CH628427A5

CH628427A5 - Indicateur d'inclinaison.

Info

Publication number: CH628427A5
Application number: CH192778A
Authority: CH
Inventors: Kent Eric Erickson
Original assignee: Keuffel & Esser Co
Priority date: 1977-02-22
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1982-02-26
Also published as: SE439371B; JPS5730206B2; DE2807491A1; US4077132A; JPS53134474A; GB1573475A; SE7802013L; CA1089948A; DE2807491C3; DE2807491B2

Description

La présente invention évite les désavantages que l'on trouvait généralement dans les instruments antérieurement disponibles. Elle a pour but de permettre un dispositif robuste, compact, qui ne demande que peu de puissance lorsqu'il fonctionne et qui fournit avec une grande exactitude une lecture digitale des conditions de l'attitude selon une référence gravitationnelle sur un domaine de plus ou moins 200 secondes d'arc.

L'indicateur d'inclinaison selon l'invention est défini par la revendication 1.

Dans une forme d'exécution, un compteur réversible dans le dispositif reçoit les trains d'impulsions produits par le circuit oscillateur et accumule un comptage d'impulsions dans l'un quelconque des deux modes comptage ou décomptage qui se trouve validé. Lorsque les moyens de commutation effectuent le passage alternée de l'un à l'autre des condensateurs pour le circuit, ils commutent simultanément le compteur de l'une à l'autre de ses conditions que sont le comptage et le décomptage, autorisant ainsi un accroissement du compte selon la première fréquence de l'oscillateur, suivi par une décroissance du compte selon la deuxième fréquence.

Au moment où se termine chacun des cycles de comptage de ce genre, le compte net qui subsiste constituant une indication de la différence concernant l'espacement des plaques, c'est-à-dire le déplacement du pendule, dans la sonde capacitive, est bloqué et prélevé pour un affichage ou pour un autre moyen pour l'exploiter, de sorte qu'ainsi, toute déviation du dispositif par rapport à une attitude relative à la verticale peut être représentée digitalement.

Dans les dessins annexés:

La fig. 1 montre une forme de réalisation de la sonde capacitive de la présente invention,

la fig. 2 est une autre vue du dispositif de la sonde, selon la ligne 2-2 de la fig. 1, et s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

628 427

la fig. 3 est un schéma de l'électronique utilisée dans une forme de réalisation du dispositif indicateur d'inclinaison de la présente invention.

Une forme de réalisation du capteur d'inclinaison, ou dis- s positif à sonde capacitive, utilisée dans la présente invention, est représentée à la fig. 1 et comprend un corps 10 ayant une cavité centrale dans laquelle un ensemble pendulaire 15 est suspendu par des bandes 14 pour un mouvement en fonction de la gravité lors de tout changement dans l'inclinaison de io l'attitude du corps 10. L'ensemble pendulaire 15 est représenté de manière plus claire à la fig. 2.

Il comprend une paire de supports de pendule 16 dans chacun desquels est fixée une des extrémités d'une prolongation axiale du pendule 18 servant de plaque de condensateur îs commune pour la sonde. Les supports 16 sont fendus en 17 pour permettre à des vis de serrage 19 d'assurer une prise ferme des extrémités axiales du pendule 18.

Les parties supérieures des bandes de suspension 14 sont fixées au corps 10 par une barre de serrage 12, et les parties 20 inférieures de ces bandes sont décalées latéralement et fixées aux supports 16 du pendule par des barres de serrage inférieures 13. Ainsi construit, l'ensemble pendulaire 15, et en particulier la plaque de condensateur commune 18, est libre de se déplacer à l'intérieur du corps 10 comme le montre la 25 fig. 2 avec une inclinaison ou un déplacement du corps 10 par rapport à une attitude horizontale relativement à la gravité.

