FR2512860A1 - Dispositif de commande de surface de type numerique pour essais de sols et de roches in situ avec sonde profonde - Google Patents

Abstract

UNE ENCEINTE VOLUMETRIQUE 12 EST MUNIE DE CAPTEURS C1 DE PRESSION ET C3 DE HAUTEUR DE LIQUIDE. UNE PRESSION GAZEUSE VARIABLE EST APPLICABLE AU-DESSUS DU LIQUIDE. UNE DETECTION NUMERIQUE DE COUPLES D'ECHANTILLONS PRESSION-VOLUME EST EFFECTUEE, ET UTILISEE POUR OBTENIR DES INFORMATIONS SUR LA RESISTANCE DE SOLS ET ROCHES EN CHARGE.

Description

L'invention concerne les essais de chargement de roches et de sols in situ, et plus particulierement les appareils dits "pressiomètres" (marque déposée) utilisés a cet effet.

Ces appareils comprennent - une sonde profonde comportant une cellule principale
dilatable, gonflable par pression de liquide, et
généralement encadrée de deux cellules de garde du
même genre, qui sont, elles, sollicitees sous pression
gazeuse, et, - relié a la sonde profonde par une tubulure mixte
liquide-gaz, un dispositif de surface permettant de
faire varier la ou les pressions, en même temps que
de détecter les variations de volume de la cellule
principale.

D'autres détails sur ces appareils sont disponibles dans l'ouvrage "THE PRESSUREMETER AND FOUNDATION
ENGINEERING" F. Bagnelin, J.F. Jézéquel, D.H. Shields,
Series on Rock ad Soil Mechanics, Vol. 2 (1974/77)
N 4, Trans. Tech. Publications, Clansthal, Germany, 1978".

En opérations, l'utilisateur releve une courbe pression-volume, qu'il utilise ensui.te pour déterminer manuellement les caractéristiques du sol, dont un module pressiométrique normal g et une pression limite 'conventionnelle (valeurs dont la signification est liée a des données Je base sur le pressiomètre). En règle générale, il est procédé abord à un étalonnage, la sonde etant à l'air libre, a peu près au niveau du dispositif de surface ; ensuite avec la sonde enterrée dans un forage, sont effectuées des mesures proprement dites, d'où sont soustraites les valeurs d'étalonnage, pour éliminer la réponse propre de la sonde.

Les "pressiomètres" de ce genze rendent de précieux services pour les essais de sols et de roches.

Ils demandent cependant la présence sur le terrain d'un ingénieur si l'on veut exploiter immédiatement des mesures. Cela fait que l'exploitation des mesures est le plus souvent effectuée en diffE.ré, avec les inconvénients que cela peut comporter.

Un autre aspect des difficultés rencontrées tient ce que les essais sont faits sur des terrains sinon hostiles, du moins inéquipés (électricité, vab- lité, etc). il est donc nécessaire de prévoir un appareillage a la fois autonome et robuste.

La présente invention vient offrir des moyens qui, malgré ce contexte difficile, permettent d'obtenir sur le terrain, en temps réel, les résultats d'essais, et ceci, sans nécessiter l'intervention de personnels très qualifiés.

A cet effet, l'invention propose un dispositif de commande de surface, destiné à être relié, pour essais de sols et de roches in situ, a une sonde comportant au moins une cellule dilatable, gonflable par pression de liquide, le dispositif de commande comprenant - au moins une enceinte volumétrique, - des moyens capables d'alimenter en liquide cette
enceinte. volumétrique, la sonde et la tubulure qui
les relie, - des moyens capables d'appliquer une pression gazeuse
réglable à l'enceinte volumétrique, au-dessus du
liquide qu'elle contient, et - des moyens capables de détecter la pression dans
1' enceinte volumétrique.

Selon un aspect de l'invention, les moyens de détection de pression sont agencés pour fournir une sortie numérique en échantillons-pression (Pi), , de même que l'enceinte volumétrique est associée a un circuit détecteur de hauteur de liquide a sertie numérique en échantillons-volume (Vi)î deux échantillons, pression et volume, correspondants définissant un échantilloncouple ; le dispositif de commande comporte en outre une unité de traitement avec au moins une mémoire de programme, et au moins une mémoire de données sauvegardée ; l'unité de traitement est capable des opérations de calcul courantes, ainsi que d'une régression linéaire, et d'une interpolation hyperbolique ; la mémoire de programme est agencée pour solliciter l'unité de traitement afin de réaliser les opérations suivantes a) établir et mettre en mémoire sauvegardée une repré
sentation numérique de courbe d'etalonnage, pour
laquelle la sonde est montée-libre à'l'extérieur du
sol, sensiblement au même niveau que le dispositif
de commande, b) établir et mettre en mémoire sauvegardée une repré
sentation numérique de courbe de mesure après recti
fication d'étalonnage, pour la sonde enterrée, et c) déterminer numériquement l'intervalle de mesure
normal (PF' vF ; pO v0),le module pressiométrique
normal

et enfin la pression limite conventionnelle, valeur de
pi pour v i VREF + 2.v0.Cette valeur est notée
Selon un autre aspect de l'invention, pour déterminer l'intervalle de mesure normal, on recherche les points d'inflexion de la drivée de la courbe de mesure.

