FR3098294A1 - Dispositif de mesure de l’écartement de deux éléments d’un appareil tendeur d’une caténaire - Google Patents

Dispositif de mesure de l’écartement de deux éléments d’un appareil tendeur d’une caténaire Download PDF

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Abstract

Titre : Dispositif de mesure de l’écartement de deux élément d’un appareil tendeur d’une caténaire L’invention concerne un dispositif de mesure (3) de l’écartement du curseur d’un premier élément (11) par rapport à un point de référence (131) d’un deuxième élément (13), caractérisé en ce que le dispositif comprend :- un aimant (31) solidaire du premier élément (11) et constituant le curseur;- une série de capteurs solidaires du deuxième élément (13), et régulièrement espacés les uns des autres, les capteurs générant un signal de sortie en fonction de leur proximité avec l’aimant (31), avec une intensité variable selon ladite proximité,  ;- des moyens de transmission (35) du signal de sortie de chacun des capteurs à une unité informatique de traitement (34),l’unité informatique de traitement (34) étant paramétrée pour déterminer une distance d’écartement (X) entre le point de référence (131) et l’aimant (31). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif de mesure de l’écartement de deux éléments d’un appareil tendeur d’une caténaire
Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication d’équipements de métrologie.
Plus précisément l’invention concerne un dispositif permettant de contrôler un déplacement d’un curseur par rapport à un point de référence.
Encore plus précisément, l’invention est appliquée au domaine de la maintenance ferroviaire et notamment à la mesure d’un déplacement entre un premier élément portant un curseur et un deuxième élément présentant un point de référence d’un appareil tendeur d’une caténaire.
Pour permettre un bon fonctionnement des caténaires de réseaux ferrés, ces dernières doivent être maintenues tendues selon une tension adéquate.
Pour réaliser la mise en tension et le maintien en tension d’une caténaire, les appareils tendeurs sont connus. Ces appareils tendeurs sont plus généralement connus sous le nom d’appareils tendeurs à moufle.
Un appareil tendeur est fixé à une extrémité d’une caténaire et sert d’interface entre la caténaire et un poteau. L’appareil tendeur comporte deux éléments qui sont reliés par un câble lesté. Chaque élément porte des poulies, et le câble lesté est enroulé autour de ces poulies.
Plus précisément, le câble lesté est enroulé autour des poulies et présente sur une extrémité un contrepoids. En conséquence, le contrepoids tend à rapprocher l’un de l’autre les deux éléments de l’appareil tendeur.
Ainsi, une caténaire est maintenue à une tension adéquate grâce à l’appareil tendeur qui transmet et démultiplie la force de tension exercée par le contrepoids.
Ces appareils tendeurs sont essentiels du fait que les caténaires sont sensibles aux conditions météorologiques.
Plus précisément, la température influe sur l’état de dilatation des caténaires, ce qui tend à contracter la caténaire lorsque les températures sont basses ou, au contraire, à détendre la caténaire lorsque les températures sont élevées.
Lors d’une opération de maintenance, les agents de maintenance doivent pouvoir vérifier le bon réglage en tension de la caténaire. Pour effectuer une telle opération, l’écartement entre les deux éléments d’un appareil tendeur est vérifié. Le déplacement du premier élément par rapport au deuxième élément, dans un laps de temps entre deux contrôles successifs, est alors déterminé.
Pour réaliser ce contrôle, il est connu de l’art antérieur des dispositifs de mesure qui comprennent une règle montée à demeure sur l’appareil tendeur qui permet de lire facilement à partir du sol l’écartement entre les deux éléments de l’appareil tendeur.
Dans ces dispositifs, la règle est couplée à un élément de l’appareil tendeur et s’étend en direction de l’autre élément.
Le dispositif de mesure comprend aussi un guide à l’intérieur duquel la règle est insérée, ce guide étant porté par l’autre élément de l’appareil tendeur. La position de la règle à l’intérieur du guide pointe ainsi vers une mesure présentée par la règle.
De tels dispositifs de mesure de l’écartement de deux éléments d’un appareil tendeur présentent néanmoins des inconvénients.
Selon un premier inconvénient, on peut noter que les conditions météorologiques, qui tendent à modifier la tension d’une caténaire, peuvent contrecarrer le fonctionnement du dispositif de mesure de l’écartement.
Plus précisément, en présence de températures négatives, la mobilité de la règle à l’intérieur du guide peut être compromise.
