FR2680870A1 - Device making it possible to determine a horizontal direction - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif permettant de déterminer une horizontale
La présente invention concerne les dispositifs permettant de déterminer une horizontale dans un lieu soumis à un champ de gravitation, d'une façon générale les dispositifs que les techniciens connaissent sous la dénomination de "niveaux".Device for determining a horizontal
The present invention relates to devices for determining a horizontal in a place subject to a gravitational field, in general the devices that technicians know under the name of "levels".
Pour déterminer une horizontale, il existe de nombreux dispositifs dont la précision est très variable. On peut tout d'abord citer le niveau à bulle qui ne permet de déterminer une horizontale que sur une faible distance, et le dispositif utilisant les vases catrtaicants et permettant en théorie'de déterminer une horizontale sur une plus grande distance. To determine a horizontal, there are many devices whose precision is very variable. We can first of all cite the spirit level which only allows a horizontal to be determined over a short distance, and the device using catrtaicants and allowing in theory to determine a horizontal over a greater distance.
On peut ensuite citer différents dispositifs du type électronique qui combinent les phénomènes de la gravitation et de la propagation rectiligne de la lumière donnée, par exemple, par un générateur de faisceaux lumineux cohérents tel qu'un générateur laser. Mention may then be made of various devices of the electronic type which combine the phenomena of gravitation and of the rectilinear propagation of the light given, for example, by a generator of coherent light beams such as a laser generator.
Ce dernier type de dispositif permet d'atteindre de bonnes précisions sur des distances relativement importantes. Il présente cependant deux inconvénients majeurs : son prix de revient et le fait de ne pouvoir vraiment être utilisé que pour déterminer des horizontales en lignes droites entre des points situés dans un espace ne présentant aucun obstacle à la propagation des ondes lumineuses.The latter type of device makes it possible to achieve good precision over relatively large distances. However, it has two major drawbacks: its cost price and the fact that it can only really be used to determine horizontal lines in straight lines between points located in a space presenting no obstacle to the propagation of light waves.
Par contre, le dispositif utilisant les vases communicants est très pratique pour déterminer des points situés dans un meme plan horizontal, meme si ces points ne sont pas en vision directe les uns par rapport aux autres. Tel est le cas de la détermination d'une ligne courbe dans un plan horizontal, par exemple une ligne horizontale sur la paroi d'un tunnel présentant une courbure importante. Cependant, les mesures effectuées à l'aide de ce dispositif manquent de précision, ce qui, dans certains cas, peut être un grave inconvénient. On the other hand, the device using the communicating vessels is very practical for determining points situated in the same horizontal plane, even if these points are not in direct vision with respect to each other. This is the case for the determination of a curved line in a horizontal plane, for example a horizontal line on the wall of a tunnel having a significant curvature. However, measurements made using this device lack accuracy, which in some cases can be a serious drawback.
La présente invention a pour but de réaliser un dispositif permettant de déterminer une horizontale dans un lieu soumis à un champ de gravitation, dont le fonctionnement utilise le principe des vases communicants et donne des résultats dlune précision très supérieure à celle des dispositifs de l'art antérieur sans pour autant perdre leurs avantages, par exemple la détermination d' une longue courbe horizontale passant par des points qui ne sont pas en vision directe les uns par rapport aux autres. The present invention aims to achieve a device for determining a horizontal in a place subject to a gravitational field, whose operation uses the principle of communicating vases and gives results dlune precision much higher than that of the devices of the art without losing their advantages, for example the determination of a long horizontal curve passing through points which are not in direct vision with respect to each other.
