Brevet FR3116111A1 — publié le 20220513

Titre : Dispositif de mesure de variation de l’inclinaison d’un mât L’invention concerne un dispositif (1) de mesure de variations de l’inclinaison d’un mât (10), le dispositif (1) comprenant : - un corps (2) présentant une surface d’appui (20) destinée à être appliquée contre le mât (10), la surface d’appui (20) formant des moyens de positionnement dans l’espace du corps (2) par rapport au mât (10) selon une orientation prédéfinie, le corps (2) présentant une orientation haut/bas selon une droite d’orientation (21) destinée à être parallèle avec le mât (10) lors d’un couplage du corps (2) sur le mât (2) ; - un organe électronique (3) destiné à mesurer une variation d’inclinaison, l’organe électronique (3) étant logé dans le corps (2) et maintenu fixe par rapport au corps (2), l’organe électronique (3) étant un accéléromètre (30). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de mesure de variation de l’inclinaison d’un mât Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication d’équipements de métrologie. L’invention concerne plus particulièrement la conception d’un dispositif permettant de déterminer avec précision l’évolution de l’inclinaison d’un mât, ou de déterminer si un mât s’étendant essentiellement verticalement présente des variations de l’inclinaison de son axe d’extension. Classiquement, des équipements, notamment des équipements ferroviaires, sont situés en hauteur et nécessitent d’être parfaitement suspendus pour fonctionner correctement. Par exemple, les installations ferroviaires comportent des caténaires suspendues en haut des voies ferrées, à l’aide de mâts. Le contrôle des installations ferroviaires peut impliquer la vérification de la bonne verticalité de ces mâts, et du maintien de cette verticalité dans le temps. Des inclinomètres peuvent ainsi être utilisés par des opérateurs de maintenance ferroviaire. L’usage a démontré l’importance de la détection d’infimes défauts de verticalité et il existe ainsi un besoin relatif à la très haute précision de mesure de ces défauts de verticalité. Des inclinomètres très précis existent, toutefois leur coût important peut constituer un frein à leur adoption au sein d’une entreprise du fait du nombre d’inclinomètres qu’il serait nécessaire d’acquérir. Il est également à noter que l’inclinaison des mâts peut varier dans le temps, et cette variation doit être détectée pour être analysée. En conséquence, l’usage de simples inclinomètres nécessite le report de mesures d’inclinaison pour permettre par la suite de déterminer la variation d’inclinaison de ces mâts. L’invention a notamment pour objectif de répondre à ce besoin. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un dispositif permettant de mesurer de faibles variations d’inclinaison d’un mât s’étendant verticalement ou essentiellement verticalement. L’invention a également pour objectif de fournir un tel dispositif qui soit notamment capable de mesurer de faibles variations d’inclinaison avec une précision au 1/1000 ième de degré près. L’invention a encore pour objectif de fournir un tel dispositif qui ne présente pas un coût de fabrication, ou d’acquisition trop important par rapport aux solutions de l’art antérieur. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaitront par la suite, sont atteints grâce à l’invention qui a pour objet un dispositif de mesure de variations de l’inclinaison d’un mât, le dispositif comprenant : - un corps présentant une surface d’appui destinée à être appliquée contre le mât, la surface d’appui formant des moyens de positionnement dans l’espace du corps par rapport au mât selon une orientation prédéfinie, le corps présentant une orientation haut/bas selon une droite d’orientation destinée à être parallèle avec le mât lors d’un couplage du corps sur le mât ; - un organe électronique destiné à mesurer une variation d’inclinaison, l’organe électronique étant logé dans le corps et maintenu fixe par rapport au corps ; caractérisé en ce que l’organe électronique est un accéléromètre présentant des axes de mesure dont un premier axe et un deuxième axe orthogonaux entre eux, l’accéléromètre étant susceptible de mesurer des accélérations linéaires selon les axes de mesure, le premier axe et le deuxième axe se croisant le long d’une seconde droite parallèle à la droite d’orientation, en