Procédé de mesure optique de petits déplacements, utilisable notamment
en extensométrie, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé de mesure optique de petits déplacements utilisable notamment en extensométrie par exemple, pour la mesure des contraintes et plus particulièrement, pour la mesure des déformations des ouvrages en béton.
Elle comprend également un dispositif pour la mise en ceuvre de ce procédé.
On sait que l'analyse des contraintes a donné lieu à de nombreuses recherches, en vue d'une utilisation rationnelle des matériaux; divers dispositifs extensométriques sont nés de ces recherches parmi lesquels ceux à base de circuits électroniques occupent une large place.
Ces derniers, s'ils s'appliquent particulièrement bien à l'étude des phénomènes dynamiques, ne donnent toutefois pas toujours des résultats entièrement satisfaisants lorsqu'il s'agit d'étudier des déformations résultant de phénomènes variant très lentement ou apparaissant de façon aléatoire au cours de longues périodes de temps, car dans ce cas, une dérive des appareils de mesure est difficilement évitable lors de mesures effectuées sur une longue durée.
Depuis quelques années, la méthode dite des réseaux ou du moiré , basée sur les phénomènes d'interférence mécaniques entre deux réseaux, a fait l'objet de développements intéressants pour l'analyse continue des déformations de solides, en raison de sa simplicité et de l'absence de dérive qui résulte de son principe purement géométrique.
La présente invention a pour objet un procédé de mesure optique basé sur la méthode des réseaux et permettant d'effectuer des mesures de déformation résultant de phénomènes à variations lentes ou se manifestant sur une longue période de temps dans des conditions optimales.
On sait qu'un réseau est composé par un support plan transparent sur lequel sont tracés des traits rectilignes, parallèles, régulièrement et très faiblement espacés, à bords très nets et fins.
Lorsque l'on superpose deux réseaux identiques, en faisant différer la direction de leurs traits d'un petit angle cc, on voit apparaître des franges sombres de moiré , lieux des points où un trait de l'un des réseaux s'insère exactement entre deux traits de l'autre réseau. Les franges sont elles-mêmes rectilignes et d'écartement régulier et leur direction est la bissectrice extérieure de l'angle Ct.
En désignant par e le pas des réseaux, c'est-àdire la distance entre les axes de deux traits adjacents, la relation entre ce pas e et la distance i entre deux franges consécutives que l'on désignera par l'expression interfrange , et l'angle Ct est
e
i =
Ct
2sin-
2
Si l'angle α est très petit, on peut écrire i = e/α
En supposant tout d'abord que l'angle Ct subisse une variation Au, on sait qu'il en résulte une variation Ai de l'interfrange, et que l'on a la relation:
1 1
#i = e (- @/α)
α
+ #α
On voit que, si la valeur e du pas est très petite, une faible variation ACt entraîne une variation Ai suffisamment importante pour être mesurable. C'est
donc la sensibilité de la mesure de l'interfrange i qui définit la plus petite variation d'angle ACt appréciable. Cette sensibilité dépend de la finesse et du contraste des franges, eux-mêmes liés à la qualité des traits des réseaux.
En supposant maintenant que l'angle Ct restant constant, les deux réseaux se déplacent, par translation, l'un par rapport à l'autre, dans la direction de la bissectrice extérieure de l'angle cc, d'une distance de valeur, la valeur i des interfranges reste constante, mais les franges se déplacent parallèlement à la direction de la bissectrice intérieure de l'angle cc, et l'on sait que ce déplacemnt Ay est égal à i, lorsque :
γ = e/α ou γ = e lorsque l'angle α est trées petit.
cos
2
Le sens de la translation Ay détermine le sens de défilement des franges. Il suffit de compter le nombre n de franges passant par un point fixe extérieur aux deux réseaux, tel que le réticule d'une lunette de visée, et d'apprécier l'excédent fractionnaire d'inter pi franges d'une valeur P, p et q étant des nombres
q entiers, pour connaître, avec une amplification
e d'après ce qui précède, la translation A
Ay = (n + +) e.
q
On peut donc, soit par une mesure de la variation de la valeur de l'interfrange,
soit par un comptage du défilement des franges, mesurer soit la valeur de l'angle de rotation des deux réseaux, soit la valeur de leur translation relative.