Plus précisément/ la présente invention a pour objet un dispositif permettant de déterminer une horizontale en un lieu soumis à un champ de gravitation, comportant deux vases, un premier conduit reliant sensiblement le fond des deux vases, un liquide apte à remplir ledit premier conduit et, partiellement, les deux dits vases, caractérisé par le fait qu' il comporte en outre
deux capteurs optoélectroniques de distance solidaires respectivement du sommet des deux dits vases, lesdits capteurs étant aptes à délivrer à leur sortie, respectivement un premier et un deuxième signal fonction de la distance comprise entre leur surface d'émission et le dioptre de séparation entre le liquide et le milieu ambiant dudit lieu, et
un organe de traitement électronique dont les entrées sont respectivement reliées aux sorties des deux dits capteurs, ledit organe de traitement étant apte à délivrer à sa sortie un troisième signal fonction du résultat de la comparaison des deux dits premier et deuxième signaux.More specifically / the subject of the present invention is a device making it possible to determine a horizontal in a place subjected to a gravitational field, comprising two vases, a first conduit substantially connecting the bottom of the two vases, a liquid capable of filling said first conduit and , partially, the two so-called vases, characterized in that it also comprises
two optoelectronic distance sensors respectively secured to the top of the two said vases, said sensors being capable of delivering at their output, respectively a first and a second signal depending on the distance between their emission surface and the separation diopter between the liquid and the ambient environment of said place, and
an electronic processing unit, the inputs of which are respectively connected to the outputs of the two said sensors, said processing unit being capable of delivering at its output a third signal which is a function of the result of the comparison of the two said first and second signals.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels
La Figure 1 représente, sous forme schématique, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, et
La Figure 2 représente, sous forme schématique partielle, un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will appear during the following description given with reference to the accompanying drawings by way of illustration but in no way limitative, in which
FIG. 1 represents, in schematic form, an embodiment of the device according to the invention, and
Figure 2 shows, in partial schematic form, another embodiment of the device according to the invention.
Les figures 1 et 2 représentent deux modes de réalisation du dispositif différents. Cependant, dans un souci de simplification, des moyens identiques portent les mêmes références sur les deux figures. Figures 1 and 2 show two different embodiments of the device. However, for the sake of simplification, identical means have the same references in the two figures.
La figure 1 représente un dispositif l permettant de déterminer au moins une horizontale 2 en un lieu soumis à un champ de gravitation cortire, par exemple, celui qui règne à la surface du globe terrestre. FIG. 1 represents a device l making it possible to determine at least one horizontal 2 in a place subjected to a cortical gravitational field, for example, that which prevails on the surface of the terrestrial globe.
Ce dispositif comporte deux vases 3 et 4, un premier conduit 5 reliant sensiblement le fond 6, 7 des deux vases, et un liquide 8 apte à remplir le premier conduit 5 et, partiellement, les deux vases. Le conduit 5 est par exemple en un caoutchouc relativement souple mais rigide pour ne pas s'écraser ou se pincer. This device comprises two vessels 3 and 4, a first conduit 5 substantially connecting the bottom 6, 7 of the two vessels, and a liquid 8 capable of filling the first conduit 5 and, partially, the two vessels. The conduit 5 is for example made of a relatively flexible but rigid rubber so as not to crush or pinch.
Le dispositif comporte en outre deux capteurs optoélectroniques de distance 9, 10 solidaires respectivement du sommet 11, 12 des deux vases. Ces deux capteurs sont aptes à délivrer à leur sortie 13, 14, respectivement un premier et un deuxième signal fonction de la distance comprise entre leur surface d'émission 15, 16 et le diopptre de séparation 17, 18 entre le liquide 8 et le milieu ambiant 19 du lieu dans lequel se trouve ce dispositif. The device further comprises two optoelectronic distance sensors 9, 10 secured respectively to the apex 11, 12 of the two vessels. These two sensors are capable of delivering at their output 13, 14, respectively a first and a second signal as a function of the distance between their emission surface 15, 16 and the separation diaphragm 17, 18 between the liquid 8 and the medium. ambient 19 of the place in which this device is located.
La structure de ces capteurs optoélectroniques de distance 9, 10 dépend bien sûr de la méthode de mesure choisie : p par triangulation, rétroréflexion, interférométrie, etc. Toutes ces structures sont bien connues en elles-memes et ne seront donc pas décrites ici. Cependant, lorsque les détecteurs utilisent la réflexion d'un faisceau lumineux sur les dioptres 17, 18, pour accroître cette réflexion, il pourra être avantageusement prévu un petit flotteur ayant une surface réfléchissante canone un miroir, un coin-cube, un prisme ou analogue. The structure of these optoelectronic distance sensors 9, 10 depends of course on the measurement method chosen: p by triangulation, retroreflection, interferometry, etc. All these structures are well known in themselves and will therefore not be described here. However, when the detectors use the reflection of a light beam on the dioptres 17, 18, in order to increase this reflection, it may be advantageously provided for a small float having a reflecting surface canone a mirror, a cube corner, a prism or the like .
