plus grand que l'intervalle entre deux coupures, à cause du temps d'inversion du mouvement du rail R et du réseau 3. Si cet intervalle est court et confondu avec l'intervalle 30 entre deux barres 32, le comptage donnera une distance double qu'il sera facile de déceler et de corriger au cours du traitement des impulsions. Le réseau 3 peut être réalisé de différentes manières et les barres 32 ou bandes opaques et les intervalles transparents 33 ne 35 sont qu'un exemple de zones transparentes 33 et de zones opaques 32. 6 Les barres 32 peuvent être des barres réelles séparées par des intervalles, ce qui a l'avantage d'éviter de dépôt de poussière sur les zones transparentes constituées par ces intervalles. Les zones en forme de « barres » matérialisées ou non ont l'avantage d'être insensibles aux 5 mouvements de déplacement transversaux dans la mesure où ceux-ci sont limités à la largeur du réseau 3 qui est la direction longitudinale des « barres ». Selon une variante représentée à la figure 3, l'index 3B est composé de deux bandes Bi, B2 orientées globalement dans la di- 10 rection (D) de la mesure, avec des barres 32 en position décalée, oppo- sée, pour être lues par deux faisceaux 22 d'une double barrière lumineuse, permettant un contrôle du fonctionnement et d'éliminer certains aléas de lecture. On peut également faire un comptage avec un effet de vernier en réalisant la deuxième bande B2 avec une distribution 15 de barres 32 selon le principe du vernier, associé à la première bande B1 dans laquelle la distribution des barres 32 est la distribution normale. Le dispositif de vernier permet d'augmenter la précision de la mesure et d'identifier la position des zones actives (zones opaques ou zones réfléchissantes). 20 Selon la figure 4, le dispositif d'exploitation 4 intégré au support 1 est constitué par une alimentation électrique 41 telle qu'une batterie, un circuit de gestion 42 de la barrière lumineuse 2, un circuit de commande 43 du faisceau 22, un circuit de mise en forme et d'enregistrement 44 des signaux SCi dans une mémoire 45 ainsi qu'un 25 émetteur/récepteur 46 pour transmettre les signaux ou plus générale- ment les résultats de l'exploitation des signaux détectés vers l'émetteur-récepteur 51 d'un poste central 5 qui recueille les signaux de mesure des dispositifs 100 de la voie surveillée (R). Le dispositif d'exploitation a également une horloge 47 et un système de géolocalisation 48 pour as- 30 socier automatiquement les résultats des mesures à un point géogra- phique du rail sans nécessiter à chaque nouvelle installation, la mesure de la position et son enregistrement dans le dispositif 100 par l'opérateur qui installe le dispositif 100 le long du tronçon de voie surveillé. 7 Selon une variante non représentée, la barrière lumineuse est formée de deux émetteurs et de deux récepteurs correspondants. De façon générale, la barrière lumineuse comporte des zones actives qui sont des zones opaques séparées par des zones transpa- 5 rentes. Les zones opaques coupent le faisceau. Les zones actives peu- vent également être des zones réfléchissantes, écartées les unes des autres d'un intervalle déterminé, et ces zones réfléchissantes renvoient le faisceau. Dans les deux cas, les zones actives coopèrent avec le 10 faisceau pour générer des signaux d'interaction du faisceau dans le ré- cepteur correspondant. Le poste central 5 a un émetteur/récepteur 51 communiquant avec l'émetteur/récepteur 46 des dispositifs 100 et des moyens de traitement non détaillés pour l'exploitation des signaux. 15 L'exploitation des impulsions SCi de comptage est faite soit sur le site dans le dispositif d'exploitation 4 traitant les impulsions SCi pour fournir des états de comptage corrigés, représentatifs du déplacement AH dans la direction (D). Ces informations peuvent être stockées dans la mémoire 45 du dispositif de mesure ou être transmises par 20 une liaison radio, filaire ou optique, au poste central 5 recevant les me- sures d'un ensemble de dispositifs de détecteurs 100 associés à un certain tronçon de voie. La fonction de mesure peut être activée en permanence ou seulement au passage d'un train ou d'un véhicule ferroviaire et res- 25 ter en sommeil dans l'intervalle entre les passages des trains. Pour son réveil, le dispositif 100 a un capteur de vibrations 49 qui le maintient en éveil pendant toute la durée des