FR3064968B1 - Dispositif de mesure d'une grandeur physique lors d'un phenomene intermittent - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure d'une grandeur physique lors d'un phénomène intermittent, comportant : - au moins un capteur de mesure d'une grandeur physique, - au moins un microcontrôleur contrôlant le fonctionnement du dispositif de mesure, - au moins une source d'énergie électrique, - au moins un module de détection configuré pour détecter et signaler audit microcontrôleur l'imminence ou la survenue du phénomène intermittent, ledit dispositif de mesure étant apte à fonctionner dans deux modes différents : - un premier mode dit mode actif dans lequel ledit microcontrôleur et ledit capteur sont opérationnels, - un second mode dit mode veille dans lequel au moins ledit microcontrôleur a une consommation électrique réduite par rapport au mode actif, ledit module de détection étant opérationnel, le passage du mode veille au mode actif ayant lieu lorsque le module de détection détecte l'imminence ou la survenue du phénomène intermittent.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention s’inscrit dans le domaine des objets connectés, en particulier des objets connectés effectuant des mesures sur une voie ferrée, notamment pour le contrôle du trafic ferroviaire et la maintenance des installations. Plus particulièrement, l’invention concerne un dispositif de mesure d’une grandeur physique lors d’un phénomène intermittent. L’invention concerne également un système de maintenance d’un réseau ferré, comportant un ou plusieurs dispositifs de mesure d’une grandeur physique lors d’un phénomène intermittent. L’invention concerne également un procédé de mesure d’une grandeur physique lors d’un phénomène intermittent par un tel dispositif de mesure.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE L’inspection et la maintenance des réseaux de voies ferrées reposent encore aujourd’hui largement sur l’intervention d’opérateurs humains. Des équipes parcourent les voies périodiquement, effectuant des analyses visuelles et à l’aide d’instruments adaptés, comme des voltmètres et ampèremètres, des instruments de mesure de la tension mécanique des caténaires, du parallélisme et de l’état des rails, etc. Ces opérations nécessitent le coûteux travail de techniciens spécialisés, et ont des résultats limités compte tenu de l’étendue des voies à inspecter : c’est bien souvent après la rupture d’une caténaire qu’on vient la réparer, ce qui engendre des arrêts du trafic ferroviaire, des retards et des perturbations sur le réseau.

Certaines technologies récentes dans le domaine des objets connectés permettent d’améliorer les procédures d’inspection et de maintenance des voies ferrées. Par exemple, un objet connecté fixé le long d’une voie ferrée qui mesure en temps réel le tonnage des trains ayant roulé sur cette voie permettra d’estimer très finement l’usure et la détérioration du matériel ferroviaire de la voie, tronçon par tronçon. Ceci permet d’organiser et de cibler au mieux les interventions d’inspection et de maintenance sur les voies. On renforce ainsi le caractère préventif des opérations de maintenance, limitant donc le risque de ruptures et de pannes risquant d’interrompre le trafic ferroviaire. De plus, la mise en place de tels dispositifs de mesure permet de réduire et d’optimiser le travail des équipes d’intervention sur voies.

Il existe ainsi des dispositifs de mesure fixés sur ou à proximités d’éléments comme les rails, les traverses ou les caténaires, qui mesurent en permanence des paramètres physiques de la voie ferrée, et les transmettent par voie radio à des antennes reliées à un serveur central. Ce serveur central décode, stocke et synthétise les données issues des capteurs, puis fournit de précieuses informations sur l’état des voies, et alerte les opérateurs en cas de dépassement de certains seuils critiques.

En ce qui concerne l’alimentation électrique de ces dispositifs de mesure isolés, installés le plus souvent le long des voies, plusieurs solutions ont été proposées dans l’art antérieur.

La première possibilité proposée dans l’art antérieur est une alimentation de ces dispositifs de mesure grâce à une pile ou une batterie interchangeable ou rechargeable. Mais comme ces dispositifs de mesure effectuent des mesures et les transmettent en permanence, leur consommation électrique est importante et leur autonomie est très limitée dans le temps. Cette technologie présente l’inconvénient de nécessiter l’intervention fréquente d’un technicien sur voies, pour recharger la batterie ou remplacer les piles des dispositifs de mesure. Le gain en termes d’interventions sur voies permis par l’utilisation des objets connectés est dans ce cas limité ou anéanti par les interventions nécessaires pour remplacer fréquemment les piles.

La deuxième possibilité proposée dans l’art antérieur pour alimenter ces dispositifs de mesure isolés est de déployer un réseau électrique spécifique le long des voies. Ce système présente l’inconvénient d’être complexe, coûteux, lourd en infrastructures et difficile à mettre en place. L’aspect modulable et souple des objets connectés est perdu dans ce cas.

La troisième possibilité proposée dans l’art antérieur pour alimenter ces dispositifs de mesure isolés est de les brancher sur un réseau électrique environnant existant. Malheureusement, le branchement sur un réseau électrique domestique usuel (comme EDF) n’est pas toujours possible, compte tenu du fait que ces dispositifs de mesure peuvent être disposés sur les voies dans des zones situées loin de toute autre infrastructure. Le branchement sur le réseau électrique d’alimentation des trains peut être envisagé. Mais cette possibilité amène de fortes difficultés techniques (caractère intrusif, très hauts voltages des caténaires, passage des pantographes des trains, etc.). De plus, le branchement d’un dispositif de mesure sur le réseau électrique d’alimentation des voies impliquerait, en cas de rupture des caténaires, un arrêt de l’alimentation du dispositif de mesure au moment même où il aurait dû signaler cette rupture.