formant respectivement un angle α et un angle β avec la seconde droite, les angles α et β étant chacun compris entre 10° et 90°. Le dispositif de mesure selon l’invention permet de déterminer avec précision une inclinaison dans un plan, et plus précisément une variation de cette inclinaison dans un plan. Par exemple, une variation d’inclinaison gauche/droite ou une variation d’inclinaison avant/arrière peut être déterminée. Grâce aux angles α et β, les axes de mesure de l’accéléromètre ne sont pas colinéaires avec la seconde droite, et ainsi ne sont pas destinés à être colinéaires avec un axe d’extension du mât qui serait vertical ou essentiellement. De cette façon, le positionnement dans l’espace des axes de l’accéléromètre permet d’obtenir une meilleure précision de mesure. En effet, si l’un des axes de l’accéléromètre est aligné avec une verticale ou dans un cône de 10° par rapport à cette verticale, alors la mesure relative à cet axe de mesure d’une accélération linéaire n’est pas précise. En positionnant un axe de mesure de l’accéléromètre selon une inclinaison comprise de 10° à 90° par rapport à la verticale, alors la captation d’une variation d’une inclinaison est plus précise. De plus, un accéléromètre est un équipement démocratisé dont le coût d’acquisition peut être considéré comme faible vis-à-vis de la précision de mesure. En effet, une telle utilisation d’un accéléromètre permet de déterminer une variation d’inclinaison avec une précision particulièrement importante, notamment de l’ordre du millième de degré pour un coût faible par rapport à des inclinomètres selon l’art antérieur. Préférentiellement, les angles α et β sont chacun compris entre 25° et 90°. La précision de mesure de la variation d’inclinaison est alors améliorée. Selon une caractéristique avantageuse du dispositif, α = β. Dans ce cas, le premier axe et le deuxième axe de mesure des accélérations linéaires présentent une même inclinaison par rapport à une seconde droite et fournissent alors une mesure destinée à présenter une même précision. Avantageusement, le premier axe et le deuxième axe sont situés dans un plan dans lequel s’étend la seconde droite. Le premier axe et le deuxième axe sont alors positionnés de telle manière qu’ils optimisent la précision d’une mesure de variation d’inclinaison dans le plan. Selon un mode de réalisation avantageux, les axes de mesure d’accélérations linéaires de l’accéléromètre comprennent un troisième axe orthogonal au premier axe et au deuxième axe, le troisième axe croisant le premier axe et le deuxième axe le long de la seconde droite, le troisième axe formant un angle γ avec la seconde droite, avec γ compris entre 10° et 90°. Grâce à ce mode de réalisation du dispositif, il est permis de déterminer avec une précision importante et dans l’espace une variation d’inclinaison globale d’un mât. Préférentiellement, les angles α, β et γ sont chacun compris entre 25° et 90°. La précision de mesure de la variation d’inclinaison est alors améliorée. Encore plus avantageusement, α = β = γ. De cette manière, la précision de mesure d’une variation d’inclinaison par le biais de l’accéléromètre est la plus précise possible, s’affranchissant pour les trois axes de problèmes relatifs à un alignement des axes de mouvement avec les axes de l’accéléromètre. Selon une caractéristique avantageuse, le dispositif comprend une carte électronique plane logée dans le corps, la carte électronique présentant un emplacement d’assemblage à plat de l’accéléromètre, et en ce que le corps comprend un support sur lequel est couplé la carte électronique, le support et l’emplacement d’assemblage formant des moyens de positionnement angulaire de l’accéléromètre par rapport à la droite d’orientation. De cette façon, le positionnement correct de l’organe électronique est simplifié. Il suffit de coupler l’accéléromètre sur la carte puis de coupler la carte sur le support pour que le positionnement de l’organe électronique dans l’espace, et notamment par rapport au corps, soit réalisé de manière satisfaisante. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de différents modes de réalisation préférentiels de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels : la est une représentation schématique en perspective de dessus d’un dispositif de mesure de variation de l’inclinaison d’un mât, selon l’invention, ce dispositif étant couplé sur ledit mât ; la est une représentation schématique de côté du dispositif et de son positionnement vis-à-vis du mât ; la est une représentation schématique illustrant le positionnement d’axes de mesure selon un premier mode de réalisation, vu de côté ; la est une représentation schématique vue du dessus du positionnement des axes de mesure selon le premier mode de réalisation ; la est une représentation schématique vue du dessus du positionnement d’axes de mesure selon un second mode de réalisation ; la est une représentation schématique en perspective du dessus du positionnement des axes de mesure selon le second mode de réalisation. En référence aux figures 1 et 2, un dispositif 1 de mesure de variations de l’inclinaison d’un mât 10 est représenté. Le mât 10 s’étend selon un axe d’extension 11. Le mât 10 est essentiellement destiné à s’étendre verticalement et son axe d’extension 11 s’étend ainsi parallèlement ou essentiellement parallèlement à une verticale. Le dispositif 1 comprend un corps 2, un organe électronique 3 destiné à mesurer une variation d’inclinaison, et un embout de couplage 4 du corps 2 à une perche. Le corps 2 présente une surface d’appui 20 qui est destinée à être appliquée contre le mât 10. Cette surface d’appui 20, illustrée schématiquement sur la , permet de positionner, selon une orientation prédéfinie, le corps 2 par rapport au mât 10. La surface d’appui 20 forme ainsi des moyens de positionnement dans l’espace, du corps 2 par rapport au mât 10, selon une orientation prédéfinie. En effet, le corps 2 présente une orientation haut/bas selon une droite d’orientation 21. Selon cette orientation haut/bas, le corps 2 présente une face supérieure destinée à être orientée vers le ciel et une face inférieure destinée à être orientée vers le sol. La droite d’orientation 21 est destinée à être parallèle au mât 10 lors d’un couplage du corps 2 sur le mât 10 par le biais de la surface d’appui 20 appliquée contre le mât 10. Plus précisément, la droite d’orientation 21 définie par le corps 2 selon son orientation haut/bas est destinée à être parallèle avec l’axe d’extension 11 du mât 10. En conséquence, une fois le corps 2 couplé sur le mât 10 alors la droite d’orientation 21 est assimilable à l’axe de la gravité. Tel qu’illustré par la , l’organe électronique 3 est logé dans le corps 2. Notamment, cet organe électronique 3 est maintenu fixe par rapport au corps 2. Le corps 2 comprend plus spécifiquement un support 6 destiné à positionner l’organe électronique 3 par rapport au corps 2. Le dispositif 1 comprend une carte électronique 5 logée dans le corps 2. Cette carte électronique 5 est couplée sur le support 6, et l’organe électronique 3 est couplé sur la carte électronique 5. Selon le principe de l’invention, l’organe électronique 3 est un accéléromètre 30. La carte électronique 5 présente un emplacement d’assemblage 50 à plat de l’accéléromètre 30. Le support 6 et l’emplacement d’assemblage 50 de la carte électronique 5 forment ensemble des moyens de positionnement angulaire, dans l’espace par rapport au corps 2, de l’accéléromètre 30. Toujours selon le principe de l’invention, l’accéléromètre 30 présente des axes de mesure. Selon un premier mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4, l’accéléromètre présente un premier axe 31 et un deuxième axe 32. Le premier axe 31 et le deuxième axe 32 sont orthogonaux entre eux. Selon un deuxième mode de réalisation illustré par les figures 5 et 6, l’accéléromètre 30 présente en plus du premier axe 31 et du deuxième axe 32, un troisième axe 33. Le premier axe 31, le deuxième axe 32 et le troisième axe 33 sont orthogonaux entre eux. L’accéléromètre 30 permet de mesurer des accélérations linéaires selon chacun des axes de mesure, dont notamment celle de la gravité et en conséquence toutes ses composantes, suivant chacun des axes de mesure. En référence aux figures 2 à 6, les axes de mesure se croisent le long d’une seconde droite 22. Cette seconde droite 22 est parallèle à la droite d’orientation 21 tel que cela est schématiquement représenté par la . En référence aux figures 3 et 6, et selon les premier et deuxième modes de réalisation, le premier axe 31 croise la seconde droite 22 en formant un angle α, et le deuxième axe 32 croise la seconde droite 22 selon