FR2477284A1

FR2477284A1 - Water pressure in soil measuring appts. - provides measurement signals and indication of amount of deviation of signal w.r.t. desired characteristics of signal transmitter

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Publication number: FR2477284A1
Application number: FR8104151A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1981-09-04
Also published as: SE424026B; SE8001582L

Abstract

The pressure of water impregnated in the ground is measured by its action on a diaphragm which reacts with an oscillating thread. The frequency changes are transmitted above ground to a receiver where the results can be evaluated. A steel thread is fixed by a screw to the upper section of a tubular probe assembly. The lower end is similarly attached to a diaphragm and is caused to oscillate by permanent magnets on which windings are connected to an oscillator. The diaphragm is located in a chamber and is exposed via channels (14,15) to the water contained in the ground. The water pressure adjusts tension in the thread to alter the oscillation frequency. This change is transmitted via a frequency divider to a receiver located above ground.

Description

Différents modèles d'instruments de transmission des résultats de mesures sont connus, par exemple pour mesurer la pression de l'eau d'imprégnation d'un sol à des fins géotechniques. Different models of instruments for transmitting measurement results are known, for example for measuring the pressure of the impregnation water of a soil for geotechnical purposes.

Un type connu d'appareil de mesure de pression d'eau d'imprégnation est pourvu d'un diaphragme, dont une face est soumise à la pression d'eau à mesurer, tandis que, sur la face opposée du diaphragme est attaché un cordon d'acier. Ce cordon est maintenu à un degré déterminé de tension et il s'étend axialement à travers un corps tubulaire qui forme une partie de la tige de l'appareil destinée à être enfoncée dans le sol. A known type of impregnation water pressure measuring device is provided with a diaphragm, one side of which is subjected to the water pressure to be measured, while a cord is attached to the opposite side of the diaphragm. of steel. This cord is maintained at a determined degree of tension and it extends axially through a tubular body which forms part of the rod of the apparatus intended to be driven into the ground.

L'extrémité opposée du cordon d'acier est Sscée å l'intérieur de cette tige. Lorsque le diaphragme est poussé vers l'intérieur par la pression de l'eau, la force de tension préalable appliquée au cordon se trouve réduite. En conséquence, le cordon est moins tendu et sa fréquence propre à la vibration est diminuée. Deux électro-aimants sont prévus pour maintenir le cordon en oscillation, leurs enroulements étant connectés à un oscillateur dont la fréquence est ainsi déterminée par la fréquence propre du cordon. A l'aide de la tige, l'appareil de mesure est enfoncé dans le terrain jusqu-à l'endroit Q la pression d'eau d'imprégnation doit être mesurée.The opposite end of the steel cord is threaded inside this rod. When the diaphragm is pushed inward by water pressure, the prior tension force applied to the cord is reduced. As a result, the cord is less taut and its frequency specific to vibration is reduced. Two electromagnets are provided to keep the cord in oscillation, their windings being connected to an oscillator whose frequency is thus determined by the natural frequency of the cord. Using the rod, the measuring device is driven into the ground up to location Q the impregnation water pressure must be measured.

L'appareil de mesure est étalonné de manière à permettre à une pression de grandeur déterminée d'agir sur le diaphragme, après quoi on note la fréquence du cordon à cet instant. La relation entre la fréquence et la pression est ainsi obtenue sous la forme d'une courbe. Lorsque les pressions qui agissent sur chacune des faces du diaphragme sont égales, le cordon oscille à une certaine fréquence choisie comme fréquence de valeur zéro. Lorsque la pression agissant sur le diaphragme croît, cette fréquence notée diminue. Plus l'écart de grandeur entre la fréquence établie et la fréquence zéro est grand, plus est grande la pression agissant sur le diaphragme. The measuring apparatus is calibrated so as to allow a pressure of determined magnitude to act on the diaphragm, after which the frequency of the cord is noted at this instant. The relationship between frequency and pressure is thus obtained in the form of a curve. When the pressures which act on each of the faces of the diaphragm are equal, the cord oscillates at a certain frequency chosen as the frequency of zero value. When the pressure acting on the diaphragm increases, this noted frequency decreases. The greater the difference in magnitude between the set frequency and the zero frequency, the greater the pressure acting on the diaphragm.