La quatrième possibilité proposée dans l’art antérieur pour alimenter ces dispositifs de mesure isolés est de les équiper d’un petit panneau solaire. Mais cette solution présente l’inconvénient, en plus d’être irrégulière dans l’alimentation, d’être difficile à mettre en oeuvre dans l’environnement très agressif des voies de chemin de fer (projection de ballast à grande vitesse, etc.), d’augmenter les risques de vol, et impossible à mettre en oeuvre sur une voie ferrée traversant des tunnels.

La présente invention vise à permettre de remédier aux inconvénients des solutions proposées par l’art antérieur pour l’alimentation électrique d’un dispositif de mesure installé le long d’une voie ferrée, en proposant une solution permettant de réduire drastiquement la consommation électrique d’un tel dispositif de mesure.

OBJET DE L’INVENTION L’invention concerne à cet effet en premier lieu un dispositif de mesure d’une grandeur physique lors d’un phénomène intermittent, comportant : - au moins un capteur apte à mesurer au moins une grandeur physique, - au moins un circuit électronique, dit microcontrôleur, qui contrôle le fonctionnement dudit dispositif de mesure, - au moins une source d’énergie électrique apte à fournir la puissance électrique audit dispositif de mesure, - au moins un module de détection configuré pour détecter et signaler audit microcontrôleur l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent, ledit dispositif de mesure étant apte à fonctionner dans deux modes différents : - un premier mode dit mode actif dans lequel ledit microcontrôleur et ledit capteur sont opérationnels, - un second mode dit mode veille dans lequel au moins ledit microcontrôleur a une consommation électrique réduite par rapport au mode actif, ledit module de détection étant opérationnel, ledit dispositif de mesure étant configuré pour passer du mode veille au mode actif lorsque le module de détection détecte l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent.

Par phénomène intermittent, on entend tout phénomène physique qui la plupart du temps n’a pas lieu, comme le passage d’un train à un point d’une voie ferrée, la baisse d’une tension sur une ligne électrique, l’ouverture d’une porte, ou autre.

Par grandeur physique, on entend toute variable réelle mesurable par un capteur connu en soi de l’homme du métier, comme les vibrations ou la déformation d’un matériau, une tension ou un courant électrique, une intensité lumineuse, ou autre.

Un tel dispositif de mesure présente l’avantage d’être très économe en énergie électrique. En effet, en-dehors de la survenue du phénomène intermittent, le dispositif de mesure est en mode veille, mode dans lequel il consomme très peu d’énergie électrique. Le dispositif de mesure ne passe en mode actif, dans lequel sa consommation est plus importante, que lorsque c’est nécessaire, c’est-à-dire lors de la survenue du phénomène intermittent. La consommation électrique du dispositif de mesure est donc réduite au strict nécessaire, et son autonomie est augmentée d’autant.

Selon des modes de réalisation particuliers, l’invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.

Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de mesure comporte en outre au moins un circuit électronique, dit circuit mémoire, destiné à mémoriser de manière temporaire ou permanente des informations issues des mesures fournies par le capteur. L’enregistrement des mesures effectuées permet l’utilisation ultérieure de ces mesures par le dispositif de mesure ou par un autre système.

Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de mesure comporte en outre au moins un circuit électronique, dit circuit de traitement, destiné à effectuer au moins une opération de traitement du signal sur les mesures fournies par ledit capteur.

Le traitement des mesures directement à l’intérieur du dispositif de mesure permet de limiter la quantité de données à mémoriser et/ou à transmettre le cas échéant.

Dans un mode de réalisation particulier, ladite source d’énergie électrique du dispositif de mesure consiste en un accumulateur électrique.

Par accumulateur électrique, on entend tout moyen de stockage local d’énergie électrique, périodiquement rechargeable ou remplaçable, n’étant relié à aucun réseau électrique extérieur audit dispositif de mesure 1.

Compte tenu de la consommation électrique très réduite que permet l’invention, un dispositif de mesure étant équipé d’un accumulateur électrique peut atteindre une autonomie de très longue durée, les interventions nécessaires pour remplacer ou recharger l’accumulateur électrique sont donc très espacées.

Dans un mode de réalisation particulier avantageux, la transition dudit dispositif de mesure du mode actif au mode veille est déclenchée par la détection de la fin du phénomène intermittent.

Le module de détection et/ou le capteur étant opérationnels durant le mode veille, il leur est possible de détecter la fin du phénomène intermittent et de la signaler au microcontrôleur. Cela permet de réduire encore le temps passé par le dispositif de mesure en mode actif, et donc de diminuer encore plus sa consommation électrique sur le long terme.

Dans un mode de réalisation particulier, le module de détection comporte le capteur, formant un unique module dit capteur-détecteur.

Ce mode de réalisation présente l’avantage de diminuer les coûts de fabrication du dispositif de détection car un seul élément physique, le capteur-détecteur, remplit à la fois les fonctions du capteur et du module de détection.

Dans un mode de réalisation particulier avantageux, le dispositif de mesure comporte en outre une antenne permettant la télécommunication par voie radio, ainsi qu’un circuit électronique dit modem, configuré pour former les signaux émis par ladite antenne.