Si chacun des réseaux est lié à l'un de deux solides quelconques, ou encore à l'un de deux points d'un même solide, par une transmission cinématique appropriée, on peut mesurer la translation relative de ces deux solides ou de ces deux points d'un même solide.
L'application de ces phénomènes connus à un extensomètre peut être réalisée, soit en transformant mécaniquement le déplacement relatif de deux points matériels constituant les deux extrémités d'une base de mesure, en une rotation à mesurer par la variation de I'interfrange de deux réseaux, soit en amplifiant mécaniquement ce déplacement, pour augmenter la sensibilité, et en mesurant ce déplacement par le comptage des franges défilant.
Chacune de ces deux méthodes présente des avantages particuliers ; en effet, l'appréciation de la rotation relative de deux réseaux se ramène à la comparais on des valeurs initiale et finale de la valeur d'interfrange. Par contre, l'appréciation de la translation des réseaux se ramène au comptage du nombre de franges qui ont défilé entre l'instant initial et l'instant final de la mesure; toutefois, cette dernière méthode nécessite l'enregistrement du défilement des franges dès que la mesure à effectuer dépasse la durée possible d'une observation visuelle, ou bien si la vitesse de défilement ne permet pas cette observation.
Ainsi, dans le cas de déformations rapides observées au cours d'essais de courte durée, la deuxième méthode pourra-t-elle être employée avantageusement les mesures étant faites, après les essais, sur les enregistrements effectués ; mais la première méthode sera avantageusement employée dans des mesures de longue durée.
Le procédé de mesure faisant l'objet de l'invention consiste à transformer le déplacement relatif de deux points matériels constituant les extrémités d'une base de mesure en un déplacement relatif de deux réseaux, superposés et décalés d'un petit angle de façon à faire apparaître un système de franges de moiré et à mesurer le déplacement desdites franges résultant dudit déplacement relatif.
Selon une première mise en oeuvre de ce procédé, le déplacement relatif des deux réseaux est une rotation.
Selon une seconde mise en oeuvre de ce procédé, le déplacement relatif des deux réseaux est une translation.
Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé, est caractérisé en ce qu'il comprend deux supports sur chacun desquels est fixé un couteau, les deux couteaux étant destinés à être rendus solidaires de deux points matériels constituant les extrémités de la base de mesure; deux réseaux identiques constitués chacun par un- support plan transparent sur lequel sont tracés des traits rectilignes, parallèles entre eux et parallèles à la longueur du support plan transparent, régulièrement et faiblement espacés, ces deux réseaux étant superposés dans deux plans parallèles faiblement espacés et étant légèrement décalés pour que leurs traits forment entre eux un petit angle, dont la bissectrice intérieure est sensiblement parallèle à la longueur des supports portant lesdits couteaux;
et une transmission cinématique entre chacun des couteaux et chacun des réseaux qui transforme les variations de la distance entre les couteaux en un déplacement relatif des réseaux.
Selon une première forme de réalisation, la transmission cinématique transforme les variations de la distance entre les couteaux en un mouvement de rotation relatif des réseaux.
Selon une seconde forme de réalisation, la transmission cinématique transforme les variations de la distance entre les couteaux en un mouvement de translation relative des réseaux.
Des mises en oeuvre particulières du procédé selon l'invention sont exposées au cours de la description suivante, à titre d'exemple non limitatif, faite en référence au dessin annexé représentant des formes d'exécution particulières du dispositif permettant ces mises en oeuvre.
La fig. 1 est une représentation schématique d'une forme de réalisation dans laquelle les déplacements des extrémités de la base de mesure sont transformés en rotation relative des deux réseaux, et,
la fig. 2 est une représentation schématique d'une forme de réalisation dans laquelle les déplacements des extrémités de la base de mesure sont transformés en translation relative des deux réseaux.