Dans la fabrication d'appareils de mesure de pression d'eau d'imprégnation de ce genre (ainsi que de tout autre instrument de mesure et de transmission de résultats), il est désirable que leurs caractéristiques, c'est-à-dire la variation de fréquence en fonction de la grandeur mesurée, par exemple la pression, soient identiques dans touts les instruments labri; qués. Cependant, il a été prouvé que la réalisation de cette condition n'était pas possible. La raison en est que, même pour de très légères différences dans la qualité du cordon, ou du diaphragme, ou dans leur tension à l'état monté, et/ou de dimensions, il en résulte un changement de la résilience ét des caractéristiques d'oscillation des parties mobiles de l'appareil de transmission. In the manufacture of impregnation water pressure measuring devices of this kind (as well as any other instrument for measuring and transmitting results), it is desirable that their characteristics, i.e. frequency variation as a function of the quantity measured, for example the pressure, are identical in all the instruments housed; ques. However, it has been proven that the fulfillment of this condition was not possible. The reason is that, even for very slight differences in the quality of the cord, or diaphragm, or in their tension in the assembled state, and / or in dimensions, this results in a change in the resilience and in the characteristics of oscillation of the moving parts of the transmission apparatus.

L'invention a pour but de résoudre le problème concernant l'obtention de résultats de mesure corrects avec différents appareils de mesure et de transmission de résultat, malgré des différences de résilience et de caractéristiques d'oscillation. Pour cela l'invention proprose d'établir, dans chaque appareil de transmission individuel, l'écart par rapport à la caractéristique désirée, et de pourvoir l'appareil de moyens qui sont capables d'émission vers un appareil récepteur (placé au-dessus du niveau-du sol), qui réalise une évaluation de la valeur mesurée, mais, en plus, une évaluation du degré d'écart par rapport aux caractéristiques désirées. The object of the invention is to solve the problem concerning obtaining correct measurement results with different measurement and result transmission devices, despite differences in resilience and oscillation characteristics. For this, the invention proposes to establish, in each individual transmission device, the deviation from the desired characteristic, and to provide the device with means which are capable of transmitting to a receiving device (placed above of the ground level), which carries out an evaluation of the measured value, but, in addition, an evaluation of the degree of deviation from the desired characteristics.

Dans ce but, l'appareil conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens propres à l'émis- sion également d'un signal indiquant le degré d'écart par rapport aux caractéristiques désirées dans l'appareil de transmission, si un tel écart existe, 11 appareil de réception étant constitué pour pouvoir recevoir et traiter ces deux signaux séparément. For this purpose, the apparatus according to the invention is characterized in that it comprises means specific to the transmission also of a signal indicating the degree of deviation from the desired characteristics in the apparatus for transmission, if such a deviation exists, 11 reception apparatus being constituted to be able to receive and process these two signals separately.

Appareil de l'invention prévu pour la mesure de pression peut également être utilise' pour la mesure de volumes. Apparatus of the invention intended for pressure measurement can also be used for volume measurement.

L'invention est décrite ci-après à propos d'un exemple de réalisation non limitatif, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en élévation de la tige de mesure de l'appareil introduite dans le sol ; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à plus grande échelle à travers un dispositif de mesure de la pression d'eau d'imprégnation, qui est monté à l'extrémité inférieure de la tige de la figure 1 la figure 3 est un diagramme de connexions électriques relatives à l'instrument de transmission incorporé dans un appareil de mesure de pression la figure 4 est un diagramme des connexions électriques relatives à un instrument récepteur disposé au-dessus du niveau du sol destiné à recevoir et exploiter les signaux émis par l'instrument de mesure et l'instrument de transmission la figure 5 montre une partie du signal relatif à la valeur mesurée ainsi que du signal relatif à l'écart des caractéristiques, ces deux signaux étant représentés par des courbes séparées la figure 6 est une représentation correspondante dans laquelle le second signal est superposé au premier, et la figure -7 est un schéma d'un appareil conforme à l'invention mais appliqué à des opérations de mesure de volumes. The invention is described below in connection with a nonlimiting exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 is an elevation view of the measuring rod of the device introduced into the ground; Figure 2 is a longitudinal section view on a larger scale through a device for measuring the impregnation water pressure, which is mounted at the lower end of the rod of Figure 1 Figure 3 is a diagram of electrical connections relating to the transmission instrument incorporated in a pressure measuring device FIG. 4 is a diagram of the electrical connections relating to a receiving instrument arranged above ground level intended to receive and process the signals emitted by the the measuring instrument and the transmission instrument FIG. 5 shows part of the signal relating to the measured value as well as of the signal relating to the deviation from the characteristics, these two signals being represented by separate curves FIG. 6 is a representation corresponding in which the second signal is superimposed on the first, and Figure -7 is a diagram of an apparatus according to the invention but applied to volume measurement operations.