vibrations, c'est-à-dire pendant toute la durée de passage du train. Dans la mesure où le capteur 49 est directement associé 30 au rail R, il détecte l'arrivée du train avant même que celui-ci ne soit au droit du capteur et il maintient le dispositif de mesure 100 en éveil pendant un certain temps après le passage du train par temporisation de la période de saisie dont le déclenchement étant, comme indiqué, lié à la transmission des vibrations longitudinalement dans le rail R. 8 Le capteur 49 associé au rail R équipe de préférence la liaison mécanique reliant le rail à l'index 3 du dispositif de mesure 100. Bien que le dispositif 100 soit robuste et non particulièrement sensible à la poussière, il est avantageux de loger la barrière 5 lumineuse 21, 22, 23 dans une enceinte 11 solidaire du support 1 et de relier l'index 3 au rail R par une liaison mécanique 35 traversant l'enceinte 11 par une ouverture de dimensions réduites, par exemple une fente, pour diminuer l'éventuelle pénétration de poussière dans l'intervalle de la barrière lumineuse. 10 Une réalisation avantageuse non représentée consiste à remplacer la fente latérale par un orifice sur le dessus de l'enceinte. Cet orifice sera alors traversé par la liaison mécanique en forme de tige coudée dont le mouvement au passage de l'orifice est un simple coulissement. Cela facilite la réalisation de l'étanchéité de l'enceinte 11. 15 9 NOMENCLATURE 100 Dispositif de mesure du mouvement d'un rail 1 Support 5 11 Enceinte 2 Capteur optique 21 Photoémetteur 22 Faisceau lumineux 23 Photorécepteur 10 3 Index! réseau 31 Cadre 32 Barre/zone opaque 33 Intervalle entre les barres/zones transparentes 35 Liaison 15 4 Dispositif d'exploitation 41 Alimentation électrique 42 Circuit de gestion 43 Circuit de commande du faisceau 44 Circuit de mise en forme et d'enregistrement des 20 signaux 45 Mémoire 46 Emetteur/récepteur 47 Horloge 48 Système de géolocalisation 25 49 Capteur de vibrations 5 Poste central recevant les signaux des dispositifs de mesure 51 Emetteur/récepteur D Direction de la composante du mouvement du rail 30 AH Déplacement détecté du rail dans la direction (D) R Rail Bi, REVENDICATIONS1°) Dispositif de mesure de la composante linéaire dans une direction donnée (D) du mouvement d'un rail (R) au passage d'un train comprenant une barrière lumineuse solidaire de l'infrastructure de voie, formée d'au moins un émetteur (21) d'un faisceau lumineux (22) vers un récepteur (23) correspondant, un index (3) solidaire du mouvement du rail (R) et formé d'une succession de zones actives (32) d'écartement donné (d), le réseau de zones actives étant placé dans l'intervalle de l'émetteur/récepteur (21, 23) de la barrière lumineuse de façon à coopérer avec le faisceau (22), l'index (3) coopérant avec le faisceau par le mouvement de déplacement (3,11) du rail (R) par les zones actives, de façon à générer une succession de signaux d'interaction (SCi) du faisceau (22) dans le récepteur (23) correspondant, et un dispositif d'exploitation (4) recevant les signaux de coupure (SCi) du récepteur (23) pour les compter par séquence de mouvement du rail. 2°) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la barrière lumineuse est formée de deux émetteurs (21) et de deux récepteurs (23) correspondants. 3°) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones actives sont des zones opaques qui coupent le faisceau, ces zones opaques étant séparées par des zones transparentes laissant pas- ser le faisceau ou les zones actives sont des zones réfléchissantes qui renvoient le faisceau. 4°) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 11 il comporte un poste central (5) muni d'un récepteur (51), le dispositif (100) installé près du rail comportant un émetteur (46) pour l'émission des signaux du circuit d'exploitation (4) vers le poste central (5). 5 5°) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un système de géolocalisation (48) pour fournir au poste central (5) la position du dispositif de mesure (100). 10 6°) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un capteur de vibrations (49) détectant les vibrations pour réveiller la barrière lumineuse au passage d'un train et mettre la barrière lumineuse en sommeil lorsque le rail est au repos. 15 7°) Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte une horloge (47) pour affecter un temps aux séquences de mouvement. 20