SYSTEME DE MESURE DE CONTRAINTES AUTONOME L'invention porte sur un système de mesure de contraintes sans apport de courant, capable de transmettre, sans fil, des données en temps réel, de stocker et de transmettre la valeur de contrainte maxi détectée. Ce système de mesure permet aussi d'être discriminé parmi plusieurs systèmes identiques, donc localisé. Les mesures de contraintes permettent des mesures de grandeurs physiques telles que, micro déformations, effort, température, pression, selon leur emplacement sur un corps de référence. DESCRIPTION 1 Des systèmes de mesure sans apport de courant sont connus sous la dénomination américaine SAW pour Surface Accoustic Waves. Le principe a été décrit pour la première fois en 1885 par Lord Rayleigh, il est rappelé en figure 1. L'apport d'énergie est constitué par une excitation par une onde radio fréquence possédant une certaine largeur de bande reçue sur un premier réflecteur récepteur. Cet apport d'énergie est transformé en onde acoustique par le substrat piézoélectrique à une fréquence propre proche de la fréquence d'excitation. L'onde acoustique se déplace le long du substrat et transmet à son tour une énergie à un second réflecteur émetteur. Une antenne en sortie permet de récupérer un signal RF. La fréquence d'excitation est par exemple centrée sur 2,45 GHz. L'invention utilise ce principe pour mesurer des contraintes en collant le substrat piézoélectrique sur un matériau soumis à des contraintes, donc des micro déformations qui vont modifier la fréquence propre. Ces modifications de fréquence reflètent directement les variations de contrainte, de température ou de pression selon la disposition du capteur et ce qu'on souhaite mesurer. Dans le cas où plusieurs de ces jauges sont placées dans le champ d'apport d'énergie, leur réponse en fréquence doit être différente pour discriminer chacune des jauges. Cette solution trouve rapidement ses limites lorsque l'on veut une multitude de jauges et une fréquence d'excitation unique. L'invention propose de placer sur chaque jauge plusieurs (p) réflecteurs possédant chacun une fréquence propre différente f, parmi un nombre prédéterminé (n) de fréquences utilisables dans la bande de la fréquence d'excitation F. Une déformation du capteur par exemple sous l'effet d'une contrainte modifie légèrement la fréquence propre de chaque réflecteur à l'intérieur d'une plage de fréquences. Une plage d'une fréquence ne doit pas déborder sur les plages des fréquences voisines de façon à rester distincte des autres fréquences. Par exemple : Plage 1 : de f0 à f0 + delta-f, Plage 2 : de fl à fl + delta-f avec fl > f0 + delta-f, Plage 3 : de f2 à f2 + delta-f avec f2 > fl + delta-f, Etc. Chaque émetteur transmet à l'intérieur d'une plage de fréquence centrée sur sa fréquence de référence. La détermination du nombre de plages disponibles dépend notamment du delta-f et de la bande passante de signal d'apport. The invention relates to a current-less constraint measurement system capable of wirelessly transmitting real-time data, storing and transmitting the detected maximum stress value. This measurement system also allows to be discriminated among several identical systems, so localized. Stress measurements allow measurements of physical quantities such as, micro deformations, stress, temperature, pressure, depending on their location on a reference body. DESCRIPTION 1 Current-less measurement systems are known by the US SAW name for Surface Accoustic Waves. The principle was described for the first time in 1885 by Lord Rayleigh, it is recalled in Figure 1. The energy input is constituted by an excitation by a radio frequency wave having a certain bandwidth received on a first receiver reflector . This energy input is transformed into an acoustic wave by the piezoelectric substrate at a natural frequency close to the excitation frequency. The acoustic wave travels along the substrate and in turn transmits energy to a second emitter reflector. An output antenna is used to recover an RF signal. The excitation frequency is for example centered on 2.45 GHz. The invention uses this principle to measure stresses by bonding the piezoelectric substrate on a material subjected to stresses, and thus micro-deformations which will modify the natural frequency. These frequency changes directly reflect the variations in stress, temperature or pressure depending on the arrangement of the sensor and what one wishes to measure. In the case where several of these gauges are placed in the energy supply field, their frequency response must be different to discriminate each of the gauges. This solution quickly finds its limits when one wants a multitude of gauges and a unique excitation frequency. The invention proposes to place on each gauge several (p) reflectors each having a different natural frequency f, from a predetermined number (n) of frequencies usable in the band of the excitation frequency F. A deformation of the sensor for example under the effect of a constraint slightly modifies the natural frequency of each reflector within a range of frequencies. A range of one frequency may not overlap the neighboring frequency ranges so as to remain distinct from other frequencies. For example: Range 1: from f0 to f0 + delta-f, Range 2: from fl to fl + delta-f with fl> f0 + delta-f, Range 3: from f2 to f2 + delta-f with f2> fl + delta-f, Etc. Each transmitter transmits within a frequency range centered on its reference frequency. The determination of the number of available ranges depends in particular on the delta-f and the input signal bandwidth.