Deux plaques prismatiques 1 et 2 sont disposées parallèlement et leurs extrémités respectives sont liées au moyen de deux plaques minces et souples 3 et 4. Dans la plaque prismatique 1 ont été ménagées deux lumières la et lb ; dans la plaque prismatique 2 ont été ménagées deux lumières 2a et 2b.
La plaque prismatique 1 porte, d'une part, un couteau 5 et, d'autre part, deux couteaux 6 et 7. La plaque prismatique 2 porte, d'une part, un couteau 8 et, d'autre part, deux couteaux 9 et 10.
Un levier 11 en forme de T est monté entre les plaques prismatiques 1 et 2; son corps 1 la est sensiblement parallèle aux plaques 1 et 2 et porte à son extrémité un réseau 12 ; sa tête 1 lb traverse les lumières la et 2a.
Un levier 13 en forme de T est, de même, monté entre les plaques 1 et 2 ; son corps 13a est sensiblement parallèle aux plaques 1 et 2. et porte à son extrémité un réseau 14 ; sa tête 13b traverse les lumières lb et 2b. Les traits des réseaux 12 et 14 sont parallèles aux corps lia et 13a des leviers en
T11 et 13, mais font entre eux un petit angle Ct dont la bissectrice intérieure est sensiblement parallèle à la longueur des plaques 1 et 2.
Un ressort de traction 15 relie les extrémités des têtes des leviers 11 et 13 dépassant la plaque prismatique 1 et un ressort de traction 16 relie les extrémités des têtes des leviers 11 et 13 dépassant la plaque prismatique 2.
La paire de couteaux 6 et 9 sert de points d'appui à la tête llb du levier 11, de même que la paire de couteaux 7 et 10 sert de points d'appui à la tête 13b du levier 13. Ces paires de couteaux sont disposées de telle sorte que ces points d'appui soient respectivement symétriques par rapport aux corps lia et 13a des leviers.
Toutefois, alors que dans les deux fig. 1 et 2, le couteau 6 se trouve placé entre le corps i la et la plaque 1 et le couteau 9 se trouve placé entre le corps 1 la et la plaque 2, la disposition des couteaux 7 et 10 diffère sur les fig. 1 et 2.
Sur la fig. 1, les points d'appui des couteaux 7 et 10 sur la tête 13b sont croisés, c'est-à-dire que le point d'appui du couteau 7 solidaire de la plaque 1 est placé entre le corps 1 3a et la plaque 2 et le point d'appui du couteau 10 solidaire de la plaque 2 est placé entre le corps 13a et la plaque 1.
Sur la fig. 2, les points d'appui des couteaux 7 et 10 sur la tête 13b ne sont pas croisés, c'est-à-dire qu'ils sont placés comme ceux des couteaux 6 et 9 sur la tête llb.
Le fonctionnement de ces deux formes de réalisation est le suivant: on notera tout d'abord que les couteaux 5 et 8 sont placés respectivement sur les deux extrémités de la base de mesure du corps soumis à l'essai; les variations de longueur de cette base de mesure, dont la longueur d'origine est la distance qui sépare les couteaux 5 et 8, sont de faible amplitude; ainsi ces variations entraînent-elles un déplacement relatif des plaques prismatiques 1 et 2 qui est lui-même très faible et qui permet, pratiquement, de considérer comme constante la distance entre les faces intérieures de ces plaques.
Si l'on considère la forme de réalisation de la fig. 1, on voit qu'un déplacement relatif des couteaux 5 et 8, provoqué par une déformation de la base de mesure, aura pour effet de faire pivoter les leviers il et 13 l'un par rapport à l'autre sous l'action des paires de couteaux 6 et 9 sur la tête ilb et 7 et 10 sur la tête 13b, la variation de l'angle formé par les traits des deux réseaux étant proportionnelle à la variation de la distance entre les couteaux 5 et 8 selon la théorie des franges précédemment exposée, la distance entre les franges varie, et la variation peut être mesurée par tout moyen connu, tel qu'une lunette de visée montée sur un organe de déplacement par vis micrométrique ou encore un appareil photographique permettant d'enregistrer les mesures sur un cliché.