Selon un autre aspect de l'invention, l'opéras tion a) comprend la recherche des parametres de la relation suivante

De son coté, l'opération b) comprend la transformation de chaque échantillon-couple (Pit vi) en (Pi - Piéta vi), Piét étant la pression de la courbe d'étalonnage pour vi, suivie de la recherche des paramètres de la relation suivante :

Selon un autre aspect encore de l'invention, la recherche des paramètres comprend la détermination de la ou des-asymptotes (VL ; PL, PI), par comparaison de la courbe de mesure à une ou plusieurs branches d'hyperbole, puis, par régression linéaire, la détermination des coefficients restants (RPét, Két, PIét ; RP, RE, K, VI).

De façon avantageuse, le capteur de pression est du type à semiconducteurs, et la mémoire de programme est apte à une initialisation comportant lecture numérique de capteur à pression nulle, ladite lecture etant ultérieurement soustraite des échantillons de pression obtenus en étalonnage et/ou en mesure.

De préférence, la mémoire de programme est agencée pour faire une mesure à 30 secondes et 60 secondes après chaque saut de pression.

Dans un mode de réalisation préférentiel, la sonde est du type tri-cellulaire avec deux cellules de garde disposées de part et d'autre de la cellule centrale; il est alors prévu un second capteur de pression affecté à détecter la pression d'un système gazeux relié aux cellules de garde.

Dans ce mode de réalisation, un signal numérique de pression différent;allo formé par soustraction des sorties des deux capteurs de pression est comparé à une valeur de référence pour apprécier la fiabilité de chaque mesure.

Plus particulièrement, le dispositif comporte un affichage numérique et un clavier, l'affichage donnant normalement la pression en cours, et sur commande le volume, ou la pression différentielle. D'autres paramètres, et naturellement les valeurs representatives de l'essai, vont aussi être affichées.

Selon un autre aspect de l'invention, le circuit de mesure de hauteur d'eau comprend un transducteur à ultrasons, des moyens pour exciter répéti- tivement et alternativement celui-ci à fréquence prédéterminée, des moyens pour détecter les signaux échos, et des moyens pour compter le temps écoule entre l'excitation et l'écho, la valeur n.umlérique de ce temps représentant le volume de liquide compris dans l'enceinte volumétrique.

Avantageusement, les moyens d'excitation définissent un train d'impulsions à la fréquence propre du transducteur, ce train intervenant alternativement pour exciter et bloquer celui-ci.

De préférence, le pôle de céramique -opposé à l'excitation est relié à un générateur de tension de référence, tandis que les moyens de détection comportent une comparaison a une -tension de référence plus importante.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés pour illustrer à titre non limitatif un mode.-de réalisation préférentiel de la présente invention, et sur lesquels - la figure 1 illustre un-schema général d'un dispositif
pressiométrique ;; - la figure 2 illustre le schéma hydraulique d'un dispo
sitif de commande faisant partie d'un pressiomètre,
pour la mise en oeuvre de la présente invention - la figure 3 illustre le schéma de principe du dispo
sitif électronique incorporé au dispositif- de commande
de la figure 2 - la figure 4 illustre le schéma électrique détaillé de
la partie capteur de pression du dispositif de la
figure 3 - la figure 5 illustre le schéma électrique de la partie
détection de niveau du dispositif.de la figure 3 ; - la figure 6 illustre schématiquement la face avant du
dispositif de commande, dans sa partie affichage,
ainsi que clavier de commande ; - la figure 7 est un algorithme illustrant la boucle
principale de fonctionnement du dispositif électro
nique incorporé à l'appareil selon l'invention ; et - la figure 8 est un algorithme général de fonctionnement
de l'appareil selon l'invention, avec la détermination
des zéros de pression, la séquence d'étalonnage, et
la séquence de mesure.

Sur la figure l, la référence S désigne la sonde pression proprement-dite, constituée d'une cellule de mesure CM, encadrée par une cellule de garde haute
CGH et une cellule de garde basse CGB. Lors de mesures, cette sonde est disposée au fond d'un forage F, à travers lequel elle est reliée par des tubulures T à un dispositif de commande de surface DC. Les tubulures T réalisent une liaison mixte liquide-gaz entre le dispositif de commande DC et la sonde. Plus précisément, une liaison.liquide va vers la cellule de mesure CM, tandis qu'une liaison de gaz, coaxiale à la première par exemple, va vers les deux cellules de garde CGH et CGB.

La figure 2 illustre de façon détaillée le schéma hydraulique du dispositif de commande DC. Une source d'alimentation en gaz sous pression, branchée en 22, fournit une pression de base qui peut s'établir de O à 25M-Pa (mégaPascals), comme l'indique un manomètre d'alimentation 20. A l'aide d'un détendeur principal 7, on peut définir une pression plus basse réglable, qui est appliquée par l'intermédiaire d'une vanne inverseuse 4 à la tubulure d'entrée haute 14 d'une enceinte volumétrique 12, et éventuellement un manomètre auxiliaire 24.

Le détendeur principal 7 est également relié à un détendeur différentiel 8, également réglable, par exemple de - 100 à + 500 kPa et qui aboutit également vers la vanne inverseuse 4. Dans une position (trait continu de la vanne 4), la pression de sortie du détendeur différentiel 8 est appliquée par l'intermédiaire d'une vanne à trois voies 5 pour l'alimentation en air sous pression des cellules de garde CGH et CG (figure 1), et ce à travers un clapet de sécurité piloté 26, et un filtre de protection 27. En 24bis peut etre branché un autre manomètre de surveillance, tandis que la réf é- rence 19bis désigne la liaison par tubulure vers les cellules de garde. De son côte, le clapet 26 a pour rôle de permettre le blocage automatique du circuit des cellules de garde en cas de crevaison de celles-ci.