Dans un mode de réalisation particulier avantageux, le dispositif de mesure est fixé rigidement à un matériel immobile d’une voie ferrée.

Par matériel immobile d’une voie ferrée, on entend un rail, une traverse, un caténaire, un aiguillage, ou tout autre édifice, construction, matériel ou équipement étant situé sur ou à proximité d’une voie ferrée.

Dans un mode de réalisation particulier, le phénomène intermittent est le passage d’un train à un point d’une voie ferrée.

Dans un mode de réalisation particulier avantageux, le module de détection du passage d’un train comporte un accéléromètre. L’accéléromètre est un capteur bon marché et très adapté à détecter l’imminence du passage d’un train à un point d’une voie ferrée.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un réseau comportant au moins deux tels dispositifs de mesure, situés à des positions distinctes, et étant configurés pour communiquer entre eux et pour combiner les informations issues de leurs capteurs respectifs.

Un tel réseau de dispositifs de mesure permet l’inspection et la maintenance à distance de larges portions de voies ferrées.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un système de maintenance d’un réseau ferré, comportant un ou plusieurs tels dispositifs de mesure, au moins un desdits dispositifs de mesure étant configuré pour transmettre des mesures d’au moins une grandeur physique et des alertes à destination d’un serveur, qui est équipé d’une interface homme-machine de présentation des données reçues.

Un tel système de maintenance fournit à moindre coût aux techniciens des informations essentielles pour éviter des pannes et interruptions de trafic ferroviaire.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de mesure d’une grandeur physique lors d’un phénomène intermittent par un tel dispositif de mesure, comportant des étapes de : - 60/ fonctionnement en mode veille, le module de détection étant opérationnel, - 61/ détection par le module de détection de l’imminence ou de la survenue du phénomène intermittent, - 62/ transition vers le mode actif, - 63/ mesure d’au moins une grandeur physique par le capteur, - 64/ transition vers le mode veille.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite dans un but explicatif et nullement limitatif en regard des dessins annexés, dans lesquels : - La figure 1 illustre plusieurs dispositifs de mesure selon l’invention, installés le long d’une voie ferrée, - la figure 2 illustre un mode de réalisation d’un dispositif de mesure selon l’invention, - la figure 3 illustre un schéma du dispositif de mesure selon l’invention dans un mode de réalisation particulier, - la figure 4 illustre un schéma du dispositif de mesure selon l’invention dans un autre mode de réalisation particulier, - la figure 5 illustre un schéma du dispositif de mesure selon l’invention dans un autre mode de réalisation particulier, - la figure 6 illustre un schéma d’un mode de mise en œuvre possible du procédé selon l’invention, - la figure 7 illustre un schéma d’un autre mode de mise en œuvre possible du procédé selon l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D’EXEMPLES DE RÉALISATION DE

L’INVENTION

On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l’échelle. L’invention trouve sa place dans le contexte des objets connectés. Plus particulièrement, l’invention concerne un dispositif de mesure 1 d’une grandeur physique lors d’un phénomène intermittent.

Dans divers modes de réalisation, ledit phénomène intermittent peut être le passage d’un véhicule routier, certaines variations de courant sur une ligne électrique, l’ouverture d’une porte, les variations d’un phénomène lumineux, ou tout autre phénomène intermittent.

Dans certains modes de réalisation, le phénomène intermittent est l’utilisation d’infrastructures situées dans un gare ou un autre lieu, comme un ascenseur, un aiguillage, ou autre.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 est installé à l’intérieur d’une gare. Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 est installé à l’intérieur, sur ou sous un train 41.

Dans un mode de réalisation nullement limitatif illustré par la figure 1, ledit phénomène intermittent est le passage d’un train 41 à un point d’une voie ferrée. Dans ce cas, le dispositif de mesure 1 est fixé rigidement à un matériel immobile d’une voie ferrée. Suivant le mode de réalisation, ledit matériel immobile peut être un rail 43, une traverse 42, un poteau de caténaire 46, une caténaire 44, ou tout autre élément qui soit fixe le long d’une voie ferrée.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 est installé temporairement le long d’une voie ferrée.

Dans un mode de réalisation illustré par la figure 2, le dispositif de mesure 1 comporte un boîtier 80 de forme sensiblement parallélépipédique, à l’intérieur duquel sont situés la plupart des organes du dispositif de mesure 1. Suivant le mode de réalisation, le boîtier 80 peut être fabriqué en matière plastique, métallique, ou à partir d’un ou plusieurs autres matériaux. La protection du dispositif de mesure 1 par un boîtier 80 présente plusieurs avantages. D’une part, le boîtier 80, dans le cas où il est fermé et étanche, protège les organes internes du dispositif de mesure 1 contre les intempéries. D’autre part, le boîtier 80 protège les organes internes du dispositif de mesure 1 contre les chocs très violents dus à de possibles projections de ballast, et contre les interférences électromagnétiques pouvant se produire lors du passage d’un train. Le boîtier 80 comporte des moyens de fixation 81. Suivant les modes de réalisation, ces moyens de fixation 81 peuvent comporter des vis et des boulons, des serre-joints, de la colle, des pinces, un système de griffage de la boîte (rentrée en force du boîtier 80 dans le rail 43), des étaux, des éléments de clipsage, ou tout autre moyen de fixation connu en soi de l’homme du métier.