Pour pouvoir éventuellement observer les dioptres 17, 18, par exemple visuellement, par rapport à des points de référence, la paroi des deux vases comporte au moins une fenêtre de transparence, ou bien la paroi est elle-même en un matériau transparent carme du verre. In order to be able to possibly observe the diopters 17, 18, for example visually, with respect to reference points, the wall of the two vases comprises at least one transparency window, or else the wall itself is made of a transparent material like glass. .
Cependant, de façon préférentielle, le dispositif comporte deux index de référence 41, 42 associés chacun à un vase 3, 4 en y étant fixé de façon déterminée. Ces index peuvent être de tout type, mais avantageusement constitués par des lunettes de visée solidaires des vases 3 et 4. However, preferably, the device comprises two reference indexes 41, 42 each associated with a vase 3, 4 by being fixedly fixed thereto. These indexes can be of any type, but advantageously consist of sight glasses integral with the vases 3 and 4.
Le dipositif comporte en outre un organe de traitement électronique 20 dont les entrées 21, 22 sont respectivement reliées aux sorties 13, 14 des deux capteurs 9, 10. I1 est apte à délivrer à sa sortie 23 un troisième signal fonction du résultat de la can93araison des deux premier et deuxième signaux. Avantageusement, la sortie 23 est reliée à l'entrée 24 d'un afficheur 25. The device also comprises an electronic processing member 20 whose inputs 21, 22 are respectively connected to the outputs 13, 14 of the two sensors 9, 10. I1 is capable of delivering at its output 23 a third signal depending on the result of the can93araison of the first and second signals. Advantageously, the output 23 is connected to the input 24 of a display 25.
Dans une réalisation avantageuse le liquide 8 est un liquide de forte densité, par exemple du mercure. In an advantageous embodiment, the liquid 8 is a high density liquid, for example mercury.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte une enveloppe 26 entourant le premier conduit 5 et au moins partiellement le bas 27, 28 des deux vases 3, 4, et un circuit d'alimentation 29 en un fluide 30, dont les extrémités 31, 32 sont respectivement connectées à l'enveloppe 26 en au moins deux points différents, pour former un circuit continu de circulation du fluide 30. Cette enveloppe est constituée par une gaine souple mais rigide, par exemple avec une armature métallique de forme hélicoldale disposée autour du premier conduit 5 et maintenue à distance tout autour, par exemple par des entretoises 33. According to another characteristic of the invention, the device comprises an envelope 26 surrounding the first conduit 5 and at least partially the bottom 27, 28 of the two vessels 3, 4, and a supply circuit 29 in a fluid 30, the ends 31, 32 are respectively connected to the casing 26 at at least two different points, to form a continuous circuit for circulation of the fluid 30. This casing is constituted by a flexible but rigid sheath, for example with a metal frame of helical shape disposed around the first duct 5 and kept at a distance all around, for example by spacers 33.
Dans un mode de réalisation avantageux, une première extremité 31 du circuit d'alimentation 29 est connectée à l'enveloppe 26 en deux premier 34 et deuxième 35 points situés sensiblement au niveau des parties 36, 37 de l'enveloppe entourant respectivement les deux vases 3, 4, la seconde extrémité 31 du circuit d'alimentation étant connectée à l'enveloppe en un troisième point 38 situé sensiblement à égale distance des deux premier 34 et deuxième 35 points. In an advantageous embodiment, a first end 31 of the supply circuit 29 is connected to the casing 26 at two first 34 and second 35 points located substantially at the parts 36, 37 of the casing respectively surrounding the two vases 3, 4, the second end 31 of the supply circuit being connected to the casing at a third point 38 located substantially equidistant from the first two 34 and second 35 points.
Le circuit d'alimentation 29 comporte avantageusement une réserve tampon 39 et une pompe de circulation 40 du fluide 30 dans l'enveloppe 26. Ce fluide est par exemple à base d'eau qui est le fluide le plus courant et le moins onéreux. The supply circuit 29 advantageously comprises a buffer reserve 39 and a pump 40 for circulating the fluid 30 in the casing 26. This fluid is for example based on water which is the most common and least expensive fluid.