Enfin, la vanne 5 permet une mise à zéro de l'ensemble de l'appareil, en annulant la cression différentielle. De son côté, un robinet 6 permet de purger en gaz les cellules de garde (trait plein à l'intérieur du purgeur 6), ou bien la cellule de mesure (trait poin tille)
Une alimentation en liquide telle que de l'eau est prévue, et peut se faire par llintermediaire d'un robinet 3, placé dans la position en trait tireté pour l-ilimentation conjointe d'un réservoir auxiliaire 11, ainsi que de l'enceinte volumétrique 12, par la conduite 13 placée en bas de celle-ci. Le robinet 2 permet, dans sa position en trait plein, de faire travailler la-cellule de mesure avec l'ensemble de enceinte volumétrique.

Ce robinet peut aussi être fermé, ou bien être placé dans la position en trait tireté, pour venir se relier à une autre canalisation 13bisplacée également en bas de l'enceinte volumétrique 12, mais du.côté ou celle-ci est reliée à un voyant de mesure visuelle fine 15, isolable par une vis pointeau 25, et relié par ailleurs en partie haute par une connexion l4bis au volume gazeux présent à l'intérieur de l'enceinte volumétrique.

On remarquera enfin que la vanne 4
permet une inversion des circuits de pression gazeuse, entre les cellules de garde et le baut de l'enceinte volumétrique, suivant que les essais se font avec la sonde à moins ou à plus de li mètres de profondeur.

Selon un aspect de l'invention, il est prévu deux capteurs de pression Cl et C2, le premier en liaison avec la partie haute de l'enceinte volumétrique 12, et le second en liaison avec la partie du circuit qui va vers les cellules de garde. Dans le mode de réalisation représenté, le capteur C2 est placé en amont de la vanne 5. Est également prévu un capteur C3, qui va détecter la hauteur d'eau à l'intérieur de-l'enceinte volumétrique 12, cette hauteur d'eau est instantanément transformable en information de volume d'eau. L'enceinte est en liaison avec la sonde, en ce qui concerne la cellule de mesure qui va se déformer, il est clair que les variations du volume liquide à l'intérieur de l'enceinte volumétrique sont liées aux variations de volume de la cellule de mesure en déformation.

Les capteurs de pression.sont avantageusement des capteurs semi-conducteurs, par exemple les capteurs
LX 1430A, ou 1440A, ou 1450A, suivant la pression désirée, ces capteurs étant vendus par NATIONAL SEMICONDUCTOR.

Ces capteurs sont intéressants par leur excellente linéarité.

Comme le montre la figure 2, les capteur Cl,
C2 et C3 sont reliés à un dispositif électronique désigné dans son ensemble par 1.

Sur la figure 3, on voit que ce dispositif électronique 1 comporte un microprocesseur 10, relié par un bus d'entréé-sortie 100 à des memoires mortes de programme 11, une mémoire vive 12 sauvegardée par une batterie spécifique 15 équipée d'un chargeur et d'un circuit de protection, une mémoire vive de travail 13, ainsi qu'une unité de calcul auxiliaire 14 Le bus d'entrée-sortie est également relié par ailleurs à un dispositif 20 de conversion et lecture des pressions principales et différentielles, à un dispositif électronique 30 de lecture de hauteur d'eau, ainsi qu'à une unité d'affichage 40 et un encodeur de clavier 50. Enfn, le bus d'entrée sortie 100 est relié à un décodeur d'adresses 16, qui définit des adresses CS CALC,CS RAM2, CS RAMI, CS ROM,
CS P, CS HAUTS CS AFF, et CS CLAV, respectivement endirection des dispositifs 14, 13, 12, 11, 20, 30, 40 et 50, afin de permettre l'adressage sélectif de ceux-ci.

On a indique précédemment que les capteurs de pression sont avantageusement du type à semi-conducteur.

Il est souhaitable pour cette raison de dQcrire tout d'abord le mode de réalisation préférentiel des circuits Electroniques affectés à la détection de pression, tels qu'ils sont illustrés sur la figure 4. Les deux capteurs de pression sont référés Cl et C2. Ils sont appliqués respectivement à des circuits amplificateurs avec cor- rection référencés 21 et 22. Les deux circuits ont la même structure, et comportent un amplificateur différentiel (210, 220), dont l'entrée non-inverseuse reçoit la sortie du capteur,. après passage dans une résistancede valeur R (212, 222), l'entrée proprement dite de l'amplificateur étant prise sur un potentiomètre (213, 223), muni d'une résistance formant talon (214, 224 > .

La sortie de l'amplificateur (210, 220) est ramenée sur son entrée inverseuse par une résistance -de même valeur
R que les précédentes (211, 221), l'entrée non-inverseuse recevant par ailleurs à travers une résistance toujours de même valeur R (215, 225) un signal de correction que l'on définira plus loin.

