"Procédé de mesure de.-l'effort axial appliqué à un corps ferromagnétique et montage électromagnétique pour la
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Benoît de HALLEUX et Pierre LOUIS, concerne un procédé de mesure de l'effort axial appliqué à au moins un corps ferromagnétique allongé, en particulier à un fil, faisceau de fils, toron, câble, profilé, appelé ci-après fil, au moyen d'un montage électromagnétique capable d'engendrer une induction magnétique dans le fil.
L'invention a pour but un procédé de mesure défini ci-dessus qui, d'une part, ne nécessite aucun contact entre un élément quelconque du montage électromagnétique et le corps allongé ou fil et qui, d'autre part, permet d'utiliser directement le signal engendré par l'induction magnétique du corps allongé dans un circuit élémentaire.
A cet effet, conformément à l'invention, le procédé comprend, d'une part, une phase d'étalonnage et, d'autre part, une phase de mesure de contrôle de l'effort axial appliqué, mises en oeuvre de façon indépendante, la phase d'étalonnage consistant en ce que l'on relève la caractéristique magnéto-élastique d'un fil étalon en appliquant audit fil, au moyen d'un circuit à solénoïde inducteur disposé à proximité du fil, un champ magnétique périodique ayant une composante axiale et en mesurant dans un circuit de mesure d' étalonnage comprenant un solénoïde récepteur également disposé à proximité dudit fil, la force électromotrice qui y est induite par la variation de l'induction magnétique du fil -étalon sous l'effet dudit champ, pour des valeurs variables de l'effort axial appliqué au fil, et la phase de mesure de contrôle consistant en ce qu'au.
moyen d'un montage comprenant un solénoïde inducteur et un solénoïde récepteur qui sont tous deux disposés à proximité du fil soumis à la mesure, lequel fil présente des caractéristiques physico-chimiques généralement identiques à celles du fil étalon, l'on applique au fil soumis à la mesure, au moyen dudit solénoïde inducteur, un champ magnétique ondulé généralement identique au champ
de la phase d'étalonnage correspondant, l'on mesure dans un circuit
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électromotrice induite et l'on extrapole.de la valeur de cette force électromotrice, sur base de la caractéristique magnétoélastique d'étalonnage, l'indication de l'effort axial appliqué au fil.
Lorsque l'on dit que les solénoïdes sont disposés à proximité du fil, cela signifie qu'ils peuvent ou non être en contact avec le fil; suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, les solénoïdes sont disposés.:autour du fil, en contact ou non avec lui.
L'analyse de ce procédé permet de constater qu'aussi bien pour l'étalonnage que pour la mesure de contrôle, l'on utilise un montage constitué de deux solénoïdes entourant simplement le fil, sans aucune nécessité de contact avec lui et que, d'autre part, en appliquant audit fil, au moyen du solénoïde inducteur, un champ magnétique périodique qui ne varie pas au cours de la mesure, l'on recueille dans le circuit de mesure comportant uniquement le solénoïde récepteur, un signal électrique, généralement une tension, dont la mesure donne une indication directe de l'effort axial appliqué au fil.
Le courant périodique peut être, par exemple, un courant ondulé de type sinusoïdal, un courant triangulaire ou rectangulaire.
De préférence, conformément à l'invention, le champ magnétique périodique résulte de la superposition d'une composante de champ constante et d'une composante de champ alternative et la valeur de la composante constante est assez élevée pour que l'induction magnétique dans le fil soit proche de l'induction de saturation. Le choix précis de la valeur de la composante de champ constante est conditionné par l'obtention d'une réversibilité satisfaisante de la caractéristique magnéto-élastique, quelle que soit l'histoire magnétique et élastique du fil avant l'établissement de la caractéristique.
Dans certaines utilisations du procédé selon l'invention, l'étalonnage est effectué sur le fil dont on désire mesurer ultérieurement l'état des efforts qui lui sont appliqués. En outre, l'on peut avantageusement, selon l'invention, se servir des mêmes circuits inducteur et récepteur pour la phase d'étalonnage et la
phase de mesure de contrôle.
La présente invention trouve une utilisation particulièrement avantageuse dans la mesure des efforts axiaux appliqués à des fils, torons, câbles ou barres profilées ou faisceaux de ces éléments, utilisés en tant qu'armatures dans les constructions en béton précontraint. Conformément à l'invention, l'on noie dans la construction le montage comprenant le solénoïde inducteur et le solénoïde récepteur, les solénoïdes étant placés autour ou à proximité dudit fil d'armature, et les conducteurs d'alimentation, respectivement
de mesure, desdits solénoïdes étant accessibles sur une face externe d'une paroi de la construction.