Dans un mode de réalisation distinct, le dispositif de mesure 1 est installé temporairement le long d’une voie ferrée. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 ne comporte pas de moyens de fixation 81. Le dispositif de mesure 1 est alors simplement déposé le long de la voie.

Le dispositif de mesure 1 comporte plusieurs éléments ou organes, schématiquement illustrés sur la figure 3.

Le dispositif de mesure 1 comporte au moins un capteur 53 apte à mesurer au moins une grandeur physique.

Dans certains modes de réalisation, le dispositif de mesure 1 peut comporter plusieurs capteurs 53, comme illustré schématiquement par la figure 5 (qui comporte trois capteurs).

Suivant le mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 peut comporter un ou plusieurs des capteurs suivants : - Capteurs 53 de déformation ou de contrainte mécanique. Ces capteurs 53 sont en particulier adaptés à être mis en place sur un rail 43 ou une traverse 42 de voie ferrée. Certains capteurs 53 de déformation ou de contrainte mécanique permettent, après traitement, d’obtenir la mesure du tonnage des trains 41 ayant roulé sur la portion de voie sur laquelle est installé le dispositif de mesure 1. - Capteur 53 de détection de chocs, ou de mouvement d’un rail 43 ou d’une caténaire 4 - Capteur 53 de mesure de l’inclinaison d’un objet. Fixé sur un poteau de caténaire 46, un tel capteur 53 permet de fournir une mesure de son inclinaison, et donc de signaler lorsque l’inclinaison dépasse un seuil critique qui signifie que ledit poteau de caténaire 46 est sur le point de tomber ou bien est détérioré. - Capteur 53 de vibration, capteur 53 de vitesse, capteur 53 de déplacement.

Ces capteurs 53 peuvent être tous compris dans une centrale inertielle comportant un ou plusieurs gyroscopes lasers. - Capteur 53 de température (thermomètre). La mesure de la température des rails, par exemple, est une information très importante pour la maintenance des voies, compte tenu des fortes amplitudes de températures qu’ils subissent (de -20°C à +60°C au cours de l’année, avec des cytes quotidiens de variations de températures pouvant souvent aller de 15°C à 55°C en été). - Capteur mesurant la tension mécanique dans une caténaire. Ce paramètre est en effet crucial pour prévenir les ruptures de caténaires, régulièrement responsables de perturbations du trafic ferroviaire. - Capteur du courant ou de la tension parcourant les caténaires, les rails, ou un autre élément électrique. Il s’agit de voltmètres ou ampèremètres adaptés aux valeurs mesurées. - Capteur mesurant la position géographique du dispositif de mesure 1, généralement un GPS (pour l’Anglais Global Positionning System ®). - Capteur mesurant le taux d’humidité de l’air. - Capteur de mesure du temps (horloge).

Les mesures effectuées par les capteurs 53 sont généralement faites de manière dynamique, c’est-à-dire en temps réel et avec un temps de rafraîchissement court.

Le capteur 53 peut être situé à l’intérieur ou bien à l’extérieur dudit boîtier 80. Dans ce dernier cas, le capteur 53 peut être relié au boîtier 80 par un câble électrique.

Dans un mode de réalisation, les mesures effectuées par un ou plusieurs capteurs 53 du dispositif de mesure 1 permettent de mesurer le nombre de trains 41, de roues, ou de pantographes 45 qui sont passés en un point d’une voie ferrée.

Suivant sa nature, chaque capteur 53 est plus ou moins rigidement lié au matériel ferroviaire immobile sur lequel il est fixé. En effet, un capteur 53 qui subit (ou transmet au dispositif de mesure 1) des efforts mécaniques (vibrations) trop importants lors du passage d’un train risque d’être rapidement détérioré. Et un capteur 53 de mesures mécaniques qui subit des efforts trop peu importants lors du passage d’un train risque de faire des mesures erronées. C’est pourquoi certains capteurs 53 sont mécaniquement décorrélés du reste du dispositif de mesure 1. C’est-à-dire qu’un ou plusieurs capteurs 53, ou certains autres éléments du dispositif de mesure 1 sont montés dans une résine, qui doit avoir la rigidité adéquate pour transmettre seulement la gamme d’efforts et de vibrations souhaitée.

Le dispositif de mesure 1 comporte au moins un circuit électronique, dit microcontrôleur 51, qui contrôle le fonctionnement dudit dispositif de mesure 1. Ledit microcontrôleur 51 comporte généralement un circuit logique programmable ou un microprocesseur, à l’intérieur duquel est implémentée une série d’instructions logiques ou programme informatique. Le microcontrôleur 51 est en communication électronique, via un bus SPI ou d’autres interfaces connues en soi de l’homme du métier, avec les autres éléments du dispositif de mesure 1.

Le microcontrôleur 51 peut fonctionner dans deux modes différents, un mode actif et un mode veille. En mode actif, le microcontrôleur 51 est opérationnel. En mode veille, le microcontrôleur est endormi, et ne consomme donc que très peu d’énergie électrique, voire pas du tout. Dans un mode de réalisation, le microcontrôleur 51 est éteint en mode veille.

Dans un mode de réalisation, le microcontrôleur 51 possède une entrée sur laquelle est branché un signal, dit signal d’allumage. Le changement d’état dudit signal d’allumage déclenche la transition du microcontrôleur 51 du mode veille au mode actif. Dans un mode de réalisation, ledit signal d’allumage est de type Booléen. Dans un autre mode de réalisation, ledit signal d’allumage n’est pas Booléen mais est continu. Une opération Mathématique est alors appliquée au signal d’allumage pour déterminer si l’allumage du microcontrôleur 51 doit être déclenché, comme la comparaison d’une tension d’entrée à un seuil.