La sortie de l'amplificateur 21 est appliquée à l'entrée non-inverseuse d'un amplificateur 24 à gain programmable par exemple sur les valeurs 1, 2, 5 et 10,
L'entrée inverseuse de cet amplificateur programmable 24 reçoit par l'intermédiaire d'un multiplexeur 25 soit une tension de masse, soit la sortie de l'amplificateur 22 affectée à l'autre capteur C2. Le gain de l'amplificateur 24 en même temps que l'état du multiplexeur 25 sont fixés par une mémoire tampon 23 reliée au bus microprocesseur, et commandée par le signal d'adresse CS P, cette mémoire tampon définissant donc le gain, et le fait que la sortie de l'amplificateur 24 correspond soit à la pression principale C1, soit à la pression différen- tielle entre les capteurs C1 et C2.Cette meme sortie est appliquée à un convertisseur analogique numérique 26;- qui peut être par exemple le modèle ADC 0804 de -National Semiconductor
La sortie du convertisseur 26, qui opère à l'aide d'une tension de référence de 2,56 Volts définie par le circuit 27 est appliquée au bus microprocesseur.

Dans une phase initiale, les réglages hydrauliques de l'appareil sont amenés de façon qu'une pression zéro soit appliquée aux deux capteurs C1 ét C2. Les sorties des deux capteurs sont alors mesurées individuellement,- en commençant par le capteur C1, et de préférence avec un fort gain. Ainsi, la sortie donnée par C1 pour une pression nulle est d'abord mesurée et appliquée par le microprocesseur qui réagit en conséquence sur la mémoire tampon 23 de façon à amener dans le circuit de correction 28 une correction de capteursqui vienne exactement compenser la mesure faite, et ce jusqu'à ce que soit annulée la sortie du convertisseur analogique numerique 26 en réponse à C1 pour une pression nulle.Une fois que cela est fait, on construitla différence C1 - C2, en agissant convenablement sur les multiplexeurs 25, ce qui donne la sortie - C2 puisque C1 est par hypothèsenul. Il vient alors au niveau du microprocesseur une représentation numérique de la réponse C2 à pression nulle. Comme précédemment, on agit sur le circuit de commande de correction 2, noté 29, jusqu'à amener sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur 220 une tension de correction telle que la sortie du convertisseur analogiquenumérique 26 soit nulle. Les circuits d'amplification des deux capteurs de pression sont alors corrigés con venablement guant au décalage de zéro, cette correction pouvant rester valable pour toute une mesureZ la dérive du zéro s'effectuant essentiellement à long terme. Bien entendu, on peut aussi faire un réglage manuel en 28 et 9, et échantillonner-les drives résiduelles, et faire la correction numériquement (pour chaque gain).

Après cette correction de zero, les valeurs numériques apparaissant en sortie du convertisseur 26 seront directement représentatives d'une pression, qui est soit la pression du capteur C1, soit la différence de pression entre les capteurs C1 et C2. Les capteurs sont en eux-mêmes linéaires. Une correction pour ajuster leur différence de pente de façon que la différence C1 - C2 soit bien représentative de PI - P2 peut être obtenue par action sur les potentiomètres 213 et 223.

On décrira plus loin-le schéma électrique du circuit de mesure de hauteur d'eau de la figure 5.

Sur la figure 6, on voit la face avant de l'appareil, illustrée de façon schématique I1 apparait immédiatement que cette face avant comporte un dispositif d'affichage 40 et un dispositif de clavier 51 et 52. Le dispositif 40 comporte un affichage à trois chiffres 400, qui peut être par exemple du type à-sept segments, et équipé d'une application de signe en 401. Cet affichage se complète en 402 d'un voyant constitué essentiellement d'une flèche orientée vers le haut, dont on verra plus loin qu'il indique que la pression peut être élevée.

Un troisième voyant 403 indique que la batterie de sauvegarde n'est plus en état d'exercer sa fonction.

A droite de l'affichage sont préyuies quatre annexes, telles que 410, dont on verra plus/le rôle. Sous l'affichage sont prévues une pluralité de diodes électroluminescentes d'affichage 420 à 427, qui permettent d'indiquer quelle grandeur est visualisée sur l'affichage 400, dans les cas où celle-ci n'est pas la pression principale dans l'enceinte volumétrique de l'appareil.

Le clavier 52 permet de son côté la commande des différentes grandeurs d'affichage susceptibles d'intervenir en 400 à la place de la pression principale, ainsi que d'autres opérations apparaissant en cours de traitement.

En référence à la figure 7, on décrira tout d'abord la boucle principale. suivie par le dispositif électronique lors d'une phase de mesure, à savoir la l'acquisition des données. Ensuite, en référence à la figure 8, on décrira l'algorithme général de fonctionnement de l'appareil, y compris les calculs.

Sur la figure 7, le bloc 110 correspond à une initialisation. L'étape suivante 111 vient tester le bon fonctionnement du dispositif de sauvegarde 15 de la figure 3, et allumer à l'étapa 112 un voyant d'alarme (voyant 403 de la figure 6), s-i la mémoire ne sauvegardait plus.

Ensuite, dans l'un ou l'autre cas, on passe à la partie principale de la boucle
Parmi les differentes fonctions incorporées à la phase d'initialisation 110, ib existe la définition d'une valeur limite de la pression différentielle , qui est introduite en mémoire de travail 13 dans le dispositif électronique.

Ensuite, au début de la boucle proprement dite, en 113, le dispositif allume le voyant 402 de l'affichage 40, ce qui invite l'opérateur à faire monter la pression par action sur les commandes convenables. L'étape 113 se complète alors de la lecture de la pression différentielle apparaissant en sortie du circuit 26 de la figure 4, les multiplexeurs 25 étant placés dans la position différentielle par la mémoire 23 sur ordre du microprocesseur.