L'appareil de mesure de pression d'eau d'imprégnation dans les pores d'un terrain représenté dans les figures 1 et 2 contient un cordon d'acier 1 dont l'extrémité supérieure est fixée, au moyen d'une vis 5, au fond supérieur 2 d'un organe tubulaire b incorporé dans une tige 3 de l'appareil de mesure. The apparatus for measuring the pressure of impregnation water in the pores of a ground shown in FIGS. 1 and 2 contains a steel cord 1, the upper end of which is fixed, by means of a screw 5, at the upper bottom 2 of a tubular member b incorporated in a rod 3 of the measuring device.

L'extrémité inférieure du cordon 1 est fixé, au moyen d'une seconde vis de serrage 6, à un diaphragme 7 (ou encore un soufflet) disposé dans la tige 3 de manière à maintenir le cordon 1 sous une tension préalable déterminée. Un mouvement d'oscillation peut être imposé au cordon 1 au moyen de deux aimants permanents 8 et 9, qui sont fixés dans l'organe tubulaire 4. Chacun de ces aimants est entouré par un enroulement 11 et 12 respectivement, et ces enroulements sont connectés à un oscillateur 10 entraîné par une batterie électrique.The lower end of the cord 1 is fixed, by means of a second clamping screw 6, to a diaphragm 7 (or even a bellows) disposed in the rod 3 so as to keep the cord 1 under a predetermined tension. An oscillation movement can be imposed on the cord 1 by means of two permanent magnets 8 and 9, which are fixed in the tubular member 4. Each of these magnets is surrounded by a winding 11 and 12 respectively, and these windings are connected to an oscillator 10 driven by an electric battery.

La disposition adoptée est telle que, lorsque le cordon 1 est en mouvement oscillatoire, il oscille avec une certaine fréquence qui est déterminée principalement par le degré de tension du cordon. Lorsque cette tension du cordon diminue, la fréquence de l'oscillation diminue en correspondance. Le cordon est monté dans l'organe tubulaire 4 de telle manière qu'une pression appliquée axialement sur l'extrémité supérieure du cordon, ou sur le diaphragme 7, agisse pour réduire la fréquence du cordon. Cette pression est dérivée de l'eau d'imprégnation existant dans la portion de terrain examinée. The arrangement adopted is such that, when the cord 1 is in oscillatory motion, it oscillates with a certain frequency which is mainly determined by the degree of tension of the cord. When this cord tension decreases, the frequency of the oscillation decreases correspondingly. The cord is mounted in the tubular member 4 so that a pressure applied axially on the upper end of the cord, or on the diaphragm 7, acts to reduce the frequency of the cord. This pressure is derived from the impregnation water existing in the portion of land examined.

Le diaphragme 7 est placé dans une chambre 13 dans l'organe tubulaire 4, et sa face inférieure est exposée à la pression existant dans l'eau contenue entre les particules d'argile ou de terre dans la partie de terrain située exactement au niveau atteint par la pointe de la tige enfoncée dans le sol. La chambre 13 est formée avec un canal axial 14, et avec des canaux 15 qui s'étendent en direction radiale et débouchent dans le canal central 14, et à travers lesquels l'eau d'imprégnation peut pénétrer dans la chambre 13. Les extrémités extérieures des canaux 15 sont recouvertes par un filtre cylindrique 16 qui s'oppose à ce que du sable et d'autres particules solides soient entrainés par l'eau dans la chambre 13. The diaphragm 7 is placed in a chamber 13 in the tubular member 4, and its underside is exposed to the pressure existing in the water contained between the particles of clay or earth in the part of the ground located exactly at the level reached. by the tip of the stem sunk into the ground. The chamber 13 is formed with an axial channel 14, and with channels 15 which extend in a radial direction and open into the central channel 14, and through which the impregnation water can enter the chamber 13. The ends outside of the channels 15 are covered by a cylindrical filter 16 which prevents sand and other solid particles from being entrained by the water in the chamber 13.

Toute augmentation de pression d'eau enregistrée au cours de la mesure, à l'aide de l'appareil de mesure de pression inséré dans le sol, se traduit par le fait que la portion centrale du diaphragme 7 est poussée vers le haut par l'eau introduite dans la chambre 13, ce déplacement du diaphragme étant, par exemple, de quelques centièmes de millimètre. La conséquence de ce déplacement est une réduction de la force de tension du cordon 1 et par conséquent une réduction de sa fréquence d'oscillation. Plus l'accroissement de pression d'eau est grand, plus est importante la diminution de la frequence propre du cordon. Any increase in water pressure recorded during the measurement, using the pressure measuring device inserted into the ground, results in the fact that the central portion of the diaphragm 7 is pushed upwards by l water introduced into the chamber 13, this displacement of the diaphragm being, for example, a few hundredths of a millimeter. The consequence of this displacement is a reduction in the tension force of the cord 1 and therefore a reduction in its oscillation frequency. The greater the increase in water pressure, the greater the decrease in the natural frequency of the cord.