Le dispositif décrit ci-dessus s'utilise et fonctionne de la façon suivante
Tout d'abord, on place les deux vases l'un à côté de l'autre de façon que les index de référence 41, 42 respectivement associés à chaque vase soient en co mcidence sur le point de référence par lequel doit passer la courbe horizontale à déterminer, et on procède à la mise en circulation du fluide 30 de façon à homogénéiser la température des deux vases et du premier conduit, et en connséquence du liquide 8.The device described above is used and operates as follows
First, the two vases are placed next to each other so that the reference indexes 41, 42 respectively associated with each vase are in coincidence on the reference point through which the horizontal curve must pass to be determined, and the fluid 30 is put into circulation so as to homogenize the temperature of the two vessels and of the first conduit, and consequently of the liquid 8.
Par le principe bien connu des vases ccmmunicants, les deux dioptres de séparation 17, 18 dans les deux vases se placent dans un meme plan horizontal. By the well-known principle of communicating vases, the two separation diopters 17, 18 in the two vases are placed in the same horizontal plane.
Les premier et deuxième signaux émis par les deux capteurs sont comparés dans l'organe de traitement, par exemple et avantageusement par différence de leurs valeurs. Cette différence constitue le troisième signal dont la valeur peut être lue sur l'afficheur 25, par exemple du type digital, et, commis explicite ci-après, va servir de référence pour les mesures suivantes. The first and second signals emitted by the two sensors are compared in the processing unit, for example and advantageously by difference of their values. This difference constitutes the third signal, the value of which can be read on the display 25, for example of the digital type, and, made explicit below, will serve as a reference for the following measurements.
En effet, si les vases sont éloignés l'un de l'autre tout en maintenant l'un d'eux de façon que son index coïncide toujours avec le point de référence, et si le second vase est positionné de façon que la valeur du troisième signal émis par l'organe de traitement soit égale à la valeur de référence obtenue lorsque les deux index étaient en colncidence, on en déduit que les deux index se trouvent bien sur une horizontale passant par le point de référence puisque, par principe, les dioptres 17, 18 sont toujours dans un meme plan horizontal,
En conséquence, il suffit donc de déplacer l'un des deux vases dans l'espace dans lequel doit être déterminée la courbe horizontale passant par le point de référence sur lequel est maintenu en place l'index de référence du premier vase, et de repérer, à chaque fois, la position de 1' index du second vase correspondant à celle pour laquelle le signal délivré par 1' organe de traitement a la même valeur que le troisième signal de référence défini ci-dessus, ce qui peut être constaté sur l'afficheur. L'ensemble des positions de 1' index du second vase ainsi déterminées définit la courbe horizontale cherchée.Indeed, if the vases are distant from each other while maintaining one of them so that its index always coincides with the reference point, and if the second vase is positioned so that the value of third signal emitted by the processing unit is equal to the reference value obtained when the two indexes were in coincidence, it is deduced therefrom that the two indexes are indeed on a horizontal passing through the reference point since, in principle, the dioptres 17, 18 are always in the same horizontal plane,
Consequently, it suffices to move one of the two vases in the space in which the horizontal curve passing through the reference point on which the reference index of the first vase is held is to be determined, and to locate , each time, the position of the index of the second vessel corresponding to that for which the signal delivered by the processing unit has the same value as the third reference signal defined above, which can be seen on the 'display. The set of positions of the index of the second vase thus determined defines the desired horizontal curve.
La description du fonctionnement du dispositif selon l'invention met en évidence les avantages d'un tel dispositif. The description of the operation of the device according to the invention highlights the advantages of such a device.
Les opérations effectuées après la détermination du signal de référence peuvent être répétées de ombreuses fois, même en des points qui ne sont pas en vision directe avec le point de référence et qui sont distants de ce point de plusieurs dizaines de mètres, voire même des centaines, comme par exemple dans des tunnels courbes. The operations carried out after the determination of the reference signal can be repeated many times, even at points which are not in direct vision with the reference point and which are distant from this point by several tens of meters, or even hundreds , as for example in curved tunnels.
Si la température ambiante varie dans le temps ou si elle n'est pas la même pour les deux vases qui peuvent être situés en des endroits relativement éloignés l'un de l'autre, et même si la température du second fluide varie, la circulation de ce second fluide permet de maintenir le premier fluide à une température homogène dans les deux vases et le premier conduit.De cette façon, même si, par suite d'un changement de température, les dioptres s'éloignent ou se rapprochent des capteurs, ils sont toujours rigoureusement dans un même plan horizontal et, si les deux index sont maintenus au niveau défini par celui du point de référence, le troisième signal garde la même valeur, ctest-à-dire la valeur de référence, car il est obtenu par différence des deux premier et deuxième signaux qui varient linéairement dans le cas d'une variation de température comme explicité ci-dessus. If the ambient temperature varies over time or if it is not the same for the two vases which can be located in places relatively distant from each other, and even if the temperature of the second fluid varies, the circulation of this second fluid makes it possible to maintain the first fluid at a uniform temperature in the two vessels and the first conduit. In this way, even if, as a result of a change in temperature, the diopters move away or approach the sensors, they are always strictly in the same horizontal plane and, if the two indexes are maintained at the level defined by that of the reference point, the third signal keeps the same value, that is to say the reference value, because it is obtained by difference of the two first and second signals which vary linearly in the case of a temperature variation as explained above.