En effet, de la glace peut se former sur une caténaire, sur le dispositif tendeur, ainsi que sur la règle, ce qui tend à perturber, voire à empêcher la bonne mise en tension par le contrepoids de la caténaire, le câble lesté n’arrivant pas alors à rapprocher les deux éléments de l’appareil tendeur.
Par exemple, de la glace peut se former sur la règle et venir en butée contre le guide, empêchant alors la règle de coulisser à l’intérieur du guide, et par voie de conséquence empêchant les éléments de se rapprocher ou de s’écarter.
Par ailleurs, les conditions météorologiques et l’état de la caténaire peuvent créer un effort de torsion se répercutant sur la règle et sur le guide. Cet effort de torsion peut alors entraîner un désalignement de la règle par rapport à son guide, compliquant alors la lecture d’une mesure sur la règle et favorisant le phénomène précédemment décrit de blocage de la règle à l’intérieur de son guide.
On peut encore noter qu’en raison des contraintes pouvant apparaître (températures, tensions, efforts en torsion, …), un flambage de la règle est possible, pouvant s’accompagner de la destruction du dispositif de mesure et/ou de l’appareil tendeur et/ou de la caténaire.
Le document de brevet publié sous le numéro FR 3 063 541 décrit un dispositif de mesure permettant de répondre au moins partiellement aux contraintes de l’art antérieur précitées.
Toutefois, la lecture de la mesure sur la règle peut s’avérer difficile pour un agent de contrôle.
En effet, les appareils tendeur sont positionnés à plusieurs mètres du sol.
Dès lors, l’opérateur doit lire la graduation de la règle depuis le sol.
Les conditions météorologiques jouent alors un rôle important dès lors que, en cas de pluie, il est difficile pour l’opérateur de regarder la règle au risque de recevoir de l’eau dans les yeux, et en cas de soleil, la règle peut refléter le soleil et ainsi éblouir l’opérateur.
Au besoin, l’utilisateur peut utiliser des moyens optiques tels qu’un appareil photo porté par une perche ou encore une nacelle pour aller lire les graduations de la règle.
L’utilisation de tels d’appareils connexes complique alors le procédé de contrôle et peut demander un temps supplémentaire important, notamment de manipulation.
L’invention a notamment pour objectif de palier les inconvénients de l’art antérieur.
Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer un dispositif de mesure de l’écartement entre deux éléments dont le fonctionnement n’est pas, ou à tout le moins peu sensible aux conditions météorologiques.
L’invention a également pour objectif de proposer un tel dispositif de mesure qui puisse être adapté sur des appareils tendeurs déjà installés.
L’invention a encore pour objectif de proposer un tel dispositif de mesure qui qui soit simple d’utilisation et facilite, par voie de conséquence, le travail de contrôle de l’écartement entre les deux éléments.
Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l’invention qui a pour objet un dispositif de mesure de l’écartement du curseur d’un premier élément par rapport à un point de référence d’un deuxième élément, caractérisé en ce que le dispositif comprend :
- un aimant solidaire du premier élément et constituant le curseur;
- une série de capteurs solidaires du deuxième élément, et régulièrement espacés les uns des autres, les capteurs générant un signal de sortie en fonction de leur proximité avec l’aimant, avec une intensité variable selon ladite proximité, ;
- des moyens de transmission du signal de sortie de chacun des capteurs à une unité informatique de traitement,
l’unité informatique de traitement étant paramétrée pour déterminer une distance d’écartement entre le point de référence et l’aimant.
Un tel dispositif de mesure permet ainsi de s’affranchir d’une lecture par un opérateur directement sur une règle. En effet, une telle lecture peut s’avérer aléatoire tandis que la mesure obtenue par le dispositif de mesure selon l’invention est relativement précise.
Par ailleurs, l’utilisation d’un aimant et de capteurs permet d’obtenir une mesure fiable indépendamment des conditions météorologiques.
Selon un mode de réalisation préférentiel, ladite distance d’écartement est déterminée par la proximité de l’aimant, avec le capteur émettant un signal de sortie d’intensité supérieure aux intensités des signaux de sortie émis par les autres capteurs.
La simple excitation des capteurs par la présence de l’aimant peut ainsi être traduite en une information d’écartement entre les deux éléments.
La mesure de distance s’en trouve alors facilitée.
De préférence, les capteurs sont du type à effet Hall.
De tels capteurs permettent d’obtenir un signal de sortie analogique. En d’autres termes, contrairement à des capteurs de type tout ou rien, il est possible de déduire plus finement la position de l’aimant, et par voie de conséquence la distance d’écartement.