Dans un mode de réalisation, le microcontrôleur 51 peut passer du mode veille au mode actif et du mode actif au mode veille en un temps très court.

En mode actif, le microcontrôleur 51 effectue des tâches liées à l’intelligence du dispositif de mesure 1 et au traitement numérique des données mesurées.

Le dispositif de mesure 1 comporte au moins un module de détection 55 configuré pour détecter et signaler audit microcontrôleur 51 l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent.

Le module de détection 55 comporte un senseur configuré pour détecter l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent. Suivant le mode de réalisation, ce senseur peut être de différents types, dont notamment : - Un accéléromètre sensible aux variations de positions, aux variations de vitesse, ou aux vibrations, - Un sonar ultrasons, - Un système comportant un laser qu’un véhicule coupe lors de son passage, - Une pince de courant détectant les variations électriques liées au démarrage d’un équipement ou à l’approche d’un train, - Un système comportant une photodiode fonctionnant par détection d’une variation de lumière, - Un système de détection par infrarouges, - Un système d’actionnement électromécanique, le train fermant un relai lors de son passage.

Dans un mode de réalisation particulier avantageux, le module de détection 55 fournit en sortie un signal numérique et non pas analogique. Le module de détection 55 fournit en sortie un signal Booléen, qui est connecté audit signal d’allumage, à l’entrée du microcontrôleur 51. C’est de cette manière que le module de détection 55 signale au microcontrôleur 51 l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent. Naturellement, le seuil de détection du module de détection 55 est soigneusement réglé pour être aussi adapté que possible aux caractéristiques précises du phénomène intermittent à détecter. Si le seuil de détection du module de détection 55 est réglé trop bas, alors le module de détection 55 risque de signaler au microcontrôleur 51 de fausses détections du phénomène intermittent qui peuvent être dues à du bruit, comme par exemple le passage d’un train sur la voie parallèle à la voie sur laquelle est installé le dispositif de mesure 1. Si le seuil de détection du module de détection 55 est réglé trop haut, alors le module de détection 55 risque de ne pas signaler au microcontrôleur 51 la survenue réelle du phénomène intermittent.

Le module de détection est de préférence très économe en énergie électrique lorsqu’il est en détection.

Dans un mode de réalisation illustré par la figure 4, le module de détection 55 et le capteur 53 sont un seul et même dispositif, dit capteur-détecteur 535. Dans ce cas, le capteur-détecteur 535 est généralement un accéléromètre, capable de détecter l’approche d’un train et d’effectuer des mesures utiles lors du passage de ce train.

Suivant sa nature, le module de détection 55 est plus ou moins rigidement lié au matériel ferroviaire immobile sur lequel il est fixé. En effet, un module de détection 55 qui subit (ou transmet au dispositif de mesure 1) des efforts mécaniques (vibrations) trop importants lors du passage d’un train risque d’être rapidement détérioré. Et un module de détection 55 qui subit des efforts trop peu importants lors du passage d’un train risque de faire de signaler des détections erronées. C’est pourquoi dans certains cas, le module de détection 55 est mécaniquement décorrélé du reste du dispositif de mesure 1. C’est-à-dire que le module de détection 55, ou d’autres éléments du dispositif de mesure 1 sont montés dans une résine, qui doit avoir la rigidité adéquate pour transmettre seulement la gamme d’efforts et de vibrations souhaitée.

Dans un mode de réalisation, ledit capteur 53 comporte au moins un capteur mécanique de déformation ou de contrainte permettant la mesure du poids d’un train 41 lors de son passage.

Le tonnage ayant roulé sur une portion de voie est une information cruciale pour la maintenance des chemins de fer.

Le dispositif de mesure 1 comporte au moins une source d’énergie électrique 56 apte à fournir la puissance électrique audit dispositif de mesure 1. Suivant le mode de réalisation, ladite source d’énergie électrique 56 peut comporter une connexion à un réseau électrique extérieur.

Dans un mode de réalisation, la source d’énergie électrique 56 est un accumulateur électrique. Par accumulateur électrique, on entend tout moyen de stockage local d’énergie électrique, périodiquement rechargeable ou remplaçable, n’étant relié à aucun réseau électrique extérieur audit dispositif de mesure 1. La source d’énergie électrique 56 peut comporter une pile électrique ou une batterie électrique généralement au lithium.

Compte tenu de la consommation électrique très réduite que permet l’invention, un dispositif de mesure 1 étant équipé d’un accumulateur électrique peut atteindre une autonomie de très longue durée, les interventions nécessaires pour remplacer ou recharger l’accumulateur électrique sont donc très espacées. Suivant la consommation électrique des capteurs 53 et la fréquence des évènements intermittents, l’autonomie électrique d’un dispositif de mesure 1 installé le long d’une voie ferrée peut être en moyenne de trois à cinq ans, et jusqu’à dix ans dans certains cas.

Dans un mode de réalisation, lorsque l’accumulateur électrique du dispositif de mesure 1 a atteint sa limite d’autonomie, ledit dispositif de mesure 1 est entièrement remplacé et recyclé.