un angle β. Selon le deuxième mode de réalisation, le troisième axe 33 croise la seconde droite 22 selon un angle γ. En référence au premier mode de réalisation illustré par les figures 3 et 4, ainsi qu’au deuxième mode de réalisation illustré par les figures 5 et 6, les angles α et β sont chacun compris entre 10° et 90°. Pour plus de précision, les angles α et β sont compris entre 25° et 90°. En conséquence, le premier axe 31 et le deuxième axe 32 ne peuvent pas être colinéaires avec la seconde droite 22. De plus, tel qu’illustré par la et selon ce mode de réalisation, le premier axe 31 et le deuxième axe 32 sont situés tous les deux dans un plan dans lequel s’étend la seconde droite 22. Dans ce cas, l’angle α et l’angle β sont avantageusement égaux à 45°. Le premier axe 31 et le deuxième axe 32 sont alors symétrique l’un de l’autre par rapport à un plan dans lequel s’étend la seconde droit 22, ce plan étant perpendiculaire du plan dans lequel s’inscrivent le premier axe 31, le deuxième axe 32, et la seconde droite 22. Ce mode de réalisation permet de déterminer avec précision des variations d’inclinaison dans le plan dans lequel s’inscrivent le premier axe 31 et le deuxième axe 32. A présent, en référence au deuxième mode de réalisation, illustré par les figures 5 et 6, l’angle γ est également compris entre 10° et 90°, et avantageusement compris entre 25° et 90°. Plus spécifiquement et tel qu’illustré par la , l’angle α est égal à l’angle β qui est lui-même égal à l’angle γ. La précision de mesure est alors identique selon chacun des axes de mesure de l’accéléromètre 30. En référence aux figures 5 et 6, les projections des axes, dans un plan perpendiculaire à la seconde droite 22, et en suivant la seconde droite 22, forment des angles de 120° entre eux. En référence à la , l’accéléromètre 30 est aplati et présente deux axes de mesure (seul le premier axe 31 étant visible sur la représentation de la ) s’étendant dans un plan destiné à être parallèle à un plan de couplage de l’accéléromètre 30 sur la carte électronique 5. L’accéléromètre 30 présente également le troisième axe 33 de mesure perpendiculaire à ces plans. Tel qu’illustré par les figures 1 et 2, l’accéléromètre 30 prend classiquement la forme d’un pavé droit aplati, ou en d’autres termes d’un parallélépipède rectangle aplati avec une face inférieure et une face supérieure carrées, bordées par quatre faces latérales présentant une faible hauteur. Grâce au support 6, le capteur est alors incliné à 45° sur deux axes, soit une première inclinaison à 45° par rapport à la seconde droite, et une deuxième inclinaison à 45° sur l’axe orthogonal au plan de couplage de l’accéléromètre 30 sur la carte électronique 5. Ces deux inclinaisons permettent d’éviter de mesurer des valeurs proches de zéro pour l’un des axes de mesure de l’accéléromètre 30. De cette manière, de faibles erreurs de mesure sont rendues négligeables sur chacun des axes, malgré un étalonnage préventif en usine du capteur. Notamment, ces deux inclinaisons permettent de se débarrasser des erreurs relatives dues aux contraintes endurées : - par l’accéléromètre 30 lors de son implantation sur la carte électronique 5, par exemple par le biais d’une soudure, et - par la carte électronique 5 lors de son montage sur le support 6 du corps 2. Le dispositif 1 selon l’invention permet de mesurer avec une très grande précision des mouvements d’inclinaison du mât 10 sur lequel le dispositif 1 est couplé. Ainsi, de faibles mouvements d’inclinaison de ce mât 10 ne sont pas susceptibles d’être captés par un axe de mesure qui serait orienté selon une direction verticale. Ceci évite d’obtenir une valeur de mesure pour laquelle la marge d’erreur de de la captation serait plus importante du fait de l’impact de la gravité terrestre sur une mesure réalisée par le biais d’un axe de mesure d’un accéléromètre aligné avec une verticale. Lors de son couplage sur le mât 10, le dispositif 1 est d’abord étalonné afin de transformer des inclinaisons déterminées par l’accéléromètre 30 en une inclinaison du mât 10. Il est alors déterminé, selon une méthode de calcul bien connue, un angle absolu de l’accéléromètre 30 vis-à-vis du référentiel terrestre, ce qui permet ensuite de donner une valeur à titre indicatif de l’inclinaison absolue du mât 10 dans le référentiel terrestre. Par la suite, le