Le dispositif tel que décrit ci-dessus fonctionne, bien entendu, si les pressions au-dessus des dioptres 17 et 18 ont la même valeur. Ceci peut être obtenu en ouvrant les sommets des deux vases 3 et 4 pour que les deux dioptres soient soumis à la pression atmosphérique qui est la même en tout point d'une meme horizontale pour la distance maximale dont peuvent être séparés ces deux vases. The device as described above works, of course, if the pressures above the diopters 17 and 18 have the same value. This can be obtained by opening the tops of the two vases 3 and 4 so that the two dioptres are subjected to atmospheric pressure which is the same at any point on the same horizontal for the maximum distance from which these two vases can be separated.
Cependant, comme mentionné ci-dessus, le liquide 8 utilisé pour remplir le premier conduit 5 est généralement du mercure qui s'oxyde très facilement lorsqu'il est au contact de l'atmosphère ambiante. Pour pallier cet inconvénient, on peut réaliser un dispositif comme celui illustré partiellement sur la figure 2. However, as mentioned above, the liquid 8 used to fill the first conduit 5 is generally mercury which oxidizes very easily when it is in contact with the ambient atmosphere. To overcome this drawback, a device like the one partially illustrated in FIG. 2 can be produced.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif comprend un conduit 53 sans perte de charge, ctest-à-dire d'un diamètre intérieur suffisant, qui relie la sortie 57 d'une réserve de gaz neutre 54, par exemple de l'azote, à deux entrées 51 et 52 situées respectivement aux sommets 11 et 12 des deux vases fermés 3 et 4. In this embodiment, the device comprises a conduit 53 without pressure drop, that is to say of a sufficient internal diameter, which connects the outlet 57 of a reserve of neutral gas 54, for example nitrogen, with two entrances 51 and 52 located respectively at the vertices 11 and 12 of the two closed vessels 3 and 4.
Bien entendu, ces deux vases comporteront alors avantageusement des moyens de purge, non représentés pour la simplification des dessins, pour éliminer tout gaz parasite susceptible d'oxyder le mercure de façon que, au-dessus des dioptres 17 et 18, ne règne qu'une atmosphère inerte donnée par le gaz neutre à la pression de sortie de la réserve 54,
De plus et avantageusement, le conduit 5 comporte deux vannes 55, 56 respectivement disposées à proximité des fonds 6 et 7 des deux vases 3 et 4 pour pouvoir, si nécessaire, emprisonner la colonne de liquide comprise dans ce conduit 5. Cette caractéristique est avantageuse lorsqu'il est nécessaire de déplacer un vase par rapport à l'autre, car elle évite un éventuel débordement d'un vase si celui-ci se trouve à un niveau inférieur à l'autre, ainsi que la mise en oscillations de la colonne de liquide dont l'amortissement est long à obtenir, surtout si ce liquide est du mercure. Of course, these two vases will then advantageously include purging means, not shown for the simplification of the drawings, to eliminate any parasitic gas liable to oxidize the mercury so that, above the dioptres 17 and 18, reigns only an inert atmosphere given by the neutral gas at the pressure leaving the reserve 54,
In addition and advantageously, the conduit 5 comprises two valves 55, 56 respectively arranged near the bottoms 6 and 7 of the two vessels 3 and 4 so as to be able, if necessary, to trap the column of liquid included in this conduit 5. This characteristic is advantageous when it is necessary to move one vase relative to the other, because it avoids a possible overflow of one vase if it is at a level lower than the other, as well as the oscillation of the column of liquid whose amortization takes a long time to obtain, especially if this liquid is mercury.
Claims (11)
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FR9110637A FR2680870A1 (en) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | Device making it possible to determine a horizontal direction |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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ST | Notification of lapse |