La pression différentielle lue est comparée au pas 114 à la valeur de référence établie plus haut. Si elle s'écarte trop de celle-ci l'étape 115 produit une alarme de pression, consistant à l'affichage du voyant 410 clignotant (4 points).

Il est prévu ensuite à la phase 116 une mesure de la pression principale, le circuit 25 de la figure 4 passant alors en mode C1 seul, son entrée INI étant à la masse. La pression principale ainsi mesuree est transmise au microprocesseur, et celui-ci procède au pas 117 à l'affichage de cette pression principale sur le circuit d'affichage 400, dans la mesure bien entendu où aucun autre affichage n'est en cours.

La suite de la boucle comporte au-pas 118 une sensibilisation au clavier, dans le cas où une action de l'opérateur interviendrait. Si test le cas, la phase 119 consiste à traiter cette opération, et à effectuer les opérations correspondantes.

Après qu'a été effectuée la variation de pre.ssion,une chronomètlie est déclenchée par l'opérateur au clavier, ce qui correspond à une condition de "séquence de mesure en course. L'étape-120-vient précisément tester ce fait, et si une séquence est effecti-vement en cours, l'étape 121 vient faire stocker la pression principale ainsi que- le volume correspondant, tel qu'il-est defini par le capteur C3 et le circuit 30 de la figure 3, et ce trente secondes et soixante secondes après l--1-application de la pression principale.

On retourne ensuite au début de la boucle, juste avant l'étape 113.

Ces opérations d'acquisition de couple numérique pression et volume se font en général pour 20 points, ce qui correspond à 40 couples, puisqu'on mesure deux fois pour chaque valeur de la pression, avec un retard de 30 secondes et 60 secondes.

On notera par ailleurs que cette phase d'acqui- sition des données peut être exactement la même en étalonnage ou en mesure effective, la sonde étant respectivement en l'air ou dans le sol.

On notera également gue la sensibilité au clavier-intervient entre l'acquisition des mesures et lqur stockage.

On se réfèrera maintenant à la figure 8, laquelle décrit l'algorithme général de fonctionnement de l'appareil. La phase initiale 130 est la mise en route, qui comprend de manière habituelle l'ensemble des opérations nécessaires au bon fonctionnement des circuits électroniques. Immédiatement apres, intervient au pas 131 une phase-originale, qui consiste à inviter l'opérateur à mettre la pression à zéro, afin que puissent être lues les indications des capteurs C1 et C2, au pas 132, et que puissent être faites les corrections de zéro, de la manière précédemment indiquée.

Ensuite, le pas 133 teste si un ordre d'acquisition de données est demandé au clavier. Si oui, le pas 134 acquiert des couples pression/volume selon la boucle principale de la figure 7.

Après cela, toujours au clavier, l'opérateur définit au pas 135 si les couples acquis concernent un étalonnage (sonde en l'air) ou un essai ou mesure (sonde enterrée).

Pour un étalonnage, le pas 136 consiste à déterminer les paramètres d'étalonnage et à les sauvegarder,
Ces paramètres sont exprimés sous la forme d'une relation pression-volume, qui s 'écrit de la manière suivante

On voit immédiatement que dans cette relation les paramètres sont au nombre de 4, à savoir RPét, VL,
Két et PIét.

Dans le cas d'une mesure, l'étape 137 sauvé- garde les couples de mesure temporairement (ils seront effacés à la mesure suivante, le cas écheant).

Ensuite, au pas 138, on corrige la mesure selon l'étalonnage : chaque couple (Pi, v.) est-transformé en (Pi*, v1), avec Pi = Pi - Piét (vi), où Pi et v,. représente la valeur de la relation (A) pour viét = vi.

Après le pas 138 de la figure 8, on passe au pas 139, qui consiste en une détermination des paramètres de la mesure que l'on va sauvegarder jusqu'a remise à zéro générale. Ces paramètres sont déterminés à partir de la relation suivante:

A partir de ces paramètres sauvegardés, on pourra ensuite, au pas 140, déterminerles grandeurs principales affectées à l'essai de chargement, à savoir le module pressiométrique normal E, la pression limite PL, la pression de fluage PF, et éventuellement la borne basse de pression, P0.

On s'intéressera maintenant aux principaux aspects de l'invention en ce qui concerne les operations des figures 7 et 8.

En ce qui concerne tout d'abord la figure 7, l'opération de stockage des informations-de pression à 30-et 60 secondes s'accompagne de pré férence d'un lissage par moyenne mobile, la valeur stockée étant obtenue par la moyenne de plusieurs mesures en cours ; cette moyenne peut être pondérée.

On s'intéressera maintenant à la détermination des paramètres en phase étalonnage 136 (équation A), ainsi qu'en phase mesure 139 (équation B),
Effectuer ces opérations sur le terrain pose un sérieux problème, car elles demandent une.capacité de traitement considérable.

Pour résoudre ce problème, la présente invention préconise l'adjonction au microprocesseur 10 d'une unité de calcul complémentaire 14, capable d'effectuer - une approximation hyperboliqùe, - une régression linéaire, sur cette approximation
hyperbolique.

Si nécessaire, on pourra également loger dans l'unité de calcul auxiliaire 14 les opérations de lissage par moyenne mobile.

La première étape consiste a ajuster la courbe correspondant a la relation B (ou ) sur les n points de mesure (ou d'étalonnage).