dispositif 1 est laissé couplé à demeure sur le mât 10 pour permettre de détecter des variations de l’inclinaison du mât 10. La mesure d’angle est ainsi relative si la position angulaire du mât 10 en absolu n’est pas exacte. En effet et tel qu’expliqué précédemment, c’est lors de la pose du dispositif 1 sur le mât 10 que l’étalonnage est réalisé, ce qui sert de point de référence. Tel qu’évoqué précédemment, le dispositif 1 comporte un embout de couplage 4 à une perche. De cette manière, le corps 2 peut être installé en hauteur, par exemple jusqu’à 6 mètres de hauteur, en haut d’un mât 10, tel que cela est souvent nécessaire sur des installations ferroviaires. Ce corps 2 comprend avantageusement des moyens de télécommunication destinés à émettre sur un réseau de télécommunication des données mesurées à l’aide du dispositif 1. Ces moyens de télécommunication et le réseau de télécommunication sont avantageusement du type « bas débit » ce qui permet une consommation énergétique faible du dispositif. Les moyens de télécommunication sont associés à des moyens de traitement électroniques, pour analyser et traiter les données fournies par l’accéléromètre 30. Les moyens de télécommunication et les moyens de traitement électroniques sont par exemple portés par la carte électronique 5. Le dispositif 1 comprend avantageusement des cellules photovoltaïques destinées à améliorer son autonomie électrique. Ces cellules photovoltaïques sont regroupées sur un panneau photovoltaïque porté par le corps 2. Le corps 2 comprend enfin une batterie électrique susceptible d’être rechargée par les cellules photovoltaïques et qui est destinée à alimenter électriquement le corps 2. Dispositif (1) de mesure de variations de l’inclinaison d’un mât (10), le dispositif (1) comprenant : - un corps (2) présentant une surface d’appui (20) destinée à être appliquée contre le mât (10), la surface d’appui (20) formant des moyens de positionnement dans l’espace du corps (2) par rapport au mât (10) selon une orientation prédéfinie, le corps (2) présentant une orientation haut/bas selon une droite d’orientation (21) destinée à être parallèle avec le mât (10) lors d’un couplage du corps (2) sur le mât (2) ; - un organe électronique (3) destiné à mesurer une variation d’inclinaison, l’organe électronique (3) étant logé dans le corps (2) et maintenu fixe par rapport au corps (2) ; caractérisé en ce que l’organe électronique (3) est un accéléromètre (30) présentant des axes de mesure dont un premier axe (31) et un deuxième axe (32) orthogonaux entre eux, l’accéléromètre (30) étant susceptible de mesurer des accélérations linéaires selon les axes de mesure, le premier axe (31) et le deuxième axe (32) se croisant le long d’une seconde droite (22) parallèle à la droite d’orientation (21), en formant respectivement un angle α et un angle β avec la seconde droite (22), les angles α et β étant chacun compris entre 10° et 90°. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les angles α et β sont chacun compris entre 25° et 90°. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que α = β. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier axe (31) et le deuxième axe (32) sont situés dans un plan dans lequel s’étend la seconde droite (22). Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes de mesure d’accélérations linéaires de l’accéléromètre (30) comprennent un troisième axe (33) orthogonal au premier axe (31) et au deuxième axe (32), le troisième axe (33) croisant le premier axe (31) et le deuxième axe (32) le long de la seconde droite (22), le troisième axe (33) formant un angle γ avec la seconde droite (22), avec γ compris entre 10° et 90°. Dispositif (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les angles α, β et γ sont chacun compris entre 25° et 90°. Dispositif (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que α = β = γ. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une carte électronique (5) plane logée dans le corps (2), la carte électronique (5) présentant un emplacement d’assemblage (50) à plat de l’accéléromètre (30), et en ce que le corps (2) comprend un support (6) sur lequel est couplé la carte électronique (5), le support (6) et l’emplacement d’assemblage (50) formant des moyens de positionnement angulaire de l’accéléromètre (30) par rapport à la droite d’orientation (21).