Connaissant l'interfrange mesuré au début de la période de mesure, la différence entre cet interfrange d'origine et l'interfrange mesuré à la fin de cette période correspondra au déplacement relatif des extrémités de la base de mesure au cours de cette période.
S'i l'on considère la forme de réalisation de la fig. 2, on voit qu'un déplacement relatif des couteaux 5 et 8 aura pour effet une translation relative des deux réseaux sous l'action des paires de couteaux 6 et 9 sur la tête lîb et 7 et 10 sur la tête 13b,
Cette translation s'accompagne d'une rotation, mais celle-ci n'entraîne pas d'effet sur la mesure car la différence angulaire entre les traits des deux réseaux reste constante. Selon la théorie des franges précédemment exposée, i'interfrange reste constant mais les franges, du fait de la translation relative des réseaux, défilent dans la direction de la bissectrice intérieure de l'angle formé par les traits des deux réseaux.
L'on peut compter les franges qui défilent par rapport au réticule d'une lunette de visée et apprécier l'excédent fractionnaire au moyen d'un système à vis micrométrique. On pourrait encore compter les franges au moyen d'un détecteur de franges tel que des cellules photo-électriques associées à un comp teur électronique, ou un enregistreur graphique selon des techniques connues.
On voit donc que la première forme de réalisation permet de mesurer les déplacements relatifs des extrémités d'une base de mesure au moyen d'une mesure d'origine et d'une ou plusieurs mesures effectuées à des intervalles plus ou moins espacés mais pouvant être de longue durée.
Dans la seconde forme de réalisation, la mesure s'effectue par comptage des franges qui défilent et une observation visuelle n'est pratiquement possible que pendant un temps relativement court, et à condition que la vitesse de défilement permette une observation visuelle. De ce fait, cette forme de réalisation est plus spécialement réservée aux variations relativement rapides de la longueur de la base de mesure; on peut cependant utiliser cette seconde forme de réalisation pour des mesures de plus longue durée ou lorsque le défilement est trop rapide en substituant à l'observation visuelle un dispositif de comptage automatique des franges, ou d'enregistrement.
Dans les deux formes de réalisation qui précèdent, pour réaliser la liaison entre les lames prismatiques et les leviers en forme de T solidaires des réseaux, on a mentionné l'utilisation de paires de couteaux: on pourrait évidemment utiliser à cet effet tout autre moyen équivalent, par exemple, des paires de lames élastiques encastrées.
La description qui précède a été faite en se référant aux fig. 1 et 2 qui, pour une meilleure compréhension, sont des représentations schématiques d'un extensomètre.
Dans la réalisation industrielle d'un tel appareil, certaines particularités avantageuses de construction sont précisées comme suit:
Tout d'abord, un certain nombre de précautions sont prises pour réduire l'incidence parasite des variations de la température ambiante sur les diverses pièces que comporte l'appareil. C'est ainsi notamment que les pièces principales et plus particulièrement les plaques prismatiques 1 et 2 seront avantageusement constituées par un métal à très faible coefficient de dilatation, tel que celui connu sous la dénomination commerciale Fixinvar .
Une compensation totale de cette incidence n'est pas pratiquement réalisable lorsque l'on veut atteindre une précision maximale et il est alors nécessaire de procéder à un étalonnage du comportement thermique de l'appareil pour établir une table de correction en fonction de la température.
Par ailleurs, lorsque l'on utilise l'appareil pour des mesures de contrainte d'ouvrages en béton, la surface granuleuse de ce matériau ne permet pas une bonne portée des couteaux 5 et 8 sur la base de mesure: l'appareil comprend alors deux plots mé- talliques que l'on colle aux extrémités de cette base et sur lesquels porteront ces couteaux.
Les réseaux 12 et 14 sont respectivemut reliés aux leviers 11 et 13 par l'intermédiaire d'un organe comportant des vis de réglage de l'inclinaison relative d'origine des traits des deux réseaux et de la disposition relative de leurs plans.