On remarquera que les relations empiriques
A et B sont comparables dans leur structure : terme(s) asymptotique(s), terme linéaire, et terme constant. On décrira donc ce qui concerne la mesure, le traitement en étalonnage étant le même avec seulement quatre paramètres au lieu de six
Selon l'invention, on détermine d'abord les asymptotes de la relation (B), c'est- -dire les valeurs
PL et PI, par comparaison de la courbe à deux branches d'hyperbole. On tient compte bien entendu, dans le choix des points, du fait que la zone des branches d'hyperbole est approximativement coimue à l'avance.Au voisinage de chaque asymptote (PI par exemple), on a RP
vi se comporte comme
PL - @
Une telle relation permet d'accéder à la valeur PI par exemple par l'expression

La régression linéaire effectuée ensuite s'écrit sous forme matricielle comme suit

ce que l'on notera [Y] = [X] # [A] * Bien entendu, or obtient I pour les trois premiers échan
tillons-couples non aberrants et Pli pour les trois derniers.

Il a été observé que l'on détermine aisément les quatre coefficients de la matrice A, avec ajustement aux moindres carrés, par la relation
A = [INV TRN(X) # X] # [ TRN(X) # Y ] où TRN(X) représente la matrice transposée de la matrice
X, et l'expression INV TRN(X).X représente la matrice inverse de la matrice carrée symétrique obtenue par produit matriciel de TRN(X) et X.

En termes développés, l'expression de A peut s'écrire

que l'on écrira
A = INV [C] . --n
On peut ainsi stocker . en mémoire l'elabo- ration des différents termes de la matrice carrée symé- trique C . S'agissant d'une matrice symétrique, son inversion est connue. . A fortiori, l'expression de
D se stocke aisément en mémoire.

Finalement, la solution proposée ci-dessus permet pour la première fois de réaliser, sur le terrain, l'ajustement hyperbolique, et par là de stocker en mémoire sauvegardée un nombre minimal de paramètres représentatifs (quatre pour l'étalonnage ; six pour la mesure), tout en assurant que ceux-ci représentent les essais de manière suffisamment,précisè pour que les n jeux de valeurs d'étalonnage (éventuellement de mesure) puissent être effacés de la mémoire de travail 13, et définitivement remplacés par les paramètres.

La seconde grande étape du traitement est la détermination des grandeurs représentatives de la mesure
E, PF, VF, PO, VO, et PL.

On prend pour cela la dérivée du module tangent:

dont on détermine le maximum et le minimum par le procédé classique de dichotomie, d'où les valeurs de pression correspondantes PO et PF; on en tire VO et VF par la relation (B). A cet égard, onnotera que le volume de 3 la sonde VREF est généralement fixé a 535 cm . On détermine ensuite le module pressiométrique normal par la relation

La pression limite conventionnelle PL est ensuite déterminée, par approximations successives, selon la relation (B) pour v i = VREF + 2.V0.

L'opérateur obtient alors l'affichage des grandeurs PO, PF, éventuellement Vg, VF, . ainsi que
EM et PL, calculées comme il vient d'être dit sur simple demande au clavier.

On voit immédiatement que l'opérateur obtient directement, sur le terrain, les grandeurs représen- tatives de l'essai, qui auparavant nécessitaient soit des manipulations de calcul élaborées effectuées à la main, soit un traitement effectue en temps différé. La présente invention apporte donc à cet égard des avantages substantiels.

On décrira maintenant un mode de réalisation préférentiel du circuit électronique de détection de la hauteur de liquide, en règle- générale -de l'eau, en référence à la figure 5.

En haut et à droite de la figure 5, on reconnaît en 310 un mode de réalisation du capteur C3 sous la forme d'une céramique piezs-electrique. Cette céramique est montée en parallèle sur un réseau série inductance L capacité C. Du côté de la.capacité est monté le dispositif d'excitation de la céramique.

Ce dispositif comporte un générateur d'impulsion 300, capable de définir des trains d'impulsions à la fréquence de 2 4Hz définie par une horloge, ces trains étant notés IMP+ et IMP-. Chaque train IMP+ est appliqué par l'intermédiaire d'un inverseur 301 et d'un transistor 302 comportant une résistance R1 entre base et émetteur, tandis que son collecteur va à travers une résistance R2 vers la base d'un transistor T2 du type PNP dont I1 émetteur est relié à une tension positive ainsi qu'à la base à travers une résistance R3, et dont le collecteur va vers le noient d'excitation déjà cité de la céramique.Une impulsion IMP+ va donc provoouer la mise sous tension de la céramique 310 à une fréquence de 1 MHZ pendant toute la durée de cette impulsion, c 'est-à-dire pendant 250 nanosecondes (un quart de période pour la céramique).

Chaque impulsion IMP+ est immédiatement suivie d'une impulsion IMP- qui provoque au contraire la mise à la masse de la céramique pendant:250 nanosecondes. L'impulsion IMP- est à cet effet appliquée par l'intermédiaire d'un inverseur 304 à un transistor 305 muni entre base et émetteur d'une résistance R4, et côté collecteur d'une série de deux résistances R5, R6 dont le point milieu est également relié au pôle de la céramique 310 situé du côté de la capacité
C.Le train d'impulsion IMP+ défini par la sortie du générateur 300 est également appliqué à deux compteurs 317 et 318, afin de déclencher le premier et de remettre à zéro le second, ces deux compteurs étant pulsés, en guide d'horloge, à la fréquence de 2MHz. Le compteur 317 a simplement pour objet de définir une durée d'interdiction de détection, à partir de la dernière impulsion
IMP+ reçue, cette durée étant de l'ordre de 10 à 20 microsecondes, et pouvant etre réglée. La sortie du compteur 317 est appliquée à une porte ET 316, qui ne sera donc validée qu'au terme de la durée réglable en question.