Chaque jauge doit comporter une combinaison unique de fréquences propres. Exemple. Imaginons une bande de fréquence où 10 plages de fréquences sont disponibles, sans chevauchement d'une plage sur l'autre, et 3 réflecteurs par jauge dont la séquence est unique. Fréquences : fo, fl, f2, f3, f4, f5, f6, f7, f8, f9 Jauge 1 : f0, fl, f2 Jauge 2 : f0, fl, f3 Jauge 3 : f0, fl, f4 Jauge 8 : f0, fl, f9 Jauge 9 : f0, f2, f3 Et ainsi de suite. Par exemple : La jauge 1 est soumise à une contrainte, les fréquences f0, fl et f2 se décalent en f0+3' f1+3' f2+3,. La jauge 2 n'est soumise à aucune contrainte. La jauge 3 est soumise à une contrainte, les fréquences f0, fl, et f4 se décalent en f0+8, f1+8, f4+15. Le récepteur qui scanne les fréquences émises passe de l'état 1 à l'état 2 comme représenté en figure 2. Dans cette figure les écarts A et Ô sont représentés comme étant positifs, mais les écarts à la fréquence propre peuvent être négatifs. Etat 1 : on a les fréquences f0, fl, f2, f3 et f4. Etat 2 : on a les fréquences f0, f0+8, f0+3' fl, f1+8, f1+3' f2+8, f3, f4+3,. Jauge 1 avec contrainte : fréquences f0+8, f1+8, f2+15 (en gris). Jauge 2 : sans contrainte : fréquences f0, fl, f3 (en blanc). Jauge 3 avec contrainte : fréquences f0+3' f1+3' f4+3, (en noir). La combinaison des fréquences mesurées dans chaque plage permet d'identifier de façon unique les jauges qui ont émis ces fréquences, à l'exception de la situation sans contrainte où seule les fréquences de référence sont observées. On voit que l'une des conditions du fonctionnement du système est que les plages ne se chevauchent pas. Avantageusement le décalage en fréquence provoqué par une contrainte sur une jauge est identique pour chaque plage de fréquence. Si ce n'est pas le cas (par exemple à cause de réponses non linéaires), l'identification des jauges est encore possible à condition que ces non linéarités soient connues. Le nombre de jauges discernables est de 0103 = 120 alors qu'avec une fréquence unique par jauge il n'est possible de discerner que 10 jauges. Si l'on imprime 4 fréquences sur 10 sur chaque jauges l'on peut alors discerner 0104 = 210 jauges De façon plus générale, l'invention couvre également un procédé de détermination des contraintes subies par plusieurs jauges en distinguant chaque jauge avec une seule fréquence d'excitation F possédant une largeur de bande. Les jauges émettent chacune plusieurs fréquences (p) parmi plusieurs fréquences (n) prédéterminées à l'intérieur de la bande de fréquence. Le procédé comporte les étapes suivantes : - exciter les jauges avec la fréquence F, - recevoir les fréquences émises en réponse par chaque réflecteur de chaque jauge, - calculer les décalages en fréquence pour chacune de ces fréquences et les attribuer aux fréquences de référence, - attribuer à chaque jauge les décalages en fréquence de ses réflecteurs, - calculer la contrainte subie par chaque jauge. Each gauge must have a unique combination of eigenfrequencies. Example. Imagine a frequency band where 10 frequency ranges are available, without overlapping one range on the other, and 3 reflectors per gauge whose sequence is unique. Frequencies: fo, fl, f2, f3, f4, f5, f6, f7, f8, f9 Gauge 1: f0, fl, f2 Gauge 2: f0, fl, f3 Gauge 3: f0, fl, f4 Gauge 8: f0, fl, f9 Gauge 9: f0, f2, f3 And so on. For example: The gauge 1 is stressed, the frequencies f0, f1 and f2 are shifted to f0 + 3 'f1 + 3' f2 + 3,. Gauge 2 is not subject to any constraints. Gauge 3 is stressed, the frequencies f0, f1 and f4 are shifted to f0 + 8, f1 + 8, f4 + 15. The receiver that scans the transmitted frequencies goes from state 1 to state 2 as shown in FIG. 2. In this figure the differences A and Ô are represented as being positive, but the deviations to the natural frequency can be negative. State 1: we have the frequencies f0, fl, f2, f3 and f4. State 2: We have the frequencies f0, f0 + 8, f0 + 3 ', f1 + 8, f1 + 3' f2 + 8, f3, f4 + 3,. Gauge 1 with constraint: frequencies f0 + 8, f1 + 8, f2 + 15 (in gray). Gauge 2: without constraint: frequencies f0, fl, f3 (in white). Gauge 3 with constraint: frequencies f0 + 3 'f1 + 3' f4 + 3, (in black). The combination of the frequencies measured in each range makes it possible to uniquely identify the gauges that emitted these frequencies, with the exception of the situation without constraint where only the reference frequencies are observed. It can be seen that one of the conditions of operation of the system is that the beaches do not overlap. Advantageously, the frequency offset caused by a constraint on a gauge is identical for each frequency range. If this is not the case (for example because of nonlinear responses), the identification of the gauges is still possible provided that these nonlinearities are known. The number of discernible gauges is 0103 = 120 whereas with a single frequency per gauge it is possible to discern only 10 gauges. If 4 out of 10 frequencies are printed on each gauge, then 0104 = 210 gages can be discerned. More generally, the invention also covers a method of determining the stresses experienced by several gages by distinguishing each gage with a single frequency. F excitation having a bandwidth. The gauges each emit several frequencies (p) among several predetermined frequencies (n) within the frequency band. The method comprises the following steps: - excite the gauges with the frequency F, - receive the frequencies emitted in response by each reflector of each gauge, - calculate the frequency offsets for each of these frequencies and assign them to the reference frequencies, - assign to each gauge the frequency offsets of its reflectors, - calculate the stress experienced by each gauge.