A l'appareil est associé un dispositif de tout type connu, soit de visée optique tel qu'une lunette à déplacement micrométrique ou un compteur de franges, soit d'enregistrement adapté aux mesures à effectuer: lecture de longueurs d'interfranges ou comptage des franges qui défilent.
A titre d'exemple de la sensibilité de l'appareil, il est précisé que dans le cas d'une mesure de la valeur d'interfrange correspondant à une rotation relative des deux réseaux, si l'on emploie des réseaux dont les traits sont parfaitement opaques, de largeur constante, à bords très nets, de pas au plus égal à 0,05 mm, la mesure de l'interfrange i, dont la valeur est comprise entre 1 et 20mm, est possible avec une sensibilité de l'ordre de 100 Cette sensibilité permet d'apprécier des variations d'angle Aa à 20 secondes près.
Cette précision est augmentée si l'on effectue la mesure, non plus entre deux franges consécutives, mais entre n + 1 franges, la sensibilité est alors multipliée par n puisque la variation de distance à mesurer a une valeur de nai pour une même variation d'angle ha. De la sorte, pour i = 5 mm et n 10 (mesure effectuée entre 1 1 franges, soit 50 mm), on obtient l'appréciation d'une variation d'angle de valeur Au = 2. secondes.
De même, dans le cas d'un comptage des franges défilant correspondant à une translation relative des deux réseaux et dans les mêmes conditions que précédemment, la précision de la mesure de cette translation est de l'ordre de 0,5 micron.
On peut donc, avec deux réseaux identiques de pas égal à 0,05 mm, mesurer soit une rotation relative des deux réseaux à + 2 secondes près, soit une translation relative des deux réseaux, dans la direction perpendiculaire à celle des franges, à + 0,5 micron près.
Il y a lieu de noter que les dispositifs extensométriques décrits se prêtent particulièrement bien à une conversion en un comparateur de haute précision ; il suffit de rendre une des plaques prismatiques solidaire d'un support fixe et de fixer une touche à l'extrémité de l'autre plaque prismatique, touche qui est mise en contact avec la pièce dont on veut mesurer la translation dans la direction de la longueur de cette dernière plaque prismatique.
Ces extensomètres sont particulièrement remarquables par leur haute sensibilité qui reste constante dans toute leur capacité de mesure et par leur absence de dérive dans le temps.
Optical measurement method for small displacements, usable in particular
in extensometry, and device for implementing this method
The subject of the present invention is a method for optical measurement of small displacements which can be used in particular in strain measurement, for example, for measuring stresses and more particularly, for measuring the deformations of concrete structures.
It also comprises a device for implementing this method.
We know that stress analysis has given rise to much research with a view to rational use of materials; various strain gauges have emerged from this research, among which those based on electronic circuits occupy a large place.
The latter, if they apply particularly well to the study of dynamic phenomena, do not always give entirely satisfactory results when it comes to studying deformations resulting from phenomena varying very slowly or appearing randomly. over long periods of time, since in this case drift of the measuring devices is difficult to avoid when measuring over a long period.
In recent years, the so-called lattice or moiré method, based on the phenomena of mechanical interference between two lattices, has been the subject of interesting developments for the continuous analysis of the deformations of solids, due to its simplicity and the absence of drift which results from its purely geometric principle.
The present invention relates to an optical measurement method based on the network method and making it possible to carry out measurements of deformation resulting from phenomena with slow variations or occurring over a long period of time under optimal conditions.
We know that a network is made up of a transparent flat support on which straight lines, parallel, regularly and very closely spaced, with very sharp and fine edges are drawn.
When we superimpose two identical networks, by making the direction of their lines differ by a small angle cc, we see dark moiré fringes appear, places of the points where a line of one of the networks fits exactly between two traits of the other network. The fringes are themselves rectilinear and of regular spacing and their direction is the external bisector of the angle Ct.