L'autre pôle de la céramique 310, du côté de l'inductance L, est relié d'une part à une diode
Zener Zl destinée à écrêter l'effet de la tension d'excitation sur les circuits de détection. Ce même point est également relié à un générateur de tension de référence 311, qui fixe à un potentiel par exemple égal à 2,5 Volts la tension de référence de -la céramique. On prélève alors les signaux détectés au point- commun. entre la capacité
C et l'inductance L, pour les appliquer par l'intermé- diaire d'une cellule d'écrêtage 312, constituée de deux résistances en série dont le point commun va à la masse à travers une diode Zener Z2 de 4,7 Volts, à l'entrée non-inverseuse d'un comparateur 314.Sur son entrée inverseuse, le comparateur 314 reçoit
ajustable une tension de référence/définie par un générateur 313, et légèrement supérieure à la tension de référence prévu cédente de 2,5 Volts Ainsi, par exemple, la tension du générateur 313 est fixée à 2,6 Volts. La sortie du com- parateur 314 est donc alors validée dès lors que la céramique va donner un signal prélevé supérieur de 0,1
Volt à la tension de référence qui lui est appliquée du côté de l'Inductance L.Ce signal de sortie du compara- teur 314, qui voit d'abord la cellule anti-parasite à résistance-capacité 315, est appliqué à la seconde entrée de la porte ET 316. Dès lors que le temps d'interdiction défini par le compteur 317 est écoulé, la porte ET 316 va être sensible à la sortie du comparateur 314, et l'arrivée en sortie de la céramique 310 d'un signal écho supérieur au seuil défini par la difierence entre les tensions de référence de 313 et de 311 est alors utilisée pour arrêter dans.le compteur 318 un comptage qui a été mis en route dès la première impulsion IMP+.On voit immédiatement que le compteur 318 va compter lue temps qui s'écoule entre la première impulsion
IMP+ et la première impulsion de l'écho qui va en résulter plus tard : on obtient de cette façon une mesure du temps de trajet des ondesukra-sonores entre le capteur
C3 et le haut du niveau de liquide (figure 2). Cette mesure de.temps de trajet permet d'accéder directement à la hauteur du liquide, puisque la vitesse de propagation des ultra-sons dans le liquide est connue. Enfin, la section droite de l'enceinte 12 étant constante, la même mesure est directement représentative du volume d'eau présent dans l'enceinte 12.

On remarquera que le montage illustré sur la figure 5 présente deux avantages - tout d'abord, à partir d'une tension d'excitation
réduite, il permet d'obtenir par une excitation
répétée à à l'aide d'impulsions alternées IMP+ et IMP
l'application d'une énergie importante à la céramique
310.

- ensuite, en utilisant deux générateurs de tension de
référence 311 et 313, on arrive à faire une détection
qui ne soit pas liée à la tension de masse, et soit
néanmoins fiable, de la manière qui vient d'être
décrite.

Pour une céramique excitée à 1 MHz, avec un comptage de temps à 2MHz, la précision obtenue est de + - 1mm environ, les deux generateurs de tension de référence étant compensés en température.

Comme précédemment indiqué, le montage de la figure 5 fonctionne sous le contrôle du microprocesseur, qui provoque le signal de déclenchement appliqué au générateur d'impulsions 300, et attend le retour de l'onde provoquant l'arrêt du comptage. De préférence, le microprocesseur vérifie également un certain nombre de conditions - deux mesures successives sont réalisées à chaque fois
et ne sont considérées comme correctes que si elles adonnent des résultats identiques à deux bits -près ;; - tout résultat supérieur à une valeur maximale n'est
pas pris en considération - une moyenne mobile est réalisée sur les résultats cor
rects - toute mesure qui n'est pas dans une fourchette de
- 50 z à + 70 % de la moyenne mobile est refusée, ce
filtrage n'étant cependant pas réalisé pendant les
n premières mesures, lors de la mise sous tension.

I1 parait utile de revenir maintenant sur les différentes fonctions auxiliaires permises par le clavier de la figure 6. Ces fonctions sont en particulier les suivantes - la touche P permet l'affichage de la pression princi
pale, ce qui est un retour au fonctionnement normal - la touche PD permet un affichage de la pression dif
férentielle ; - la touche V permet l'affichage du-volume ; - l'action successivement sur les touches RS et MES
permet l'initialisation d'une séquence d'acquisition
de données (pas 133 sur la figure 8);; - la seule action sur la touche MES permet le lancement
des mesures à 30 et 60 secondes après montée en pres
sion, c'est-à-dire le déclenchement de l'opération
de chronométrie mentionnée plus haut - l'action succesive sur les tquches MEM et RAP permet
une visualisation du premier des couples pression
volume
ensuite - la seule action sur la touche RAP permet/la visuali
sation des mesures suivantes, une à une, - l'action double sur les touches MEM et PLE perme-t
le calcul des coefficients d'étalonnage de la sonde - l'action sur la touche CAL permet le calcul des
coefficients E PO PL et PF - enfin, l'action sur la touche E/P permet la visua
lisation des coefficients en question.