L'on obtient ainsi un système de capteur pour mesurer les efforts résiduels de précontrainte dans les poutres, colonnes ou autres structures en béton précontraint, qui présente l'avantage par rapport aux capteurs connus d'allongement suivant lequel, d'une part, il ne nécessite pas une fixation à un élément de l'armature et que, d'autre part, il permet de mesurer même dans le cas où une partie de l'allongement élastique donné initialement à l'élément d'armature lors de la mise en tension s'est tranformée en allongement plastique sous l'effet du fluage.
Dans cette application, l'on relève de préférence la caractéristique magnéto-élastique du fil ou du faisceau de fils d'armature pendant leur mise en tension dans la construction. Dans ce cas, la phase d'étalonnage a lieu in situ, au moyen des mêmes circuits inducteur et récepteur que ceux qui servent à la phase de mesure intervenant en des périodes ultérieures lorsque l'on désire contrôler l'état de la construction.
Lorsque le' corps ferromagnétique soumis à la mesure comprend plusieurs éléments disposés les uns à l'intérieur des autres, par exemple lorsqu'il est constitué par un faisceau de câbles ou de torons, et que l'on désire contrôler séparément l'état des efforts axiaux dans les éléments successifs du corps composite, le procédé selon l'invention prévoit que, tant au cours de l'étalonnage qu'au cours de la mesure de contrôle, l'on fait varier la composante constante du champ magnétique.inducteur et l'on établit plusieurs courbes magnéto-élastiques correspondant chacune à une valeur déterminée de la composante constante du champ magnétique, choisie pour
que l'induction magnétique dans les éléments successifs du corps ferromagnétique composite soit proche de l'induction de saturation.
L'invention concerne également un montage ferromagnétique destiné à la mise en oeuvre du procédé qui constitue le premier objet de l'invention. Ce montage comprend un circuit à solénoïde inducteur et un circuit à solénoïde récepteur, les deux solénoïdes étant couplés, et il est caractérisé en ce que les solénoides sont montés à l'intérieur d'un blindage en matériau ferromagnétique. Ce blindage a notamment pour fonction de réduire l'influence sur la mesure, des masses magnétiques placées à proximité du montage.
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D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre non limitatif, d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention, avec référence aux dessins dans lesquels :
La figure 1 représente un montage électromagnétique utilisé dans le procédé de mesure selon l'invention. La figure 2 représente plusieurs caractéristiques magnéto-élastiques d'un fil en acier, ces caractéristiques correspondant à des valeurs différentes de la composante de champ constante.
Les figures 3a et 3b illustrent, sur base d'une courbe d'allongement en fonction de la contrainte, d'un fil d'acier et de la caractéristique magnéto-élastique correspondante, l'applicabilité du procédé selon l'invention dans le domaine plastique des déformations du fil.
Les figures 4 et 5 représentent schématiquement une portion d'extrémité d'une poutre en béton précontraint munie d'un montage de mesure selon l'invention, respectivement pendant la mise en tension mécanique de l'armature et dans un état où la poutre est achevée.
Le procédé de mesure selon l'invention est basé sur le phénomène bien connu suivant lequel les propriétés magnétiques d'un corps se modifient en fonction des contraintes mécaniques qu'il subit.
Ce procédé fait appel à un montage électromagnétique du type représenté à la figure 1. Celui-ci comprend un solénoïde inducteui 1 alimenté par un courant ondulé I(t) à partir d'une source d'alimentation 2. Le courant ondulé résulte de la superposition d'un courant continu dont l'intensité est Io et d'un courant alternatif Im sin wt. Le montage électromagnétique comprend en outre un sole-
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conducteurs 3 à un appareil de mesure 4 qui est généralement un voltmètre. Conformément à l'invention, les solénoides 1 et 2 sont montés à l'intérieur d'un blindage en matériau ferromagnétique, constitué par exemple par une gaine en fer doux 14 .
Le corps en matériau ferromagnétique dont l'on désire mesurer l'effort axial auquel il est soumis peut être quelconque à condition qu'il puisse passer par le canal 5 formé à l'intérieur du solénoïde récepteur 2, lorsque, ainsi que .l'illustre l'exemple de réalisation décrit, les solénoïdes entourent le corps en matériau ferromagnétique 6 soumis à la mesure; dans une variante de mise e oeuvre de l'invention, les solénoïdes peuvent être disposés à côte' du corps ferromagnétique 6, en contact ou non. Le corps ferromagnétique 6 peut être constitué par un fil, un toron, un câble
ou un faisceau de ces éléments ainsi que par tout profilé. Il peut en outre être disposé dans une gaine, comme on le verra plus loin. L'on parlera dans la suite de la description d'un fil tel que celui représenté en 6 à la figure 1 sans que ce terme ne puisse limiter l'invention.