Des plaques 21 en matériau isolant, par exemple en verre ou en un matériau analogue, sont montées dans la cavité du corps 10 à l'aide de ressorts annulaires et supportent les pia- 3« ques de condensateur fixes 23,24, réalisées sous la forme d'un film métallique déposé. Dans la forme de réalisation décrite, de tels films métalliques ont une surface d'environ 650 mm2 et se trouvent séparés de la plaque commune 18 par une distance d'environ 125 jim lorsque le dispositif est de 35 niveau, ce qui donne une capacité d'environ 50 pF pour chacun des condensateurs de la sonde. Des extensions du film métallique déposé sur les plaques 21, sous la forme de languettes 25 se prolongeant vers l'extérieur de l'interstice entre plaques pour être accessibles, fournissent des contacts pour 40 des conducteurs 26,27 du circuit. Le contact de mise à terre pour le circuit associé à la sonde est assuré par les bandes de suspension métalliques 14, en Be-Cu par exemple, allant vers le corps 10 qui est conducteur. Les films métalliques conducteurs sont de préférence limités dans leur extension de 45 manière qu'ils ne se trouvent pas à moins de 3 mm du corps 10, ceci pour réduire au minimum les capacités parasites susceptibles de gâter la linéarité de la réponse attendue de la sonde. Des couvercles d'extrémité 38 dont l'un seulement est visible à la fig. 2 complètent la sonde de niveau, laquelle so forme un ensemble robuste et à l'épreuve de l'eau.

La sonde capacitive décrite ci-dessus fournit comme on le voit un dispositif où une plaque de condensateur commune 18 peut se déplacer, sous l'influence de la gravité, entre deux plaques de condensateur 23,24 coopérant avec elle pour 55 fournir des couplages capacitifs qui varient et qui peuvent être employés comme indication d'un déplacement de la sonde par rapport à une attitude où elle est de niveau. Certaines caractéristiques structurales augmentent la stabilité physique du dispositif, ainsi par exemple la disposition selon 60 laquelle les bandes 14 forment un angle, ce qui, notamment, s'oppose à la tendance de la plaque suspendue 18 à effectuer un mouvement radial. De plus, l'espacement réduit, par exemple à environ 95 um, entre la périphérie de la plaque 18 et les parois de la cavité délimitée par le corps 10 et les pia- 6s ques 21, produit de manière simple et efficace à la fois un amortissement à air et également constitue une cage jouant le rôle d'un limiteur mécanique, de sorte qu'on élimine les vibrations oscillatoires du pendule et qu'on le protège des secousses et des dégâts de choc.

A la fig. 3, la sonde capacitive dans son ensemble est représentée de façon simplement schématique comme une plaque commune 18 et des plaques de condensateur 23,24 qui coopèrent avec elle et sont mises en circuit avec le reste de l'électronique à l'aide des conducteurs 26,27.

Un oscillateur 31 produisant des ondes carrées est constitué, par exemple, de triggers de Schmitt, tel que le modèle MM74C14 de National Semiconducteur Corporation, Santa Clara, Californie, en circuit avec les plaques 23,24 de la sonde capacitive par des commutateurs à basse capacité 33, 34, tel que l'article CD4016 fourni par RCA Corporation. Grâce au reste du circuit décrit ci-après, l'un et l'autre des commutateurs 33,34 sont fermés alternativement durant les cycles de comptage, ce qui détermine l'oscillateur 31 à produire des trains d'impulsions variant en fréquence, par exemple entre environ 15 et 25 KHz, selon la valeur du couplage capacitif existant entre la plaque commune 18 suspendue pendulairement et chacune des plaques de condensateur 23,24 respectives. Le train d'impulsion constituant le signal de sortie de l'oscillateur est conduit à l'entrée d'horloge C du compteur-décompteur 36, qui peut être par exemple l'article fourni par Hughes Aircraft Company, Newport Beach, Californie, sous la désignation HCTR 4010.