Bien entendu, on prévoit également une touche ASN qui vise simplement annuler l'intervention de la touche précédemment actionnée. Un voyant 51 indique à chaque fois si l'action sur la touche au clavier a été perçue par le microprocesseur.

En ce qui concerne l'affichage 40, on se rappellera que les chiffres 400 sont normalement relatifs à la pression principale, tandis que les voyants 420 et 421 indiquent qu'il s'agit éventuellement de la pression différentielle ou du volume. Un voyant 422 s'allume si est affichée une grandeur A, représentative de la pression d'étalonnage pour le volume de référence VREF.

En cas de remise à zero générale est allumé le voyant 423.

Enfin, pour l'affichage des mesures finales E PL PF et PO sont allumés respectivement les voyants 424 à 427.

Bien entendu, la présente invention n' est pas limitée au mode de réalisation décrit et s'étend à toute variante conforme à son esprit.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de commande de surface, destiné à être relié, pour essais de sols et de roches in situ, à une sonde comportant au moins une cellule dilatable, gonflable par pression de liquide, ledit dispositif de commande comprenant - au moins une enceinte volumétrique, - des moyens capables d'alimenter en liquide cette

enceinte volumétrique, la sonde et la tubulure qui

les relie, - des moyens capables dlappliquer une pression gazeuse

réglable à l'enceinte volumétrique, au-dessus du

liquide qu'elle continent, et - des moyens capables de détecter la pression dans

l'enceinte volumétrique, caractérisé par 1e fait que les moyens de détection de pression sont agencés pour fournir une sortie numérique en échantillons-pression (Pi), de même que l'enceinte volumétrique est associée à un circuit détecteur de hauteur de liquide à sortie numérique en échantillons- volume (vi) deux échantillons, pression et volume, cor respondants définissant un échantillon-couple, par le fait que le dispositif de commande comporte en outre une unité de traitement avec au moins une mémoire de programme et au moins une mémoire de données sauvegardée, par le fait que l'unité de traitement est capable des opérations de calcul courantes, ainsi que d'une régres- sion linéaire, au moins @@@, et d'une interpolation hyperbolique, par le tant que la mémoire de programme est agencé pour solliciter l'unité de traitement afin de réaliser les opérations suivantes a) établir et mettre en mémoire sauvegardée une repré

sentation numérique de courbe d'étalonnage, pour

laquelle la sonde est montée libre, à l'extérieur du

sol, sensiblement au même niveau que le dispositif

de commande, b) établir et mettre en mémoire sauvegardée une repré

sentation numérique de courbe de mesure après recti

fication d'étalonnage, pour la sonde enterrée, et c) déterminer numériquement l'intervalle de mesure

normal (PF' VF , PO, vO) le module pressiométrique

normal

Pi pour vi = VREF + 2 . v0.

et enfin la pression limite conventionnelle

2. Dispositif selon la revendication I, caractérisé par le fait que pour déterminer l'intervalle de mesure normal , on recherche les points d'inflexion de la derivée . de la-courbe de mesure.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'opération a) comprend la recherche des paramètres de la relation suivante

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'opération b) comprend la transformation de chaque échantillon-couple (Pit vi) en (Pi - Piét, vi) Piét étant la pression de la courbe d'étalonnage pour vi, suivie de la recherche des paramètres de la relation suivante

Két, PIét ; RP, RE, K, VI).

5.Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la recherche des paramètres comprend la détermination de la ou des asymptotes (VL ; PL, PI), par comparaison de la courbe à au moins une branche d'hyperbole, puis par régression linéaire, la détermination des coefficients restants (Rpét,

6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le capteur de pression est du type à semi-conducteurs, et que la mémoire de programme est apte à une initialisation comportant lecture numérique du capteur à pression nulle, ladite lecture étant ultérieurement soustraite des échantillons de pression obtenus en étalonnage et/ou en mesure.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la mémoire de programme est agencée pour faire une mesure à 30 secondes et 60 secondes après chaque saut de pression.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que, la sonde étant du type tri-cellulaire avec deux cellules de garde disposées de part et d'autre de la cellule centrale, il est prévu un second capteur de pression affecté à détecter la pression d'un système gazeux relié aux cellules de garde.

9. Dispositif selon la revendication 8 prise en dépendance de la revendication 7, caractérisé par le fait qu'un signal numérique de pression différentiél formé par soustraction des sorties des deux capteurs de pression est compare à une valeur de référence pour apprécier la fiabilité de chaque mesure.

10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte un affichage numérique et un clavier, l'affichage donnant normalement la pression en- cours, et sur commande le volume.

11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le circuit de mesure de hauteur d'eau comprend un transducteur à ultra-sons (310), des moyens (300 à 305) pour exciter répétitivement et alternativement celui-ci à fréquence prédéterminée, des moyens (312-315) pour détecter les signaux échos, et des moyens (316, 317, 318) pour compter le temps écoulé entre l'excitation et l'écho, la valeur numérique de ce temps représentant le volume de liquide compris dans l'enceinte volumétrique.

12. Dispositif selon la revendication 11, carac- térisé par le fait que les moyens d'excitation (300 à 305) définissent un train d'impulsions à la fréquence propre du transducteur (310), ce train intervenant alternativement pour exciter et bloquer celui-ci.

13. Dispositif selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé par le fait que le pôle de céra trique (310) opposé à l'excitation est relié à un générateur (311) de tension de référence, tandis que les moyens de détection (312 à 3.15) comportent une comparaison (314) à une tension de référence plus importante.