Sous l'effet du champ magnétique ondulé à composante axiale engendré par le passage du courant ondulé dans la bobine inductrice 1 et de l'induction magnétique, également ondulée, dans le fil 6 qui en résulte; une force électromotrice est engendrée dans la bobine réceptrice 2 et elle est, conformément à l'invention, mesurée dans un appareil de mesure de la tension électrique, par exemple dans un voltmètre 4, pour des valeurs variables de l'effort axial
P appliqué au fil 6. Sur base de ces mesures, l'on établit, conformément à une première phase du procédé selon l'invention, la caractéristique magnéto-élastique du fil, c'est-à-dire les valeurs de la tension électrique engendrée dans la bobine réceptrice en fonction des efforts appliqués au fil.
La figure 2 représente plusieurs courbes magnéto-élastiques 7 à 10 établies sur des fils d'acier, de composition suivante, très voisine de la composition entectoide, présentant un diamètre de 7 mm. :
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Ces fils ont subi, après patentage, une réduction de section de 70 % par tréfilage, puis un traitement thermique d'une durée de
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provoquant un allongement plastique inférieur à 1 %.
Les courbes 7 à 10 ont toutes été établies pour une valeur constante de la composante alternative du champ magnétique, s'élevant dans le cas considéré à 68 Oersteds et une fréquence également constante s'élevant à 60 Hertz. L'on a par contre fait varier la composante constante du champ magnétique inducteur.
L'on constate que les courbes magnéto-élastiques ne présentent pas de réversibilité ni de linéarité pour des valeurs faibles de la composante constante du champ (courbes 7 et 8); il faut donc, conformément à l'invention, fixer la composante constante'du champ magnétique à une valeur élevée (de l'ordre de 340 Oe au moins pour le cas considéré) de nature à correspondre à un régime proche de la saturation magnétique du fil d'acier.
Outre l'avantage de réversibilité résultant du travail à un régime proche de celui de la saturation, l'on constate celui d'une linéarité de la caractéristique ainsi que d'une sensibilité satisfaisante. De plus, l'emploi d'un champ magnétisant élevé réduit fortement les perturbations engendrées par les masses ferromagnétiques placées à proximité du dispositif de mesure et il efface le passé magnétique du fil, ce qui supprime la nécessité de devoir démagnétiser. Une réduction sensible des perturbations qui pourraient être engendrées par les masses ferromagnétiques avoisinantes est en outre apportée par le blindage 14.
En ce qui concerne-le choix de l'amplitude et de la fréquence d'oscillation de la composante alternative du champ magnétisant, il faut se rendre compte que la force électro-motrice induite dans le bobinage récepteur est proportionnelle à la dérivée par rapport au temps, du flux qui coupe la section du solénoïde récepteur 2. Le. niveau de puissance de la force électro-motrice induite peut donc être ajusté, notamment par le choix de l'amplitude et de la fréquence de la composante alternative. On doit toutefois veiller à. limiter les valeurs de ces deux paramètres pour éviter l'isolation magnétique de la partie centrale du fil d'acier par les courants de Foucault. Généralement, l'on ne dépasse pas une fréquence de 100 Hz.
L'on a montré aux figures 3a et 3b que la caractéristique magnéto-élastique peut être établie également dans le domaine des déformations plastiques du fil d'acier. A la figure 3a, l'on a porté sur l'ordonnée de gauche la contrainte et sur l'ordonnée de droite la force électromotrice engendrée dans la bobine réceptrice 2 du montage selon la figure 1, tandis que l'abscisse porte les valeurs en pourcents, de l'allongement relatif du fil d'acier 6 soumis à la tension mécanique qui, en l'occurence, est un fil d'acier doux à
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électromotrice en fonction de l'allongement est exactement semblable à l'allure de la variation de.la contrainte par rapport à l'allongement relatif : ceci signifie qu'il existe une relation linéaire, représentée à la figure 3b, entre la variation de la force électromo-trice et la contrainte, indépendamment du fait que l'on se trouve dans le domaine de la-déformation élastique ou de la déformation plastique de la structure en matériau magnétique testée. Aux points A, B, C.. de la courbe contrainte/allongement de la figure 3a, correspondent les points A, B, C.. de la caractéristique magnéto-élastique de la figure 3b.
Comme cela a déjà été exposé, le procédé de mesure selon l'invention comprend une première phase que nous appellerons la phase d'étalonnage et qui consiste à établir, dans les conditions que nous venons d'évoquer, et au moyen du montage selon la figure 1, la caractéristique magnéto-élastique du fil 6; celle-ci présente une allure généralement du type des caractéristiques 9 ou 10 de la figure 2.