En effet, grâce à la valeur du signal numérique de sortie de chaque capteur, il est possible de déterminer si l’aimant est avant ou après le capteur et à quelle distance de celui-ci il se trouve.
Avantageusement, les moyens de transmission sont de type sans fil.
Cela permet de simplifier le dispositif de mesure, et notamment de limiter son poids et son encombrement. Par ailleurs, les risques de détérioration des moyens de transmission, par les conditions climatiques ou des volatiles par exemple, sont atténués, voire supprimés.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’unité informatique de traitement est distante des capteurs et de l’aimant.
L’opérateur de contrôle peut alors connaître la distance entre les deux éléments à distance. L’opérateur n’est alors plus obligé de se rendre sur place et peut, depuis un poste de contrôle commun à plusieurs dispositifs de mesure, établir un diagnostic de défaillance si nécessaire.
Préférentiellement, les capteurs sont régulièrement espacés d’une valeur comprise entre 15 mm et 45 mm.
Un espacement régulier des capteurs permet de simplifier la détermination de la distance d’écartement.
En fonction de la valeur du signal de sortie des capteurs, il est ainsi possible d’avoir une estimation de la position réelle du capteur, cette estimation pouvant être affinée par une méthode ad hoc.
Selon un mode préféré de réalisation, les capteurs sont portés par au moins une carte électronique, ladite carte électronique présentant des moyens de raccordement électrique.
Les capteurs sont ainsi solidaires d’un même support, ce qui permet de réaliser une installation simple et précise du dispositif de mesure.
Avantageusement, le dispositif de mesure comprend :
- une première carte électronique portant des capteurs ;
- une deuxième série de capteurs portant des capteurs,
la première carte électronique et la deuxième carte électronique étant aboutées et raccordées électriquement par leurs moyens de raccordement électrique respectifs.
Le dispositif de mesure peut ainsi être adapté à une plage d’écartements à mesurer. En outre, la connexion entre les cartes électroniques permet de s’assurer d’une continuité dans la mesure lorsque l’aimant défile devant les capteurs de plusieurs cartes électroniques successives.
Selon un aspect préférentiel, le premier élément et le deuxième élément appartiennent chacun à des sous-ensembles d’un appareil tendeur d’une caténaire.
Il est ainsi possible, pour un opérateur de contrôle de suivre la bonne tension d’une caténaire de voie ferrée par la distance entre les deux éléments de l’appareil tendeur.
L’invention concerne également un procédé de mesure d’un écartement entre un premier élément et un deuxième élément au moyen d’un dispositif de mesure tel que décrit précédemment, le dispositif comprenant :
- un aimant solidaire du premier élément et constituant un curseur;
- une série de capteurs solidaires du deuxième élément, et régulièrement espacés les uns des autres, les capteurs générant un signal de sortie en fonction de leur proximité avec l’aimant, avec une intensité variable selon ladite proximité ;
- des moyens de transmission du signal de sortie de chacun des capteurs à une unité informatique de traitement,
le procédé comprenant :
- une étape de détection d’un signal de sortie de l’un des capteurs, présentant une intensité supérieure à l’intensité du signal de sortie émis par les autres capteurs ;
- une étape de détermination, via l’unité informatique de traitement, de la distance d’écartement de l’aimant par rapport à un point de référence du deuxième élément, par la proximité de l’aimant avec un capteur émettant un signal de sortie présentant une intensité supérieure par rapport aux intensités des signaux de sortie émis par les autres capteurs.
Ce procédé permet ainsi de connaitre la distance entre le curseur et le point de référence et donc l’écartement entre le premier élément et le deuxième élément.
Avantageusement, les capteurs sont de type à effet hall, le procédé comprenant une étape de paramétrage, préalable à l’étape de détection, durant laquelle un modèle mathématique est développé à partir d’un premier capteur, d’un deuxième capteur et d’un troisième capteur contigus, le deuxième capteur émettant le signal de sortie d’intensité supérieure, le modèle mathématique incluant une fonction affine de la forme Y= AX+B,
où :
- le paramètre Y est une valeur de la différence entre l’intensité absolue du signal émis par le premier capteur et l’intensité du signal émis par le troisième capteur ;
- le paramètre A est le coefficient directeur, déterminé lors de l’étape de paramétrage ;
- le paramètre B est l’ordonnée à l’origine, déterminé lors de l’étape de paramétrage ;
- le paramètre X est la distance d’écartement entre le point de référence et l’aimant,
le modèle mathématique étant appliqué lors de l’étape de détermination.