By denoting by e the pitch of the networks, that is to say the distance between the axes of two adjacent lines, the relation between this pitch e and the distance i between two consecutive fringes which one will denote by the expression interfringe, and angle Ct is
e
i =
Ct
2sin-
2
If the angle α is very small, we can write i = e / α
Assuming first of all that the angle Ct undergoes a variation Au, we know that this results in a variation Ai of the interfringe, and that we have the relation:
1 1
#i = e (- @ / α)α
+ # α
It can be seen that, if the value e of the step is very small, a small variation ACt causes a variation Ai large enough to be measurable. It is
therefore the sensitivity of the measurement of the interfringe i which defines the smallest appreciable variation in angle ACt. This sensitivity depends on the finesse and contrast of the fringes, themselves linked to the quality of the lines of the networks.
Assuming now that the angle Ct remains constant, the two networks move, by translation, with respect to each other, in the direction of the external bisector of the angle cc, by a distance of value, the value i of the interfringes remains constant, but the fringes move parallel to the direction of the internal bisector of the angle cc, and we know that this displacement Ay is equal to i, when:
γ = e / α or γ = e when the angle α is very small.
cos
2
The direction of the translation Ay determines the direction of scrolling of the fringes. It suffices to count the number n of fringes passing through a fixed point outside the two gratings, such as the reticle of a telescopic sight, and to assess the fractional excess of inter pi fringes of a value P, p and q being numbers
q integers, to know, with an amplification
e according to the above, the translation A
Ay = (n + +) e.
q
It is therefore possible, either by measuring the variation in the value of the interfringe,
either by counting the scrolling of the fringes, measure either the value of the angle of rotation of the two networks, or the value of their relative translation.
If each of the networks is linked to one of any two solids, or to one of two points of the same solid, by an appropriate kinematic transmission, we can measure the relative translation of these two solids or of these two points of the same solid.
The application of these known phenomena to an extensometer can be carried out, either by mechanically transforming the relative displacement of two material points constituting the two ends of a measurement base, into a rotation to be measured by the variation of the interfringe of two. networks, or by mechanically amplifying this displacement, to increase the sensitivity, and by measuring this displacement by counting the passing fringes.
Each of these two methods has particular advantages; in fact, the appreciation of the relative rotation of two networks comes down to the comparison of the initial and final values of the interfringe value. On the other hand, the appreciation of the translation of the networks comes down to counting the number of fringes which passed between the initial moment and the final moment of the measurement; however, the latter method requires the recording of the scrolling of the fringes as soon as the measurement to be carried out exceeds the possible duration of a visual observation, or if the scrolling speed does not allow this observation.
Thus, in the case of rapid deformations observed during short-term tests, the second method can advantageously be used, the measurements being made, after the tests, on the recordings made; but the first method will be advantageously employed in measurements of long duration.
The measurement method forming the subject of the invention consists in transforming the relative displacement of two material points constituting the ends of a measurement base into a relative displacement of two networks, superimposed and offset by a small angle so as to showing a system of moiré fringes and measuring the displacement of said fringes resulting from said relative displacement.
According to a first implementation of this method, the relative displacement of the two networks is a rotation.
According to a second implementation of this method, the relative displacement of the two networks is a translation.
The device according to the invention for implementing this method, is characterized in that it comprises two supports on each of which is fixed a knife, the two knives being intended to be made integral with two material points constituting the ends of the basis of measurement; two identical networks each constituted by a transparent flat support on which are drawn straight lines, parallel to each other and parallel to the length of the transparent flat support, regularly and closely spaced, these two networks being superimposed in two parallel planes closely spaced and being slightly offset so that their lines form a small angle between them, the internal bisector of which is substantially parallel to the length of the supports carrying said knives;
and a kinematic transmission between each of the knives and each of the networks which transforms the variations in the distance between the knives into a relative displacement of the networks.
According to a first embodiment, the kinematic transmission transforms the variations in the distance between the knives into a relative rotational movement of the networks.
According to a second embodiment, the kinematic transmission transforms the variations in the distance between the knives into a relative translational movement of the networks.
Particular implementations of the method according to the invention are explained in the course of the following description, by way of nonlimiting example, made with reference to the appended drawing showing particular embodiments of the device allowing these implementations.
Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment in which the displacements of the ends of the measurement base are transformed into relative rotation of the two networks, and,
fig. 2 is a schematic representation of an embodiment in which the displacements of the ends of the measurement base are transformed into relative translation of the two networks.