Conformément à l'invention, un diviseur de fréquence de type connu 25, 26, comportant huit bornes de sorties 17 à 24 (figure 3) est connecté à loscillateur. Un fil conducteur 27, passant de préférence à l'extérieur à travers la paroi de l'organe tubulaire 4, connecte ce diviseur de tension à un instrument récepteur 28 disposé au-dessus du niveau du sol. Les bornes 17 à 24 du diviseur, auxquelles peut être appliquéun voltage, donnent la possibilité d'étalonner l'instrument de transmission de résultats. According to the invention, a frequency divider of known type 25, 26, comprising eight output terminals 17 to 24 (FIG. 3) is connected to the oscillator. A conductive wire 27, preferably passing outside through the wall of the tubular member 4, connects this voltage divider to a receiving instrument 28 disposed above ground level. The terminals 17 to 24 of the divider, to which a voltage can be applied, give the possibility of calibrating the results transmission instrument.

L'instrument récepteur 28 (figure 4) comprend un filtre 29 et un dispositif de mesure defréquence 30. Dans la figure 5, la courbe représentative de la fréquence mesurée est désignée par la référence 31, tandis que la référence 32 désigne la courbe représentative du signal indiquant l'écart par rapport aux caractéristiques désirées. La figure 6 montre la courbe obtenue par superposition des courbes 31 et 32. The receiving instrument 28 (FIG. 4) comprises a filter 29 and a frequency measurement device 30. In FIG. 5, the curve representative of the measured frequency is designated by the reference 31, while the reference 32 designates the curve representative of the signal indicating the deviation from the desired characteristics. FIG. 6 shows the curve obtained by superimposing curves 31 and 32.

Les signaux qui sont amenés par le fil conducteur 27 sont divisés dans la filtre 29. Les signaux représentant les résultats de la mesure sont transmis par le conducteur 34, et les signaux indiquant les écarts par rapport aux caractéristiques désirées sont transmis par le fil conducteur 35 vers l'instrument récepteur 28 dans lequel les deux signaux sont interprétés et exploités. The signals which are brought by the conductor wire 27 are divided in the filter 29. The signals representing the results of the measurement are transmitted by the conductor 34, and the signals indicating the deviations from the desired characteristics are transmitted by the conductor wire 35 to the receiving instrument 28 in which the two signals are interpreted and used.

La marge opérationnelle des signaux de résultats de mesure est de préférence fl= 1000 à 2000 Hz. La marge de fréquence relative aux signaux indiquant les écarts de c-aractéristiques est f2 = 10 000 à 16 000 Hz. The operational margin of the measurement result signals is preferably fl = 1000 to 2000 Hz. The frequency margin relating to the signals indicating the deviations of c-characteristics is f2 = 10 000 to 16 000 Hz.

A l'aide du diviseur de fréquence représenté dans la 8 figure 3, on dispose de 28= 256 possibilités de couplage Le tableau ci-dessous montre que, en changeant de fréquence, différentes valeurs des signaux amenes au filtre 29 sont possibles. Using the frequency divider shown in Figure 8, there are 28 = 256 coupling possibilities. The table below shows that, by changing the frequency, different values of the signals supplied to the filter 29 are possible.

Tableau
f2 10 000 --- 0.000
10.050 --- O.OQ1
10 100 --- 0002
10 150 --- 0.003
14 950 --- 0.098
15 000 --- 0.099 etc... Board
f2 10,000 --- 0.000
10.050 --- O.OQ1
10 100 --- 0002
10 150 --- 0.003
14 950 --- 0.098
15,000 --- 0.099 etc ...

Parmi les nombres de la seconde colonne du tableau ci-dessus, la valeur des deux premiers chiffres, c'est-à-dire 0.0, peut correspondre à des valeurs fixes dans la mesure de fréquence 30, tandis que les deux chiffres suivants, c'est-àdire 01, 02, 03 98 et 99, indiquent des valeurs variables. Among the numbers in the second column of the above table, the value of the first two digits, i.e. 0.0, may correspond to fixed values in the frequency measurement 30, while the next two digits, c i.e. 01, 02, 03 98 and 99, indicate variable values.