L’étape de paramétrage permet de préciser la position de l’aimant par rapport au point de référence.
En effet, si un aimant est associé à une valeur unitaire, la fonction affine permet de déterminer les décimales de la valeur pour augmenter la précision de la mesure.
Cela est particulièrement utile lors que l’aimant est situé entre deux capteurs.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention, donné à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
est une représentation schématique d’un appareil tendeur de caténaire sur lequel un dispositif de mesure selon l’invention est monté ;
est une vue schématique illustrant deux cartes électroniques d’un dispositif de mesure selon l’invention ;
est une représentation schématique du dispositif de mesure selon l’invention, associée à un graphique illustrant un résultat de signaux émis par des capteurs du dispositif de mesure selon l’invention ;
est un graphique simplifié illustrant un résultat de signaux émis par des capteurs du dispositif de mesure selon l’invention, pour l’obtention d’une mesure d’écartement entre un premier élément et un deuxième élément de l’appareil tendeur de la figure 1.
La figure 1 illustre un appareil tendeur 1 de caténaire 2 sur lequel est monté un dispositif de mesure 3 selon l’invention.
Plus précisément, l’appareil tendeur 1 comprend :
- un premier élément 11 pourvu d’une première série de poulies 12 ;
- un deuxième élément 13 pourvu d’une deuxième série de poulie 14 et présentant un point de référence 131 ;
- un câble tendeur 15 ;
- un lest 16.
Le deuxième élément 13 est monté solidaire d’une installation de voie ferrée, et en particulier d’un pilier 4 support de caténaire 2.
Le premier élément 11 est raccordé à l’extrémité d’une caténaire 2 et relié au deuxième élément 13 par le câble tendeur 15.
Le câble tendeur 15 présente une première extrémité par laquelle il est solidarisé au premier élément 11 et est enroulé autour des différentes poulies 12,14 des éléments 11, 13.
Plus particulièrement, le câble tendeur 15 est successivement enroulé autour d’une première poulie 14a du deuxième élément 13, d’une première poulie 12a du premier élément 11, d’une deuxième poulie 14b du deuxième élément 13, d’une deuxième poulie 12b du premier élément 11, et enfin autour d’une troisième poulie 14c du deuxième élément 13.
Le câble tendeur 15 présente une deuxième extrémité libre s’étendant depuis la troisième poulie 14c du deuxième élément 13, cette deuxième extrémité libre étant solidaire du lest 16.
Grâce au jeu de poulies 12, 14, l’action du lest 16 sur le câble tendeur 15 engendre un rapprochement du premier élément 11 et du deuxième élément 13 de l’appareil tendeur 1 pour les immobiliser l’un par rapport à l’autre ou quasiment.
Ainsi, en fonction du poids du lest 16, il est possible de rapprocher ou d’écarter le premier élément 11 du deuxième élément 13.
En référence aux figures 1, 2 et 3, le dispositif de mesure 1 selon l’invention comprend :
- un aimant 31 constituant un curseur ;
- au moins une carte électronique 32 ;
- une série de capteurs 33 montés sur la carte électronique 32 ;
- une unité informatique de traitement 34 ;
- des moyens de transmission 35 d’un signal de sortie de chacun des capteurs 33 à l’unité informatique de traitement 35.
L’unité informatique de traitement 35 est paramétrée pour déterminer une distance d’écartement X entre le point de référence 131 et l’aimant 31, comme expliqué ci-après.
L’aimant 31 est solidaire du premier élément 11 et forme un curseur permettant la mesure de la distance d’écartement X entre le premier élément 11 et le deuxième élément 13 comme expliqué ci-après.
Les capteurs 33 sont solidaires du deuxième élément 13, et régulièrement espacés les uns des autres.
Plus particulièrement, les capteurs 33 sont espacés d’une distance comprise entre 15 mm et 45 mm. Préférentiellement, les capteurs 33 sont espacés les uns des autres d’une distance de 30 mm.
Les capteurs 33 sont destinés à réagir avec l’aimant 31, pour générer un signal de sortie en fonction de leur proximité avec l’aimant 31, avec une intensité du signal de sortie variable selon ladite proximité.