La deuxième phase du procédé selon l'invention, consiste à se servir de la caractéristique magnéto-élastique ainsi établie pour contrôler l'effort axial dans un fil présentant des caractéristiques physico-chimiques généralement identiques à celles du fil qui a servi à établir ladite caractéristique. L'on se sert d'un montage électromagnétique généralement identique à celui qui a servi à 1' étalonnage, que l'on place de la même manière qu'au cours de l'étalonnage par rapport au fil à contrôler, et l'on extrapole de la valeur de la force électromotrice induite, sur base de la caractéristique électromagnétique d'étalonnage, l'indication de l'effort axial appliqué au fil contrôlé.
Deux cas peuvent en général se présenter. Le premier correspond à celui où le fil servant à l'étalonnage n'est pas le même que le fil dont on contrôle ultérieurement l'état de contrainte; le mon-
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sente par exemple lorsqu'un laboratoire établit des caractéristiques magnéto-élastiques, sur base d'échantillons ferromagnétiques, de différentes structures destinées à servir'ou à être manipulées en des endroits divers où l'on fait appel aux caractéristiques magnétoélastiques ainsi établies pour contrôler leur état de tension mécanique. L'on parle alors de fils étalons utilisés pendant l'étalonnage et de fils soumis à la mesure au cours d'une phase de mesure in situ.
Le second cas d'application du procédé selon l'invention, est celui où le fil d'étalonnage et le fil soumis à la mesure de contrôle sont les mêmes. Dans cette éventualité, généralement, c'est le même montage électromagnétique qui sert à l'étalonnage et à la mesure de contrôle.
Une variante de mise en oeuvre de l'invention concerne le cas où l'on désire contrôler séparément l'état des efforts axiaux dans les éléments successifs d'un corps ferromagnétique composite tel qu'un faisceau de fils, de torons ou tout ensemble d'au moins deux éléments disposés l'un à l'intérieur de l'autre.
Dans ce cas, conformément à l'invention, tant au cours de l'étalonnage qu'au cours de la mesure de contrôle, l'on fait varier la composante constante du champ magnétique inducteur et l'on établit plusieurs courbes magnéto-élastiques correspondant chacune à une valeur déterminée de la composante constante du champ magnétique, choisie pour que l'induction magnétique dans les éléments successifs du corps ferromagnétique composite soit proche de l'induction de saturation. L'on peut ainsi analyser dans les conditions de champ magnétique optimum, les états de tension mécaniques des éléments individuels d'un corps ferromagnétique composite.
Une application préférée du procédé selon l'invention dans laquelle c'est le même montage électromagnétique qui sert à 1 etalonnage et à la mesure de contrôle, permet de mesurer l'effort axial appliqué à une armature dans une construction en béton précontraint; elle sera décrite ci-après avec référence aux figures
4 et 5. L'on y a représenté la portion d'extrémité de droite d'une
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est disposé un faisceau 13 de fils d'armature en acier. La gaine
12 s'emmanche dans une pièce creuse de répartition 15 sur laquelle est fixée une tête femelle d'ancrage de clavettes 16 disposée sur' la face frontale de la poutre 11; la tête 16 est munie de canalisations à profil. tronconique 17 traversées par les fils d'armature
13, lesquels sont associés à des clavettes coniques 18. Les éléments que nous yenons de décrire sont bien connus et ils ont pour but de permettre la mise en contrainte du béton de la poutre au moyen d'un dispositif de vérin hydraulique'dont seule la partie qui prend appui contre la poutre est représentée et porte la référence
19. Ce dispositif de vérin applique une tension mécanique aux fils d'armature qui se bloquent dans l'état de tension qui leur est ainsi donné par le coincement des clavettes 18 dans la tête femelle 15. Le dispositif de vérin 19 est ensuite enlevé et, comme on le voit
à la figure 5, l'on injecte du mortier dans la gaine 13, en 20.
Conformément à l'invention, l'on dispose autour de la gaine 13 et l'on noie dans le béton un montage électromagnétique 21 du type représenté à la figure 1, en veillant à rendre accessible sur la face frontale de la poutre 11, au moyen d'une gaine 22 et d'une boîte de connection 23, les conducteurs d'alimentation du solénorde inducteur 1 et les conducteurs 3 de mesure du solénoïde récepteur 2. L'on relève la caractéristique magnéto-élastique du faisceau 13 des fils d'armature pendant leur mise sous tension mécanique axiale au moyen du vérin 19, ce qui correspond à la phase d'étalonnage du procédé selon l'invention.
L'on peut, en toute période ultérieure, contrôler les efforts axiaux subsistant dans les fils d'armature, en reproduisant dans le montage 21 les conditions électromagnétiques de la mesure d'étalonnage et en extrapolant de l'indication de tension électrique induite, sur base de la caractéristique magnétoélastique, la valeur de l'effort axial existant.