Pour réaliser l'étalonnage de l'appareil de mesure de pression, on établit l'écart par rapport à la caractéristique désirée et on donne aux interrupteurs 17 à 24 une position de réglage, en accord avec le tableau ci-dessus, correspondant à l'écart établi, après quoi on procède à l'assemblage de l'appareil de mesure de pression. To carry out the calibration of the pressure measuring device, the deviation from the desired characteristic is established and the switches 17 to 24 are given an adjustment position, in accordance with the table above, corresponding to the 'established gap, after which one proceeds to the assembly of the pressure measuring device.

Dans son interprétation des signaux provenant de l'appareil de mesure, l'instrument récepteur 28 tient compte automatiquement de l'écart de caractéristique. Ainsi il devient possible d'interpréter, à l'aide d'un seul et même instrument récepteur 28, les résultats de mesure provenant de plusieurs appareils de mesure de pression, même lorsque les caractéristiques de ces appareils diffèrent entre elles. In interpreting the signals from the measuring device, the receiving instrument 28 automatically takes account of the characteristic deviation. Thus it becomes possible to interpret, using a single receiving instrument 28, the measurement results from several pressure measuring devices, even when the characteristics of these devices differ from one another.

La figure 7 est un schéma d'un dispositif destiné à la mesure de volumes. Dans l'exemple représenté, le problème est supposé être de dimensionner un conteneur 26 pour un volume de 1 litre. Une fois fabriqué, le conteneur montre savoir une capacité par exemple de 1,1 litre, la valeur étant déterminée par la position du piston mobile 37. L'appareil de mesure est alors étalonné de manière à émettre un signal indiquant la valeur de l'excès incorrect, c'est-à-dire 0,1 litre. La valeur mesurée est transmise par le fil conducteur 38, et la valeur de l'écart par rapport au volume désiré est transmise par le fil conducteur 39 à l'instrument récepteur 40 dans lequel les deux signaux sont interprétés. Figure 7 is a diagram of a device for measuring volumes. In the example shown, the problem is assumed to be to size a container 26 for a volume of 1 liter. Once manufactured, the container shows knowing a capacity for example of 1.1 liters, the value being determined by the position of the movable piston 37. The measuring device is then calibrated so as to emit a signal indicating the value of the incorrect excess, i.e. 0.1 liters. The measured value is transmitted by the conducting wire 38, and the value of the deviation from the desired volume is transmitted by the conducting wire 39 to the receiving instrument 40 in which the two signals are interpreted.

I1 affiche alors la relation 1.1 = 1 litre, ce
1 + 0.1 qui signifie que l'instrument 40 a tenu compte de l'écart de capacité.I1 then displays the relation 1.1 = 1 liter, this
1 + 0.1 which means that the instrument 40 has taken account of the capacity difference.

Des diviseurs de fréquence tels que 25, 26, sont connus en soi et sont disponibles sur le marché. I1 en est de même pour l'oscillateur 10 qui peut être un cristal de quartz ayant une périodicité de 4 MHz. Frequency dividers such as 25, 26 are known per se and are available on the market. I1 is the same for the oscillator 10 which can be a quartz crystal having a periodicity of 4 MHz.

Claims

- R E V E N D I C A I 0 N S -

1. Apparatus for transmitting measurement results, in which are incorporated means for transmitting a signal representative of the measured value to a receiving instrument (30, 40), apparatus characterized in that these means are provided for also transmitting a signal indicating the magnitude of the deviation, if there is one, from the desired characteristic of the transmitting apparatus, the receiving instrument being designed to process and interpret these two signals separately.

2. Apparatus according to claim 1, in which the measured value emitted by the transmission instrument is derived in the form of an electrical signal of a certain frequency, characterized in that the deviation of this indicator instrument from the desired characteristic is emitted in the form of an electrical signal having a frequency different from the frequency of the signal representative of the measured value.

3. Apparatus according to claim 2, wherein there is provided a pressure measuring device arranged to affect an electrically driven force measuring member which is coupled to an electric oscillator (10) which is mounted on the lower end of a rod (3) intended to be driven into the ground, the movement of a diaphragm or bellows (7) controlling the frequency of the oscillator by means of an oscillating cord (1) which is mounted axially inside of the rod, the frequency of this cord being determined by the pressure which is applied at a given instant on the pressure measuring device, apparatus characterized in that it comprises means for transmitting to the receiving instrument (30), on the one hand, signals representative of the pressure measured, and, on the other hand, signals representative of the deviation, if there is, with respect to the desired characteristic, for example, of the oscillating bead (1).