En d’autres termes, les capteurs 33 sont excités par la proximité de l’aimant 31. Ainsi, plus l’aimant 31 est proche du capteur 33 et plus ce dernier génère un signal de sortie de forte intensité. Bien entendu, plus le capteur 33 et l’aimant 31 sont éloignés, et plus le signal de sortie généré par le capteur 33 est faible.
Pour cela, les capteurs 33 sont du type à effet Hall, ce qui leur permet de générer un signal de sortie d’intensité variable, dont l’unité est le ADC Counts (en l’occurrence une image du flux magnétique en Tesla). Au contraire, un capteur de type tout ou rien génère un signal d’intensité constante dès qu’il est excité par la présence de l’aimant 31, cela indépendamment de sa distance avec l’aimant 31.
La carte électronique 32, porte :
- les capteurs 33 ;
- les moyens de transmission 35 ;
- des moyens de raccordement électrique 321.
Les moyens de transmission 35 sont avantageusement du type sans fils et permettent, via un protocole Bluetooth et/ou Wifi (marques déposées), et/ou par des ondes radio longue portée, de transmettre les signaux de sortie des capteurs 33 à l’unité informatique de traitement 34
L’unité informatique de traitement 34 est notamment solidaire de l’un du premier élément 11 et du deuxième élément 13, seul des moyens d’affichage sont déportés et prennent par exemple la forme d’un ordiphone, d’une tablette tactile ou encore d’un écran d’ordinateur détenu par un opérateur.
L’unité informatique de traitement 34 est notamment autonome et possède des moyens de communication sans fils pour communiquer avec les moyens de transmission comme expliqué ci-après. En variante, l’unité informatique de traitement 34 et les moyens de transmission peuvent être reliés par une liaison physique de type câblée par exemple.
Selon une variante de réalisation, l’unité informatique de traitement 34 est distante des capteurs 33 et de l’aimant 31. Par exemple, l’unité informatique de traitement 34 est située dans une salle de contrôle et commune à plusieurs dispositifs de mesure 3.
Plus précisément, les moyens de transmission 35 comprennent un microcontrôleur 351 destiné à recevoir les signaux de sortie des différents capteurs 33 et à les transmettre à l’unité informatique de traitement 34 via une antenne 352.
Selon une variante de réalisation alternative, le microcontrôleur 351 est intégré à l’unité informatique de traitement 34.
Les moyens de raccordement électrique 321 permettent de raccorder la carte électronique 32 à une source d’énergie permettant une alimentation en énergie de l’ensemble des capteurs 33 et des moyens de transmission 35.
Tel qu’illustré sur la figure 2, le dispositif de mesure 3 peut comprendre au moins une première carte électronique 32a et une deuxième carte électronique 32b. Dans ce cas, les cartes électroniques 32 sont aboutées les unes aux autres et raccordées électriquement par les moyens de raccordement électrique 321.
Dans le cas d’un aboutement de plusieurs cartes électroniques 32, les capteurs 33 de chaque carte forment une continuité de capteurs 33. En d’autres termes, les capteurs 33 forment un ensemble d’acquisition et non des groupes d’acquisition distincts les uns des autres.
De préférence, le dispositif de mesure 3 comprend trois cartes électroniques 32, chaque carte électronique 32 ayant une longueur de 33 cm.
En fonctionnement, chaque capteur 33 émet un signal de sortie en fonction de sa proximité avec l’aimant 31. Ces signaux de sortie sont représentés sur les graphiques des figures 3 et 4.
Ces signaux de sortie sont analysés par l’unité informatique de traitement 34 qui est paramétrée pour convertir les signaux de sortie en une mesure de l’écartement X de l’aimant 31 par rapport au point de référence 131.
Ainsi, la mesure, lue par un opérateur de contrôle permet de vérifier la bonne tension de la caténaire 2, l’écartement de l’aimant 31 par rapport au point de référence 131 étant corrélée à la tension de la caténaire 2.
Plus précisément, le dispositif de mesure 3 met en œuvre un procédé de mesure d’un écartement X entre un premier élément 11 et un deuxième élément 13, comprenant :
- une étape de détection d’un signal de sortie de l’un des capteurs 33, présentant une intensité supérieure à l’intensité du signal de sortie émis par les autres capteurs 33 ;
- une étape de détermination, via l’unité informatique de traitement 34, de la distance d’écartement X de l’aimant 31 par rapport à un point de référence 131 du deuxième élément 13, par la proximité de l’aimant 31, avec le capteur 33 émettant un signal de sortie d’intensité supérieure aux intensités des signaux de sortie émis par les autres capteurs 33.