Le dispositif de mesure 1 est apte à fonctionner dans deux modes différents : - un premier mode dit mode actif dans lequel ledit microcontrôleur 51 et ledit capteur 53 sont opérationnels, - un second mode dit mode veille dans lequel au moins ledit microcontrôleur 51 a une consommation électrique réduite par rapport au mode actif, ledit module de détection 55 étant opérationnel, ledit dispositif de mesure 1 étant configuré pour passer du mode veille au mode actif lorsque le module de détection 55 détecte l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent.

Le procédé de mesure d’une grandeur physique lors d’un phénomène intermittent par un dispositif de mesure (1), illustré par la figure 6, comporte des étapes de : - 60/ fonctionnement en mode veille, le module de détection (55) étant opérationnel, - 61/ détection par le module de détection (55) de l’imminence ou de la survenue du phénomène intermittent, - 62/ transition vers le mode actif, - 63/ mesure d’au moins une grandeur physique par le capteur (53), - 64/ transition vers le mode veille.

Dans un mode de réalisation, lorsque le dispositif de mesure 1 est en mode actif, tous ses organes sont opérationnels. Dans un mode de réalisation, lorsque le dispositif de mesure 1 est en mode veille, tous ses organes sont éteints, excepté le module de détection 55. Le dispositif de mesure 1 est normalement en mode actif durant le phénomène intermittent. Le dispositif de mesure 1 peut être en mode actif durant un court intervalle de temps juste avant et juste après la survenue du phénomène intermittent. Le reste du temps, le dispositif de mesure 1 est normalement en mode veille.

Dans un mode de réalisation distinct, lorsque le dispositif de mesure 1 est en mode veille, le module de détection 55 alterne régulièrement les phases d’extinction ou d’économie d’énergie avec des phases où il est apte à détecter l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent. La fréquence d’alternance entre ces deux phases est suffisamment élevée pour que le module de détection 55 puisse être considéré comme opérationnel, compte tenu du temps caractéristique dudit phénomène intermittent.

Autrement dit, dans ce mode de réalisation, lorsque le dispositif de mesure 1 est en mode veille, on considère comme opérationnel le module de détection 55 même s’il n’est qu’alternativement apte à détecter l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent.

Lorsque le module de détection 55 détecte l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent, il change l’état du booléen transmis au microcontrôleur 51 via ledit signal d’allumage. Ce changement d’état du signal d’allumage a pour conséquence l’allumage du microcontrôleur 51. Une fois qu’il est opérationnel, le microcontrôleur 51 allume tous les organes du dispositif de mesure 1 qui étaient encore en veille, dont le ou les capteurs 53. Le dispositif de mesure 1 est alors prêt à effectuer et traiter les mesures nécessaires durant le phénomène intermittent.

Dans un mode de réalisation, la transition du dispositif de mesure 1 du mode actif au mode veille est déclenchée par la détection de la fin du phénomène intermittent. Dans ce cas, le capteur 53 et/ou le module de détection 55 détectent la fin du phénomène intermittent. Dans un autre mode de réalisation, la transition du mode actif au mode veille est déclenchée par un chronomètre ou timer ayant atteint une date définie. Ledit chronomètre peut être compris dans un composant électronique présent dans le microcontrôleur 51. Lorsque le microcontrôleur 51 reçoit le signal de la transition du mode actif au mode veille, il éteint tous les organes du dispositif de mesure, excepté le module de détection 55, puis il s’éteint lui-même.

De cette manière, le dispositif de mesure 1 étant en mode veille la plupart du temps, sa consommation électrique est très réduite, et son autonomie est augmentée d’autant.

Dans un mode de réalisation, le module de détection 55 permet un passage en mode actif du dispositif de mesure 1 avant la survenue de l’évènement, ce qui présente de nombreux avantages. En particulier, dans ce cas le capteur 53 et les autres organes du dispositif ont le temps de s’allumer et d’être opérationnels avant le commencement du phénomène intermittent. C’est le cas notamment des modules de détection 55 fonctionnant grâce à un senseur de vibrations ou une pince de courant sur un rail 43, qui permettent de détecter l’approche d’un train 41. Au contraire, certains modules de détection 55 comme la pédale actionnée par le passage du train 41 ou le laser que coupe le train 41 permettent seulement de détecter la survenue, et non pas l’imminence du phénomène intermittent. Cette configuration peut néanmoins être adaptée au fonctionnement de certains dispositifs de mesure 1.

Dans un mode de réalisation, un procédé dit procédé de confirmation des détections est mis en œuvre lors du passage du dispositif de mesure 1 du mode veille au mode actif. Ledit procédé de confirmation des détections comporte notamment des étapes de : - 60/ fonctionnement en mode veille, le module de détection 55 étant opérationnel, - 61/ détection par le module de détection 55 de l’imminence ou de la survenue du phénomène intermittent, - 62/ transition vers le mode actif, - 621/mesure par le capteur 53, - 622/ analyse par le microcontrôleur 51 des mesures fournies par le capteur 53 pour confirmer ou informer la survenue du phénomène intermittent. - 623/ si la survenue du phénomène intermittent est confirmée, passage à l’étape 63/, sinon passage à l’étape 64/.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 comporte en outre un ou plusieurs circuits électroniques, dits circuits de traitement 52. Le circuit de traitement 52 est configuré pour effectuer des opérations mathématiques et de traitement du signal sur les mesures effectuées par les capteurs 53. Le circuit de traitement 52 peut effectuer des opérations de filtrage, des opérations de multiplexage, ou autres.