Un second oscillateur à ondes carrées 32 agencé pour produire un train d'impulsion à fréquence constante d'environ 4 KHz sert d'horloge pilote dans le dispositif d'indication de niveau. Le train d'impulsion est amené par un diviseur classique au dispositif de commande de la commutation, qui pourrait être par exemple un registre à décalage à 4 étages tel que le CD 4015 fourni par RCA Corporation et, à une fréquence inférieure, soit à environ 1 Hz, le train d'impulsions parvient aux commutateurs 33,34 par des conducteurs parallèles incluant l'inverseur 37, et effectue simultanément l'ouverture et la fermeture, respectivement, des commutateurs 33, 34. Ainsi, d'après une base de temps fixe établie par le dispositif de commande 35, les condensateurs 23,24 sont alternativement mis en circuit avec l'oscillateur 31 pour fournir, dès que le détecteur n'est plus de niveau, la paire de trains d'impulsions de fréquence variée décrite plus haut. On notera qu'évidemment une condition où le détecteur est de niveau donnera une paire de trains d'impulsions de fréquence égale.

En synchronisme avec la commutation entre les plaques de condensateur 23,24, un train d'impulsions est amené à la borne de commande comptage-décomptage U/D (up/down) du compteur 36. Ceci a pour effet que chacun des deux trains d'impulsions en provenance de l'oscillateur 31 est appliqué au compteur pour alternativement effectuer un comptage à la première fréquence, puis un comptage en sens inverse (décomptage) à l'autre fréquence. Dès lors, pour chaque cycle de comptage, on réalise un comptage net qui est directement fonction du degré de la déviation de la sonde par rapport à une attitude réellement horizontale relativement à la gravité.

Synchronisées également avec la séquence de commutation de comptage-décomptage de par les fonctions du registre à décalage 35 et d'éléments logiques comprenant la porte NOR 38 et les inverseurs 37,39, une série d'impulsions sont dirigées à la borne d'entrée L du compteur 36 pour commander une fonction de verrouillage qui met à jour et maintient le comptage-décomptage net pendant le cycle suivant. Une impulsion de prélèvement (strobe) qui est soit produite à l'intérieur du circuit, soit issue d'une électronique externe non représentée et arrivant comme un signal de commande, agit de manière que le résultat du comptage-décomptage indiquant la mesure de l'écart par rapport au niveau du dispositif

628 427

4

soit relayé en tant que donnée digitale vers des dispositifs d'actionnement et des éléments d'affichage visuels, représentés d'une manière générale en 41.

Un facteur approprié, dépendant du domaine de fréquence de comptage effectif, est appliqué dans les circuits de l'affichage pour parfaire la lecture définitive de la déviation réelle par rapport à l'horizontale vraie, directement en unités conventionnelles telles que des secondes d'arc.

Postérieur au transfert des données digitales du compteur 36 à l'affichage 41, un autre signal de sortie synchronisé par le dispositif 35 est envoyé à la borne RST de commande de mise à zéro (reset) du compteur 36 pour l'effacer avant le commencement de chaque cycle de comptage-décomptage subséquent.

En plus de l'affichage actuel du degré d'écart par rapport à

la verticale en 41, l'indicateur de niveau de la présente invention peut être employé pour fournir des données digitales à un instrument associé plus grand 51. De cette manière, le présent dispositif peut être employé pour injecter de telles don-s nées de déviation de manière à permettre à l'instrument plus important, qui est l'instrument utilisateur, d'effectuer des corrections appropriées dans l'attitude générale ou dans l'affichage de fonction. Par exemple, on peut incorporer le présent indicateur d'inclinaison, en tant que générateur de don-îo nées digitales indiquant les déviations par rapport à la vraie attitude horizontale, à un instrument topographique, de manière que les données digitales sortant du présent dispositif soient incorporées directement dans la donnée de mesure de l'élévation pour fournir une lecture correcte des élévations îs mesurées à l'aide de l'instrument topographique.

B

1 feuille dessins

Claims

628427

2

REVENDICATIONS

1. Indicateur d'inclinaison comprenant:

a) un détecteur capacitif comprenant une paire de condensateurs incluant une plaque commune suspendue de manière pendulaire;

b) des moyens constituant un premier circuit oscillant avec un condensateur du détecteur;

c) des moyens de commutation répondant à un actionne-ment pour incorporer alternativement l'un et l'autre des condensateurs au premier circuit oscillant;

d) des moyens formant un deuxième circuit oscillant ayant une fréquence de sortie pratiquement fixe;

e) des premiers moyens de comptage en circuit avec la sortie de l'un des circuits oscillants;