Ce procédé est simple d’utilisation et de mise en œuvre, et permet d’obtenir une mesure de la distance d’écartement X par la détection du signal de sortie d’intensité supérieure.
En effet, chaque capteur 33 forme une graduation de la distance d’écartement du premier élément 11 par rapport au deuxième élément 13. Selon le cas illustré sur la figure 2, chaque graduation représente un écartement de 30 mm par rapport au précédent.
Ainsi, en comparant l’intensité du signal de sortie généré par les capteurs 33, il est possible de connaître de la distance d’écartement X.
Pour augmenter la précision de ce procédé, une première solution est de réduire la l’écartement entre les capteurs 33, notamment en les écartant de 10 mm les uns des autres.
Toutefois ce procédé donne un résultat dont la précision est de l’ordre de l’unité (du centimètre dans ce cas précis).
Pour obtenir plus de précision sur le résultat de la mesure, et notamment connaitre des décimales derrière l’unité, le procédé de mesure comprend également une étape de paramétrage, préalable à l’étape de détection, durant laquelle un modèle mathématique est développé à partir d’un premier capteur 331, d’un deuxième capteur 332, d’un troisième capteur 333 et d’un quatrième capteur 334 contigus, le deuxième capteur 332 étant celui émettant le signal de sortie d’intensité supérieure, le modèle mathématique incluant une fonction affine de la forme :
Y= AX+B,
Dans cette fonction affine :
- le paramètre Y est une valeur de la différence entre l’intensité absolue du signal émis par le premier capteur 331 et l’intensité du signal émis par le troisième capteur 333 ;
- le paramètre A est le coefficient directeur, déterminé lors de l’étape de paramétrage ;
- le paramètre B est l’ordonnée à l’origine, déterminé lors de l’étape de paramétrage ;
- le paramètre X est la distance d’écartement entre le point de référence 131 et l’aimant 31.
Ce modèle mathématique est alors appliqué lors de l’étape de détermination.
Lors de cette étape de paramétrage, l’aimant 31 est déplacé devant au moins quatre capteurs 33 contigus. De préférence, l’aimant 31 est déplacé devant tous les capteurs 33, de sorte que tous les capteurs génèrent un signal de sortie, tel qu’illustré sur la figure 3.
La suite de l’étape de paramétrage est décrite en référence à la figure 4.
Les signaux de sortie des capteurs 33 sont ensuite transformés en courbes C d’intensités de signal de sortie et tronqués pour n’en garder qu’une portion exploitable.
Plus précisément, les signaux sont regroupés par paires, par exemple par paires impaires et par paires paires.
Dans l’exemple illustré par la figure 4, Les signaux de sortie du premier capteur 331 et du troisième capteur 333 sont regroupés en une première paire et les signaux de sortie du deuxième capteur 332 et du quatrième capteur 334 sont regroupés en une deuxième paire.
Tel qu’illustré sur la figure 3, chaque courbe C se compose d’une portion courbe positive croissante et d’une portion courbe négative croissante. La portion courbe positive est séparée de la portion courbe négative par une portion sensiblement droite.
La portion sensiblement droite correspond au changement de polarité lors du passage de l’aimant 31 devant le capteur 33.
La troncature permet ainsi de ne conserver qu’une portion dite intéressante de la courbe C du signal de sortie de chaque capteur.
En d’autres termes¸ lorsque l’aimant 31 circule devant un capteur 33, le capteur 33 est excité par le pôle nord N d’abord puis le pôle sud S de l’aimant 31, ou inversement. La polarité de l’aimant 31, génère donc un signal de sortie du capteur 33 positif puis négatif, ou inversement.
Ainsi, lorsque la portion sensiblement droite de la courbe C rencontre l’axe des abscisses, cela signifie que le capteur 33 est autant excité par le pôle nord N de l’aimant 31, que par le pôle sud S, l’aimant 31 étant alors à son point de rebroussement.
Les valeurs des signaux de sortie des capteurs 33 sont donnés à titre uniquement illustratif sur la figure 3.
En référence à la figure 4, pour chaque signal d’une paire, la portion intéressante qui est conservée est la portion courbe dirigée vers l’autre signal de la même paire.
En d’autres termes, pour le premier capteur 331 et le deuxième capteur 332, seule la portion courbe négative est conservée (respectivement C1 et C2), et pour le troisième capteur 333 et le quatrième capteur 334, seule la portion courbe positive est conservée (respectivement C3 et C4).