Dans un mode de réalisation illustré par la figure 5, un circuit de traitement 52 est associé à chacun des capteurs 53 du dispositif de mesure 1. Dans un mode de réalisation, le ou les circuits de traitements 52 sont inclus dans le microcontrôleur 51 ou bien sont inclus dans les capteurs 53.

Dans un mode de réalisation illustré par la figure 5, le dispositif de mesure 1 comporte en outre un circuit électronique, dit circuit de gestion de l’énergie 59, situé entre la source d’énergie électrique et les autres organes du dispositif de mesure 1.

Suivant les modes de réalisation, le circuit de gestion de l’énergie 59 comporte un ou plusieurs des éléments suivants : - régulateur de voltage linéaire, dit LDO (pour l’Anglais low-dropout), - interrupteur, - abaisseur de tension, - rehausseur de tension, - commutateur, - circuit distributeur de tension.

Dans un mode de réalisation, le circuit de gestion de l’énergie 59 est inclus dans le microcontrôleur 51.

Dans un mode de réalisation schématiquement illustré par la figure 4 et la figure 5, le dispositif de mesure 1 comporte en outre une antenne 58 permettant la télécommunication par voie radio, ainsi qu’un circuit électronique dit modem 57, configuré pour former les signaux émis par ladite antenne 58. Dans un mode de réalisation, ledit modem 57 et ladite antenne 58 sont configurés pour fonctionner dans un réseau de télécommunications bas débit comme par exemple les réseaux Sigfox®, LoRa®, ou d’autres réseaux. Dans un autre mode de réalisation distinct, le modem 57 et l’antenne 58 comprennent une carte SIM et sont configurés pour fonctionner dans un réseau de téléphonie mobile. Le réseau de télécommunication avec lequel communique le dispositif de mesure 1 peut comporter plusieurs antennes d’émission-réception réparties en différents lieux, assurant une couverture suffisante du territoire, ainsi qu’un serveur central vers lequel montent les informations émises par le dispositif de mesure 1.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 est configuré pour permettre l’émission et la réception d’informations par voie radio. Dans un autre mode de réalisation, seule l’émission est possible.

Suivant le mode de réalisation, l’antenne peut être située à l’intérieur ou à l’extérieur dudit boîtier 80, comme illustré sur la figure 2.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 comporte en outre au moins un circuit électronique, dit circuit mémoire 54, destiné à mémoriser de manière temporaire ou permanente des informations issues des mesures fournies par le capteur 53.

Dans un mode de réalisation, la mémoire 54 stocke temporairement, durant toute la durée du phénomène intermittent, les mesures brutes effectuées par les capteurs 53. Puis le dispositif de mesure 1 reste en mode actif le temps nécessaire pour que les circuits de traitements 52 et le microcontrôleur 51 fassent subir les traitements nécessaires à ces mesures brutes stockées dans la mémoire 54. Ensuite, les données ainsi traitées sont transmises par ondes radio via le modem 57 et l’antenne 58, ou bien les données traitées sont stockées de manière pérenne dans la mémoire 54.

Sous l’effet des fortes contraintes mécaniques auxquels ils sont soumis, il est possible que les moyens de fixation 81 du dispositif de mesure 1 cèdent. Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 comporte une fonction d’alerte permettant de signaler par un message radio qu’il s’est désolidarisé du matériel ferroviaire immobile auquel il était rigidement fixé. Cette désolidarisation peut être repérée grâce à l’incohérence des signaux mesurés par le capteur 53 ou le module de détection 55, ou encore être repérée par l’absence de détection de phénomène intermittent pendant un certain intervalle de temps (plusieurs jours par exemple), ou encore être repérée par un déplacement particulier.

Dans un mode de réalisation, plusieurs dispositifs de mesure 1 sont mis en place à proximité les uns des autres, et peuvent communiquer directement entre eux afin de croiser, synthétiser, ou effectuer des traitements sur leurs mesures respectives. Ensuite, l’un ou plusieurs d’entre eux peut envoyer des informations ayant ainsi subi un prétraitement vers ledit serveur central.

Dans le cas des mesures effectuées lors du passage d’un train sur une voie ferrée, la mise en place de plusieurs dispositifs de mesure 1 permet l’analyse croisée des signaux et la synchronisation multi-capteurs, sur le serveur central vers lequel sont envoyées toutes les mesures. En particulier, un système de maintenance ferroviaire comportant plusieurs dispositifs de mesure 1 connectés à un serveur central permet notamment : - la détection des défaillances caténaires par analyse des signaux, - l’analyse des aiguillages, en effet une consommation électrique excessive des actionneurs des aiguillages signifie qu’ils commencent à être grippés, - la détection du sens de circulation d’un train, - la mise à disposition des opérateurs de maintenance de graphiques, d’alertes de signalement de dépassement de seuil pour certaines valeurs, etc.

Toutes ces données peuvent être mises en forme dans une interface homme-machine, et éventuellement fournies aux opérateurs humains via un site internet pour ordinateur ou téléphone portable.

Dans certains modes de réalisation où plusieurs dispositifs de mesure 1 doivent être synchronisés, la détection de la fin du phénomène peut être un enjeu critique.