f) des moyens agissant en réponse à un nombre déterminé à l'avance de comptages dans les premiers moyens de comptage pour actionner les moyens de commutation;

g) des moyens en circuit avec la sortie de l'autre circuit oscillant pour accumuler dans des seconds moyens de comptage des comptages du signal de sortie dudit autre circuit oscillant effectués durant les périodes respectives d'incorporation de chaque condensateur du détecteur dans le premier circuit oscillant et pour déterminer la différence entre les comptages respectifs ainsi accumulés; et h) des moyens utilisant ladite différence de comptage pour fournir une réponse indiquant la mesure de l'écart du détecteur par rapport à une attitude d'inclinaison.
2. Indicateur d'inclinaison selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les premiers moyens de comptage sont reliés par un circuit au premier circuit oscillant.
3. Indicateur d'inclinaison selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les premiers moyens de comptage sont reliés par un circuit au second circuit oscillant.
4. Indicateur d'inclinaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur d'inclinaison comprend:

a) un corps ayant une cavité centrale;

b) une paire de supports espacés longitudinalement de la cavité;

c) une plaque électriquement conductrice montée entre les supports à l'intérieur de la cavité et s'étendant transversalement à cette cavité;

d) des moyens s'étendant entre le corps et chacun des supports et tenant en suspension les supports et la plaque supportée pour un mouvement longitudinal par rapport à la cavité;

e) une paire de plaques stationnaires électriquement conductrices fixées transversalement par rapport à la cavité, et formant avec les parois de la cavité un logement renfermant étroitement la plaque supportée et constituant ainsi une paire de condensateurs avec la plaque supportée et réalisant un amortissement à air dudit mouvement longitudinal de celle-ci;

f) des conducteurs électriques assurant la communication entre l'extérieur de la cavité et les plaques stationnaires et supportée.
5. Indicateur d'inclinaison selon la revendication 4, caractérisé en ce que le détecteur d'inclinaison comprend en outre une paire de plaques de couverture fixées au corps pour recouvrir les extrémités respectives de la cavité, constituant ainsi une enceinte pratiquement étanche à l'air pour les supports et les plaques.
6. Indicateur d'inclinaison selon la revendication 1 avec des moyens de comptage branchés en comptage pour fonctionner comme premiers moyens de comptage et branchés en décomptage pour fonctionner comme seconds moyens de comptage.

Les gravimètres connus antérieurement, ou les accéléromè-tres, utilisant des sondes capacitives, étaient du type employant généralement des dispositifs d'entraînement agissant en réponse à une modification dans un couplage capacitif pour exercer une force de rappel à zéro sur une masse suspendue pendulairement qui comprend une plaque d'un condensateur variable. La quantité de courant de réaction, telle que déterminée par l'espacement des armatures du condensateur dû au déplacement de la masse, qui est nécessaire pour rappeler la masse à une position de zéro, fournit une indication du degré momentané de la variation par rapport à une attitude selon l'inclinaison dans le dispositif.

Le plus souvent, la restitution d'un zéro à référence gravi-fique est le but premier auquel répond un tel dispositif, l'indication du degré de l'écart par rapport au niveau constituant le plus souvent une fonction auxiliaire. Ainsi, des dispositifs à «rappel vers zéro» étaient, au mieux, capables d'indiquer une déviation momentanée maximum relativement au zéro gravi-fique, mais ne fournissaient un signal persistant de l'écart par rapport à l'inclinaison dans aucun instrument associé.

Un autre type de dispositifs fonctionnellement plus voisins de «l'inclinaison idéale» comprend un noyau supporté pendulairement et qui effectue un couplage inductif dans un circuit approprié de manière à produire un signal analogique proportionnel à l'importance de l'écart de l'instrument relativement à une attitude définie par un niveau à référence gravitationnelle. Là encore, la puissance consommée lors du fonctionnement d'un tel dispositif à sonde inductive, l'importance des circuits nécessaires et les inévitables erreurs de conversion analogique-digitale, ont rendu ces dispositifs particulièrement inadaptés à une utilisation dans un instrument indicateur de l'inclinaison compacte.