DESCRIPTION 2 La figure 3 représente un ensemble mécanique pour la mesure et la mémorisation d'une contrainte maximale subie par un support. La figure 4 représente cet ensemble mécanique vu de dessous. Partie mécanique de mémorisation de la contrainte. La variation de contrainte que l'on veut mesurer est liée à la variation d'élongation de l'élément à mesurer. Le mécanisme comprend 3 éléments : - La base : elle est collée au support à mesurer. - Le capot : il est libre du support à mesurer mais lié en longueur a la base car il comporte un premier (1) et un deuxième (2) retours à ses extrémités respectives de sorte qu'il enserre la base. Le premier retour (1) a une forme de V aplati dont la pointe est tournée vers l'intérieur du mécanisme. - Les coins de blocage : ils sont libres du support à mesurer. Ces coins sont liés entre eux par un élément élastique qui tend constamment à les rapprocher. Ils sont en forme de trapèze et maintenus en place de la façon suivante : - les côtés inclinés prennent appui contre et peuvent coulisser sur les faces du premier retour en forme de V, - les côtés opposés à ces côtés inclinés prennent appui contre et peuvent coulisser sur un troisième (3) retour du capot situé entre le premier et le deuxième retour. L'ensemble s'allonge sous l'influence de 2 facteurs : la température et la contrainte. La température : les éléments qui constituent cet ensemble mécanique ont des coefficients d'allongement thermique identiques. Tout s'allonge sans modification mécanique. La contrainte : la base s'allonge et allonge le capot. Cet allongement du capot libère les coins et leur permet de glisser sur le premier (1) et le troisième (3) retour du capot et de se rapprocher grâce à l'élément élastique. Ce rapprochement est irréversible par arc-boutement des coins contre les faces du premier retour (1) en V aplati. L'ensemble mécanique conserve en « mémoire » la contrainte qui a provoqué l'allongement de la base. Si la contrainte se réduit, la base se rétracte mais le capot reste à sa nouvelle longueur. Il faut une contrainte plus importante que la précédente pour que le capot s'allonge de nouveau et conserve cette élongation. Il s'agit donc d'une mémorisation de la contrainte maximum subie par la base. Mesure. DESCRIPTION 2 FIG. 3 represents a mechanical assembly for measuring and storing a maximum stress experienced by a support. Figure 4 shows this mechanical assembly seen from below. Mechanical part of constraint storage. The variation of stress that one wants to measure is related to the variation of elongation of the element to be measured. The mechanism comprises 3 elements: - The base: it is glued to the support to be measured. - The cover: it is free of the support to be measured but bound in length to the base because it has a first (1) and a second (2) returns at its respective ends so that it encloses the base. The first return (1) has a flattened V shape whose tip is turned towards the inside of the mechanism. - Blocking wedges: they are free of the support to be measured. These corners are interconnected by an elastic element that constantly tends to bring them closer together. They are trapezoidal shaped and held in place as follows: - the inclined sides bear against and can slide on the faces of the first V-shaped return, - the opposite sides to these inclined sides bear against and can slide on a third (3) return of the hood located between the first and the second return. The whole is extended under the influence of 2 factors: temperature and stress. Temperature: the elements that constitute this mechanical assembly have identical coefficients of thermal elongation. Everything goes on without mechanical modification. The constraint: the base extends and extends the hood. This elongation of the hood frees the corners and allows them to slide on the first (1) and third (3) back of the hood and to get closer thanks to the elastic element. This approximation is irreversible by bracing the corners against the faces of the first return (1) V flattened. The mechanical assembly keeps in "memory" the stress which caused the elongation of the base. If the constraint is reduced, the base retracts but the hood remains at its new length. It takes a greater stress than the previous one for the hood to stretch again and keep this elongation. It is thus a memorization of the maximum stress undergone by the base. Measured.