Si les conditions de température pendant l'étalonnage et la mesure de contrôle sont sensiblement différentes, l'on a intérêt
à tenir compte des variations qui en résultent dans les caractéristiques magnéto-élastiques. Cela peut être effectué par exemple en réalisant au moins un étalonnage à plusieurs températures aux fins de connaître le coefficient de correction thermique qu'il convient d'apporter lors de la mesure de contrôle. Dans le cas où le montage électromagnétique est noyé, l'on peut noyer à proximité des thermocouples de manière à connaître la température dans la zone de contrôle.
Un autre domaine d'application avantageuse du procédé selon l'invention est celui du tréfilage où l'effort de la traction durant le tréfilage ou durant un traitement thermique sous tension mécanique peut être mesuré pendant que le fil avance, et comparé
à la valeur désirée établie au cours d'une phase d'étalonnage.
Il doit être entendu que l'invention nrest pas limitée à la forme de réalisation décrite et que bien des.: variantes peuvent
y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure de l'effort axial appliqué à au moins un corps ferromagnétique allongé, en particulier à un fil, faisceau
de fils, toron, câble, profilé, appelé ci-après fil, au moyen d'un montage électromagnétique capable d'engendrer une induction magnétique dans le fil, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, une phase d'étalonnage et, d'autre p&rt, une phase de mesure de contrôle de l'effort axial appliqué, mises en oeuvre de façon indépendante, la phase d'étalonnage consistant en ce que l'on relève la caractéristique magnéto-élastique d'un fil étalon en appliquant audit fil, au moyen d'un circuit à solénoïde inducteur disposé à proximité du fil, un champ magnétique périodique ayant une composante axiale et en mesurant dans un circuit de mesure d'étalonnage comprenant un solénoïde récepteur également disposé à proximité dudit fil, la force élactromotrice qui y est induite par la variation de l'induction magnétique du fil étalon sous l'effet dudit champ,
pour des valeurs va-
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contrôle consistant en ce qu'au moyen d'un montage comprenant un solénoïde inducteur et un solénoïde récepteur qui sont tous deux disposés à proximité du fil soumis à la mesure, lequel fil présente des caractéristiques physico-chimiques généralement identiques à celles du fil étalon, l'on applique au fil soumis à la mesure, au moyen dudit solénoïde inducteur, un champ magnétique périodique généralement identique au champ de la phase d'étalonnage correspondant, l'on mesure dans un circuit de mesure de contrôle comprenant ledit solénoïde récepteur, la force électro�otrice induite et l'on extrapole de la valeur de cette force électromotrice, sur base de la caractéristique magnéto-élastique d'étalonnage, l'indication de l'effort axial appliqué au fil.
"Method for measuring.-the axial force applied to a ferromagnetic body and electromagnetic assembly for the
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Benoît de HALLEUX and Pierre LOUIS, concerns a method of measuring the axial force applied to at least one elongated ferromagnetic body, in particular to a wire, bundle of wires, strand, cable, section, hereinafter called wire, by means of an electromagnetic assembly capable of generating magnetic induction in the wire.
The object of the invention is a measuring method defined above which, on the one hand, does not require any contact between any element of the electromagnetic assembly and the elongated body or wire and which, on the other hand, makes it possible to use directly the signal generated by the magnetic induction of the elongated body in an elementary circuit.
To this end, in accordance with the invention, the method comprises, on the one hand, a calibration phase and, on the other hand, a measurement phase for checking the axial force applied, implemented independently. , the calibration phase consisting in that one notes the magneto-elastic characteristic of a standard wire by applying to said wire, by means of an inductor solenoid circuit arranged near the wire, a periodic magnetic field having a axial component and by measuring in a calibration measurement circuit comprising a receiver solenoid also placed near said wire, the electromotive force which is induced there by the variation of the magnetic induction of the reference wire under the effect of said field, for variable values of the axial force applied to the wire, and the control measurement phase consisting in that.
means of an assembly comprising an inductor solenoid and a receiver solenoid which are both arranged near the wire subjected to the measurement, which wire has physicochemical characteristics generally identical to those of the standard wire, one applies to the subjected wire measuring, by means of said inductor solenoid, a wavy magnetic field generally identical to the field
of the corresponding calibration phase, we measure in a circuit
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induced electromotive force and we extrapolate from the value of this electromotive force, on the basis of the magnetoelastic calibration characteristic, the indication of the axial force applied to the wire.
When we say that the solenoids are arranged near the wire, it means that they may or may not be in contact with the wire; according to an advantageous embodiment of the invention, the solenoids are arranged: around the wire, in contact with it or not.
The analysis of this process shows that both for the calibration and for the control measurement, an assembly made up of two solenoids simply surrounding the wire, without any need for contact with it, is used and that, d 'on the other hand, by applying to said wire, by means of the inductor solenoid, a periodic magnetic field which does not vary during the measurement, one collects in the measurement circuit comprising only the receiving solenoid, an electrical signal, generally a tension, the measurement of which gives a direct indication of the axial force applied to the wire.