Suite à la troncature, une fonction affine particulière AP est déterminée pour chaque paire. Pour la première paire, la fonction affine AP1 est donc déterminée, et pour la deuxième paire, la fonction affine AP2 est déterminée.
Ainsi, pour chaque paire de signaux de sortie, la valeur du paramètre Y est calculée comme étant la différence entre l’intensité absolue du signal émis par le premier capteur 331 et l’intensité du signal émis par le troisième capteur 333 pour un même point d’abscisse.
Les valeurs du paramètre A (coefficient directeur) et du paramètre B (ordonnée à l’origine) sont déterminées de manière connue algébriquement.
Pour chaque paire de signaux de sortie, une fonction affine particulière est ainsi déterminée.
Afin de proposer un modèle global applicable à chaque paire de signaux, une moyenne des valeurs du paramètre A est effectuée.
Lorsque la fonction affine est déterminée, l’étape de détermination peut ainsi être réalisée, pour obtenir une mesure de la distance d’écartement X précise à partir de l’exploitation des signaux de sortie d’une même paire.
Plus précisément, lorsque le signal de sortie d’intensité supérieure est identifié, sa valeur mesurée est reportée sur la portion de courbe correspondante au capteur 33 générant ledit signal, tel qu’illustré sur la figure 4 par la droite d.
Selon le point d’abscisse correspondant au signal de sortie d’intensité supérieur, la valeur des signaux est relevée sur les courbes C de la paire de capteurs 33 encadrant le capteur 33 générant le signal de sortie d’intensité supérieure.
A partir de ces valeurs, la valeur du paramètre Y de la fonction affine peut être appliquée et la valeur du paramètre X, c’est-à-dire la mesure d’écartement, peut être déterminée.
En référence à la figure 4, un exemple numérique est donné.
L’intensité du signal de sortie relevée pour le premier capteur 331 est de -200 ADC counts.
L’intensité du signal de sortie relevée pour le deuxième capteur 332 est de 400 ADC Counts.
L’intensité du signal de sortie relevée pour le troisième capteur 333 est de 30 ADC Counts.
L’intensité du signal de sortie relevée pour le quatrième capteur 334 est de 0 ADC Counts.
Au point d’abscisse correspondant (matérialisé par la droite d), on relève alors pour le premier capteur 331 une intensité du signal de sortie de -200 ADC Counts et pour le troisième capteur 333 une intensité du signal de sortie de 30 ADC Counts.
La valeur de la différence d’intensité de signal entre le signal absolu émis par le premier capteur 331 et le signal émis par le troisième capteur 333, c’est-à-dire la valeur du paramètre Y, est donc de 170 ADC Counts.
Par itérations successives, ou par méthode algébrique, les valeurs des paramètres A et B de la fonction affine sont respectivement 18,775 et 565,21.
Par application de la fonction affine ci-dessus présentée, la valeur de la distance d’écartement X obtenue est donc de 21,0498 mm.
Le premier élément 11 et le deuxième élément 13 sont donc écartés de 21,05 mm l’un de l’autre, à l’arrondi près.
Dans certains cas, deux 2 paires de capteurs 33 peuvent permettre d’obtenir une valeur de la distance d’écartement X.
A titre d’exemple, en référence à la figure 4, pour une valeur de la distance d’écartement X située aux environs de 45 mm, il est constaté un recouvrement de la des signaux de la première paire et de la deuxième paire de capteurs 33.
Ainsi, à la fois la première fonction affine AP1 et la deuxième fonction affine AP2 peuvent être utilisée. Par l’utilisation des deux fonctions affines, il est possible d’obtenir une meilleure fiabilité de la mesure puisque deux calculs distincts donneront un résultat identique.
Pour déterminer l’utilisation ou non d’une paire de capteur 33, il est possible de choisir un critère selon lequel, dès que la valeur du signal de sortie d’un capteur 33 d’une paire est nulle, alors ladite paire n’est pas considérée pour la détermination de la mesure de la distance d’écartement X.
Dans l’exemple numérique ci-avant, la deuxième paire de capteurs 33 n’est donc pas utilisée puisque la valeur du signal de sortie du quatrième capteur 334 est nulle.
Un autre critère peut être qu’une paire de capteurs 33 n’est utilisée que si l’un des capteurs 33 émet un signal négatif et l’autre des capteurs 33 émet un signal positif.
Les deux critères précités peuvent bien entendu être combinés.
Selon un mode de réalisation non illustré sur les figures, le dispositif de mesure 3 intègre également :
- un accéléromètre ;
- un capteur de température.