Two prismatic plates 1 and 2 are arranged in parallel and their respective ends are linked by means of two thin and flexible plates 3 and 4. In the prismatic plate 1, two slots 1a and 1b have been formed; two openings 2a and 2b have been made in the prismatic plate 2.
The prismatic plate 1 carries, on the one hand, a knife 5 and, on the other hand, two knives 6 and 7. The prismatic plate 2 carries, on the one hand, a knife 8 and, on the other hand, two knives 9 and 10.
A T-shaped lever 11 is mounted between the prism plates 1 and 2; its body 1a is substantially parallel to the plates 1 and 2 and carries at its end a network 12; its head 1 lb passes through lights 1a and 2a.
A T-shaped lever 13 is likewise mounted between the plates 1 and 2; its body 13a is substantially parallel to the plates 1 and 2. and carries at its end a network 14; its head 13b passes through the lights 1b and 2b. The lines of the networks 12 and 14 are parallel to the bodies 11a and 13a of the levers in
T11 and 13, but make a small angle Ct between them, the internal bisector of which is substantially parallel to the length of plates 1 and 2.
A tension spring 15 connects the ends of the heads of the levers 11 and 13 projecting beyond the prism plate 1 and a tension spring 16 connects the ends of the heads of the levers 11 and 13 projecting beyond the prism plate 2.
The pair of knives 6 and 9 serves as support points for the head 11b of the lever 11, just as the pair of knives 7 and 10 serves as support points for the head 13b of the lever 13. These pairs of knives are arranged so that these support points are respectively symmetrical with respect to the bodies 11a and 13a of the levers.
However, while in both fig. 1 and 2, the knife 6 is placed between the body i la and the plate 1 and the knife 9 is placed between the body 11a and the plate 2, the arrangement of the knives 7 and 10 differs in FIGS. 1 and 2.
In fig. 1, the support points of the knives 7 and 10 on the head 13b are crossed, that is to say that the fulcrum of the knife 7 integral with the plate 1 is placed between the body 1 3a and the plate 2 and the fulcrum of the knife 10 integral with the plate 2 is placed between the body 13a and the plate 1.
In fig. 2, the bearing points of the knives 7 and 10 on the head 13b are not crossed, that is to say they are placed like those of the knives 6 and 9 on the head 11b.
The operation of these two embodiments is as follows: it will be noted first of all that the knives 5 and 8 are placed respectively on the two ends of the measurement base of the body subjected to the test; the variations in length of this measurement base, the original length of which is the distance which separates the knives 5 and 8, are of low amplitude; thus these variations result in a relative displacement of the prismatic plates 1 and 2 which is itself very small and which makes it possible, in practice, to consider the distance between the internal faces of these plates as constant.
Considering the embodiment of FIG. 1, it can be seen that a relative movement of the knives 5 and 8, caused by a deformation of the measuring base, will have the effect of causing the levers 11 and 13 to pivot with respect to each other under the action of pairs of knives 6 and 9 on the head ilb and 7 and 10 on the head 13b, the variation in the angle formed by the lines of the two networks being proportional to the variation in the distance between the knives 5 and 8 according to the theory of fringes previously exposed, the distance between the fringes varies, and the variation can be measured by any known means, such as a sighting telescope mounted on a displacement member by micrometric screw or even a camera making it possible to record the measurements on a cliche.
Knowing the interfringe measured at the start of the measurement period, the difference between this original interfringe and the interfringe measured at the end of this period will correspond to the relative displacement of the ends of the measurement base during this period.
Considering the embodiment of FIG. 2, it can be seen that a relative displacement of the knives 5 and 8 will have the effect of a relative translation of the two networks under the action of the pairs of knives 6 and 9 on the head 11b and 7 and 10 on the head 13b,
This translation is accompanied by a rotation, but this has no effect on the measurement because the angular difference between the lines of the two gratings remains constant. According to the theory of fringes previously exposed, the interfringe remains constant but the fringes, due to the relative translation of the networks, scroll in the direction of the internal bisector of the angle formed by the lines of the two networks.