The periodic current can be, for example, a wavy current of sinusoidal type, a triangular or rectangular current.
Preferably, according to the invention, the periodic magnetic field results from the superposition of a constant field component and an alternating field component and the value of the constant component is high enough so that the magnetic induction in the wire is close to saturation induction. The precise choice of the value of the constant field component is conditioned by obtaining a satisfactory reversibility of the magneto-elastic characteristic, whatever the magnetic and elastic history of the wire before the establishment of the characteristic.
In certain uses of the method according to the invention, the calibration is carried out on the wire whose state of the forces applied to it is subsequently desired to be measured. In addition, it is advantageously possible, according to the invention, to use the same inductor and receiver circuits for the calibration phase and the
control measurement phase.
The present invention finds a particularly advantageous use in the measurement of the axial forces applied to wires, strands, cables or profiled bars or bundles of these elements, used as reinforcements in prestressed concrete constructions. According to the invention, the assembly comprising the inductor solenoid and the receiver solenoid is embedded in the construction, the solenoids being placed around or near said reinforcing wire, and the supply conductors, respectively
measuring, said solenoids being accessible on an external face of a wall of the construction.
A sensor system is thus obtained for measuring the residual prestressing forces in beams, columns or other prestressed concrete structures, which has the advantage over known elongation sensors according to which, on the one hand, it does not require an attachment to an element of the reinforcement and that, on the other hand, it makes it possible to measure even in the case where a part of the elastic elongation initially given to the reinforcement element during the setting tension is transformed into plastic elongation under the effect of creep.
In this application, the magneto-elastic characteristic of the wire or the bundle of reinforcing wires is preferably noted during their tensioning in the construction. In this case, the calibration phase takes place in situ, by means of the same inductor and receiver circuits as those used for the measurement phase occurring in later periods when it is desired to check the state of the construction.
When the 'ferromagnetic body subjected to the measurement comprises several elements arranged one inside the other, for example when it consists of a bundle of cables or strands, and it is desired to separately control the state of the axial forces in the successive elements of the composite body, the method according to the invention provides that, both during the calibration and during the control measurement, the constant component of the magnetic field is varied. several magneto-elastic curves are established, each corresponding to a determined value of the constant component of the magnetic field, chosen for
that the magnetic induction in the successive elements of the composite ferromagnetic body is close to the saturation induction.
The invention also relates to a ferromagnetic assembly intended for implementing the method which constitutes the first subject of the invention. This assembly comprises an inductor solenoid circuit and a receiver solenoid circuit, the two solenoids being coupled, and it is characterized in that the solenoids are mounted inside a shield of ferromagnetic material. The function of this shielding is in particular to reduce the influence on the measurement of the magnetic masses placed near the assembly.
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Other details and features of the invention will emerge from the description given below without limitation, of an example of implementation of the invention, with reference to the drawings in which:
FIG. 1 represents an electromagnetic assembly used in the measurement method according to the invention. FIG. 2 represents several magneto-elastic characteristics of a steel wire, these characteristics corresponding to different values of the constant field component.
FIGS. 3a and 3b illustrate, on the basis of an elongation curve as a function of the stress, of a steel wire and of the corresponding magneto-elastic characteristic, the applicability of the method according to the invention in the field plastic deformation of the wire.
Figures 4 and 5 schematically show an end portion of a prestressed concrete beam provided with a measuring assembly according to the invention, respectively during the mechanical tensioning of the reinforcement and in a state where the beam is completed.
The measurement method according to the invention is based on the well-known phenomenon according to which the magnetic properties of a body change as a function of the mechanical stresses to which it is subjected.
This method uses an electromagnetic assembly of the type shown in FIG. 1. This comprises an inductor solenoid 1 supplied with a rippled current I (t) from a power source 2. The ripple current results from the superposition of a direct current whose intensity is Io and an alternating current Im sin wt. The electromagnetic assembly further comprises a sole
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conductors 3 to a measuring device 4 which is generally a voltmeter. In accordance with the invention, the solenoids 1 and 2 are mounted inside a shielding made of ferromagnetic material, constituted for example by a soft iron sheath 14.
The body of ferromagnetic material which it is desired to measure the axial force to which it is subjected can be arbitrary, provided that it can pass through the channel 5 formed inside the receiver solenoid 2, when, as well as .l ' illustrates the embodiment described, the solenoids surround the body of ferromagnetic material 6 subjected to the measurement; in an alternative embodiment of the invention, the solenoids can be placed side by side with the ferromagnetic body 6, in contact or not. The ferromagnetic body 6 can be constituted by a wire, a strand, a cable
or a bundle of these elements as well as by any profile. It can also be placed in a sheath, as will be seen below. In the following, we will speak of the description of a wire such as that shown at 6 in FIG. 1 without this term being able to limit the invention.