Dans un mode de réalisation particulier illustré par la figure 7, le procédé de mesure d’un phénomène intermittent par un dispositif de mesure comporte notamment des étapes de : - 20/ fonctionnement en mode veille, le module de détection 55 étant opérationnel, - 21/ détection par le module de détection 55 de l’imminence ou de la survenue du phénomène intermittent, - 22/ transition vers le mode actif, allumage du microcontrôleur 51, - 23/ commande par le microcontrôleur 51 de l’allumage du circuit mémoire 54, des circuits de traitement 52 et des capteurs 53, - 24/ mesure d’au moins une grandeur physique par les capteurs 53, traitement de ces mesures par les circuits de traitement 52, 25/ enregistrement en temps réel des mesures traitées dans le circuit mémoire 54, - 26/ Détection par le module de détection 55 ou par le capteur 53 de la fin du phénomène intermittent, - 27/ Arrêt des mesures par les capteurs 53, - 28/ Lecture et traitement par le microcontrôleur 51 des mesures enregistrées dans le circuit mémoire 54, - 29/ Détermination par le microcontrôleur 51 de la véracité de l’évènement intermittent, - 30/ commande par le microcontrôleur 51 de l’allumage du modem 57 et envoi au serveur central des mesures traitées les plus intéressantes, via le modem 57 et l’antenne 58, - 31/ transition vers le mode veille, commande par le microcontrôleur 51 de l’extinction du modem 57, du circuit mémoire 54, des circuits de traitement 52 et des capteurs 53, le module de détection 55 restant opérationnel, puis extinction du microcontrôleur 51.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure 1 n’envoie pas ses données par ondes radio à chaque fois qu’il est en mode actif, mais au contraire envoie ses données par ondes radio à intervalles de temps réguliers (tous les jours par exemple).

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1 - Dispositif de mesure (1) d’une grandeur physique tors d’un phénomène intermittent, comportant : - au moins un capteur (53) apte à mesurer au moins une grandeur physique, - au moins un circuit électronique, dit microcontrôleur (51), qui contrôle le fonctionnement dudit dispositif de mesure (1), - au moins une source d’énergie électrique (56) apte à fournir la puissance électrique audit dispositif de mesure (1), caractérisé en ce que ledit dispositif de mesure (1) comporte en outre : - au moins un module de défection (55) configuré pour détecter et signaler audit microcontrôleur (51) l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent, ledit dispositif de mesure (1) étant apte à fonctionner dans deux modes différents : - un premier mode dit mode actif dans lequel ledit microcontrôleur (51) et ledit capteur (53) sont opérationnels, - un second mode dit mode veille dans lequel au moins ledit microcontrôleur (51) a une consommation électrique réduite par rapport au mode actif, ledit module de détection (55) étant opérationnel, ledit dispositif de mesure (1) étant configuré pour passer du mode veille au mode actif lorsque le module de détection (55) détecte l’imminence ou la survenue du phénomène intermittent, et un élément au moins du dispositif de mesure (1) parmi ledit au moins un capteur (53) et ledit au moins un module de défection (55) est monté dans une résine pour limiter des efforts mécaniques engendrés par te phénomène intermittent et subis par ledit élément.
2. 2 - Dispositif de mesure (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un circuit électronique, dit circuit mémoire (54), destiné à mémoriser de manière temporaire ou permanente des informations issues des mesures fournies par le capteur (53).
3. 3 - Dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un circuit électronique, dit circuit de traitement (52), destiné à effectuer au moins une opération de traitement du signai sur les mesures fournies par ledit capteur (53).
4. 4 - Dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite source d’énergie électrique (56) consiste en un accumulateur électrique.
5. 5 - Dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la transition dudit dispositif de mesure (1) du mode actif au mode veille est déclenchée par la défection de la fin du phénomène intermittent.
6. 6 - Dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que te module de détection (55) comporte le capteur (53), formant un unique module dit capteur-détecteur (535).
7. 7 - Dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une antenne (58) permettant la télécommunication par voie radio, ainsi qu’un circuit électronique dît modem (57), configuré pour former les signaux émis par ladite antenne (58).
8. 8 - Dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 7, étant fixé rigidement à un matériel immobile d’une voie ferrée.
9. 9 - Dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le phénomène intermittent est le passage d’un train (41) à un point d’une vote ferrée.
10. 10 - Dispositif de mesure (1) selon te revendication 9, caractérisé en ce que ledit module de détection (55) du passage d’un train (41) comporte un accéléromètre.
11. 11 - Réseau comportant au moins deux dispositifs de mesure (1) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdits dispositifs de mesure (1), situés à des positions distinctes, sont configurés pour communiquer entre eux et pour combiner les informations issues de leurs capteurs (53) respectifs.
12. 12 - Système de maintenance d’un réseau ferré, comportant un ou plusieurs dispositifs de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’au moins un desdsts dispositifs de mesure (1) est configuré pour transmettre des mesures d’au moins une grandeur physique et des alertes à destination d’un serveur qui est équipé d’une interface homme-machine de présentation des données reçues.
13. 13 - Procédé de mesure d’une grandeur physique lors d’un phénomène intermittent par un dispositif de mesure (1) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de : - 60/ fonctionnement en mode veille, le module de détection (55) étant opérationnel, - 61/ détection par le module de détection (55) de l’imminence ou de la survenue du phénomène intermittent, - 62/ transition vers le mode actif, - 63/ mesure d’au moins une grandeur physique par le capteur (53), - 64/ transition vers le mode veille.