One can count the fringes which pass in relation to the reticle of a telescopic sight and assess the fractional excess by means of a micrometric screw system. The fringes could also be counted by means of a fringe detector such as photoelectric cells associated with an electronic counter, or a graphic recorder according to known techniques.
It can therefore be seen that the first embodiment makes it possible to measure the relative displacements of the ends of a measurement base by means of an original measurement and of one or more measurements carried out at more or less spaced intervals but which can be long term.
In the second embodiment, the measurement is carried out by counting the fringes which pass by and visual observation is practically only possible for a relatively short time, and provided that the speed of travel allows visual observation. As a result, this embodiment is more especially reserved for relatively rapid variations in the length of the measuring base; however, this second embodiment can be used for measurements of longer duration or when the scrolling is too fast by substituting for visual observation a device for automatic counting of the fringes, or for recording.
In the two preceding embodiments, to achieve the connection between the prismatic blades and the T-shaped levers integral with the networks, the use of pairs of knives has been mentioned: one could obviously use any other equivalent means for this purpose. , for example, pairs of recessed elastic blades.
The foregoing description has been made with reference to FIGS. 1 and 2 which, for a better understanding, are schematic representations of an extensometer.
In the industrial production of such a device, certain advantageous construction features are specified as follows:
First of all, a certain number of precautions are taken to reduce the parasitic incidence of variations in ambient temperature on the various parts of the device. Thus, in particular, the main parts and more particularly the prismatic plates 1 and 2 will advantageously consist of a metal with a very low coefficient of expansion, such as that known under the trade name Fixinvar.
Full compensation for this incidence is not practically possible when maximum precision is to be achieved and it is then necessary to calibrate the thermal behavior of the device in order to establish a correction table as a function of the temperature.
Furthermore, when the device is used for stress measurements on concrete structures, the granular surface of this material does not allow a good reach of the knives 5 and 8 on the measurement base: the device then comprises two metal studs that are glued to the ends of this base and on which these knives will bear.
The networks 12 and 14 are respectively connected to the levers 11 and 13 by means of a member comprising screws for adjusting the original relative inclination of the lines of the two networks and the relative arrangement of their planes.
A device of any known type is associated with the device, either for optical sighting such as a micrometric displacement telescope or a fringe counter, or for recording suitable for the measurements to be carried out: reading of interfringe lengths or counting of fringes. fringes that scroll.
As an example of the sensitivity of the device, it is specified that in the case of a measurement of the interfringe value corresponding to a relative rotation of the two networks, if one uses networks whose lines are perfectly opaque, of constant width, with very clear edges, with a pitch at most equal to 0.05 mm, the measurement of the interfringe i, whose value is between 1 and 20mm, is possible with a sensitivity of the order of 100 This sensitivity makes it possible to appreciate variations in angle Aa to within 20 seconds.
This precision is increased if the measurement is carried out, no longer between two consecutive fringes, but between n + 1 fringes, the sensitivity is then multiplied by n since the distance variation to be measured has a value of nai for the same variation d 'angle ha. In this way, for i = 5 mm and n 10 (measurement carried out between 11 fringes, ie 50 mm), we obtain the appreciation of an angle variation of value Au = 2. seconds.
Likewise, in the case of a counting of the moving fringes corresponding to a relative translation of the two networks and under the same conditions as above, the precision of the measurement of this translation is of the order of 0.5 microns.
It is therefore possible, with two identical gratings of pitch equal to 0.05 mm, to measure either a relative rotation of the two gratings within + 2 seconds, or a relative translation of the two gratings, in the direction perpendicular to that of the fringes, at + 0.5 micron near.
It should be noted that the strain measurement devices described lend themselves particularly well to conversion to a high precision comparator; it suffices to make one of the prismatic plates integral with a fixed support and to fix a key at the end of the other prismatic plate, which key is brought into contact with the part whose translation is to be measured in the direction of the length of this last prismatic plate.
These extensometers are particularly remarkable for their high sensitivity which remains constant throughout their measurement capacity and for their absence of drift over time.