Under the effect of the corrugated magnetic field with axial component generated by the passage of the corrugated current in the induction coil 1 and of the magnetic induction, also corrugated, in the wire 6 which results therefrom; an electromotive force is generated in the receiving coil 2 and it is, in accordance with the invention, measured in an electrical voltage measuring device, for example in a voltmeter 4, for variable values of the axial force
P applied to the wire 6. On the basis of these measurements, the magneto-elastic characteristic of the wire, that is to say the values of the electric voltage, is established in accordance with a first phase of the method according to the invention. generated in the receiving coil as a function of the forces applied to the wire.
FIG. 2 represents several magneto-elastic curves 7 to 10 established on steel wires, of the following composition, very close to the entectoid composition, having a diameter of 7 mm. :
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These wires underwent, after patenting, a section reduction of 70% by drawing, then a heat treatment lasting
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causing plastic elongation of less than 1%.
Curves 7 to 10 have all been established for a constant value of the AC component of the magnetic field, amounting in the case considered to 68 Oersteds and an equally constant frequency amounting to 60 Hertz. On the other hand, the constant component of the inducing magnetic field was varied.
It can be seen that the magneto-elastic curves do not exhibit reversibility or linearity for low values of the constant component of the field (curves 7 and 8); it is therefore necessary, in accordance with the invention, to set the constant component of the magnetic field at a high value (of the order of 340 Oe at least for the case considered) such as to correspond to a regime close to the magnetic saturation of the steel wire.
Besides the advantage of reversibility resulting from working at a rate close to that of saturation, one notes that of a linearity of the characteristic as well as a satisfactory sensitivity. In addition, the use of a high magnetizing field greatly reduces the disturbances generated by the ferromagnetic masses placed near the measuring device and it erases the magnetic past of the wire, which eliminates the need to have to demagnetize. A significant reduction in the disturbances which could be generated by the neighboring ferromagnetic masses is also provided by the shielding 14.
Regarding-the choice of the amplitude and the frequency of oscillation of the alternating component of the magnetizing field, it must be realized that the electro-motive force induced in the receiving winding is proportional to the derivative with respect to the time, of the flow which cuts the section of the receiver solenoid 2. The. The power level of the induced electro-motive force can therefore be adjusted, in particular by the choice of the amplitude and the frequency of the AC component. However, we must be careful. limit the values of these two parameters to avoid magnetic insulation of the central part of the steel wire by eddy currents. Generally, a frequency of 100 Hz is not exceeded.
It has been shown in Figures 3a and 3b that the magneto-elastic characteristic can be established also in the field of plastic deformations of the steel wire. In Figure 3a, we have plotted on the left ordinate the stress and on the right ordinate the electromotive force generated in the receiver coil 2 of the assembly according to Figure 1, while the abscissa carries the values in percent, of the relative elongation of the steel wire 6 subjected to mechanical tension which, in this case, is a mild steel wire at
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electromotive as a function of the elongation is exactly similar to the pace of the variation of the stress with respect to the relative elongation: this means that there is a linear relationship, shown in figure 3b, between the variation of the stress. electromotive force and stress, regardless of whether we are in the field of elastic deformation or plastic deformation of the structure in magnetic material tested. At points A, B, C .. of the stress / elongation curve of FIG. 3a, correspond points A, B, C .. of the magneto-elastic characteristic of FIG. 3b.
As has already been explained, the measurement method according to the invention comprises a first phase which we will call the calibration phase and which consists in establishing, under the conditions which we have just mentioned, and by means of the assembly according to the FIG. 1, the magneto-elastic characteristic of the wire 6; the latter has an appearance generally of the type of characteristics 9 or 10 of FIG. 2.
The second phase of the method according to the invention consists in using the magneto-elastic characteristic thus established to control the axial force in a wire having physicochemical characteristics generally identical to those of the wire which was used to establish said characteristic. . An electromagnetic assembly is used generally identical to that which was used for the calibration, which is placed in the same way as during the calibration with respect to the wire to be tested, and one extrapolates from the value of the induced electromotive force, on the basis of the electromagnetic calibration characteristic, the indication of the axial force applied to the tested wire.
Two cases can generally arise. The first corresponds to that where the wire used for calibration is not the same as the wire whose state of stress is subsequently checked; lemon-
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For example, when a laboratory establishes magnetoelastic characteristics, on the basis of ferromagnetic samples, of different structures intended to be used or to be manipulated in various places where one calls upon the magnetoelastic characteristics thus established to control their state of mechanical tension. This is referred to as standard wires used during calibration and wires subjected to measurement during an in situ measurement phase.
The second case of application of the method according to the invention is that where the calibration wire and the wire subjected to the control measurement are the same. In this eventuality, generally, it is the same electromagnetic assembly which is used for the calibration and the control measurement.
An alternative embodiment of the invention relates to the case where it is desired to separately control the state of the axial forces in the successive elements of a composite ferromagnetic body such as a bundle of wires, strands or any set of 'at least two elements arranged one inside the other.
In this case, according to the invention, both during the calibration and during the control measurement, the constant component of the inducing magnetic field is varied and several corresponding magneto-elastic curves are established. each has a determined value of the constant component of the magnetic field, chosen so that the magnetic induction in the successive elements of the composite ferromagnetic body is close to the saturation induction. The mechanical stress states of the individual elements of a composite ferromagnetic body can thus be analyzed under optimum magnetic field conditions.
A preferred application of the method according to the invention in which it is the same electromagnetic assembly which is used for 1 calibration and for the control measurement, makes it possible to measure the axial force applied to a reinforcement in a prestressed concrete construction; it will be described below with reference to the figures
4 and 5. We have shown the right end portion of a
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a bundle 13 of steel reinforcing wires is arranged. Sheath
12 fits into a hollow distribution part 15 on which is fixed a female key anchoring head 16 arranged on the front face of the beam 11; the head 16 is provided with profile pipes. frustoconical 17 crossed by the reinforcing wires
13, which are associated with conical keys 18. The elements that we have described there are well known and their purpose is to allow the stressing of the concrete of the beam by means of a hydraulic jack device, of which only the part which bears against the beam is shown and bears the reference
19. This jack device applies a mechanical tension to the reinforcing wires which lock in the state of tension which is thus given to them by the wedging of the keys 18 in the female head 15. The jack device 19 is then removed and , as one can see
in Figure 5, mortar is injected into the sheath 13, at 20.
According to the invention, an electromagnetic assembly 21 of the type shown in FIG. 1 is placed around the sheath 13 and embedded in the concrete, taking care to make it accessible on the front face of the beam 11, by means of a sheath 22 and a connection box 23, the supply conductors of the inductor solenoid 1 and the measuring conductors 3 of the receiver solenoid 2. The magneto-elastic characteristic of the bundle 13 of the wires d is noted. 'reinforcement during their axial mechanical tensioning by means of the jack 19, which corresponds to the calibration phase of the method according to the invention.
It is possible, at any subsequent period, to check the axial forces remaining in the reinforcing wires, by reproducing in assembly 21 the electromagnetic conditions of the calibration measurement and by extrapolating from the indication of induced electric voltage, on basis of the magnetoelastic characteristic, the value of the existing axial force.
If the temperature conditions during calibration and control measurement are significantly different, it is best to
take into account the resulting variations in the magnetoelastic characteristics. This can be done for example by carrying out at least one calibration at several temperatures in order to know the thermal correction coefficient that should be made during the control measurement. In the case where the electromagnetic assembly is flooded, it is possible to flood near the thermocouples so as to know the temperature in the control zone.
Another advantageous field of application of the method according to the invention is that of wire drawing where the tensile force during drawing or during a heat treatment under mechanical tension can be measured while the wire is advancing, and compared
to the desired value established during a calibration phase.
It should be understood that the invention is not limited to the embodiment described and that many variants may
be made without departing from the scope of this patent.
CLAIMS
1. Method for measuring the axial force applied to at least one elongated ferromagnetic body, in particular to a wire, bundle
wire, strand, cable, section, hereinafter called wire, by means of an electromagnetic assembly capable of generating a magnetic induction in the wire, characterized in that it comprises, on the one hand, a phase of calibration and, on the other hand, a measurement phase to control the axial force applied, implemented independently, the calibration phase consisting in recording the magneto-elastic characteristic of a wire standard by applying to said wire, by means of an inductor solenoid circuit arranged near the wire, a periodic magnetic field having an axial component and by measuring in a calibration measuring circuit comprising a receiver solenoid also arranged near said wire , the elactromotive force which is induced there by the variation of the magnetic induction of the standard wire under the effect of said field,
for values va-
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control consisting in that by means of an assembly comprising an inductor solenoid and a receiving solenoid which are both arranged near the wire subjected to the measurement, which wire has physico-chemical characteristics generally identical to those of the standard wire, is applied to the wire subjected to measurement, by means of said inductor solenoid, a periodic magnetic field generally identical to the field of the corresponding calibration phase, one measures in a control measuring circuit comprising said receiver solenoid, the induced electro-motive force and we extrapolate from the value of this electromotive force, on the basis of the magneto-elastic calibration characteristic, the indication of the axial force applied to the wire.