L’accéléromètre permet notamment de détecter la chute du premier élément 11 par rapport au deuxième élément 13.
Une telle chute peut résulter d’une rupture du câble tendeur 15, auquel cas le premier élément 11 chute jusqu’au sol, ou d’un effort trop important appliqué sur la caténaire 2 ou de sa rupture, auquel cas le premier élément chute 11 de manière rapide et, le cas échéant, sur une faible distance.
Un tel accéléromètre permet notamment de détecter un défaut anormal de la tension dans une caténaire 2. Dans ce cas, une alerte peut être émise pour déclencher l’intervention d’une équipe de maintenance ferroviaire.
Enfin, l’accéléromètre peut également permettre d’affiner encore la précision de la mesure de la distance d’écartement X du premier élément 11 par rapport au deuxième élément 13.
Le capteur de température peut, quant à lui, permettre de réaliser un monitoring de la tension de la caténaire 2. En effet, en fonction de la température extérieure et des conditions climatiques, les caténaires 2 peuvent nécessiter d’être retendues ou, au contraire, relâchées.
Dans ce cas, le capteur de température permet de relever la température in-situ et de vérifier, à distance que la tension de la caténaire 2 est adéquate. En cas de sous-tension ou de surtension de caténaire 2, l’intervention d’une équipe de maintenance ferroviaire peut être déclenchée.
Le dispositif de mesure 3 qui vient d’être décrit permet ainsi de suivre ou de détecter, de manière simple, rapide et précise :
- le fluage de la caténaire 2 (c’est-à-dire l’évolution de sa tension) ;
- la rupture de la caténaire 2 ;
- la compensation de la caténaire 2 en fonction des conditions climatiques ;
- un phénomène de grippage ou de blocage de l’appareil tendeur 1.
Le dispositif de mesure 3 permet également de s’affranchir en majorité des conditions climatiques lors de son utilisation.
En effet, l’utilisation du procédé et des capteurs 33 tels que décrits est que l’entrefer, c’est à dire la distance, entre la carte électronique 32 et le centre de l’aimant 31 n’a pas d’impact sur le fonctionnement du dispositif de mesure 3.
Bien que les valeurs des signaux de sortie sont plus forts ou plus faibles en fonction de l’entrefer, les pentes des fonctions affines AP sont conservées indépendamment dudit entrefer.
Aussi, dans les limites de la saturation des capteurs 33 et de leur sensibilité à l’aimant 31, que l’entrefer soit plus grand ou plus petit n’influence pas la détermination de la distance d’écartement X.
Ainsi, la carte électronique 32 est les capteurs 33 qu’elle porte sont toujours actifs, même si une fine pellicule de givre les recouvre ou qu’un vent tend à les écarter de l’aimant 31.

Claims (11)

  1. Dispositif de mesure (3) de l’écartement du curseur d’un premier élément (11) par rapport à un point de référence (131) d’un deuxième élément (13), caractérisé en ce que le dispositif comprend :
    - un aimant (31) solidaire du premier élément (11) et constituant le curseur;
    - une série de capteurs (33) solidaires du deuxième élément (13), et régulièrement espacés les uns des autres, les capteurs (33) générant un signal de sortie en fonction de leur proximité avec l’aimant (31), avec une intensité variable selon ladite proximité, ;
    - des moyens de transmission (35) du signal de sortie de chacun des capteurs (33) à une unité informatique de traitement (34),
    l’unité informatique de traitement (34) étant paramétrée pour déterminer une distance d’écartement (X) entre le point de référence (131) et l’aimant (31).
  2. Dispositif de mesure (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite distance d’écartement (X) est déterminée par la proximité de l’aimant (31), avec le capteur (33) émettant un signal de sortie d’intensité supérieure aux intensités des signaux de sortie émis par les autres capteurs (33).
  3. Dispositif de mesure (3) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs (33) sont du type à effet Hall.
  4. Dispositif de mesure (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de transmission (35) sont de type sans fil.
  5. Dispositif de mesure (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’unité informatique de traitement (34) est distante des capteurs (33) et de l’aimant (31).
  6. Dispositif de mesure (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs (33) sont régulièrement espacés d’une valeur comprise entre 15 mm et 45 mm.
  7. Dispositif de mesure (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs (33) sont portés par au moins une carte électronique (32), ladite carte électronique présentant (3) des moyens de raccordement électrique (321).
  8. Dispositif de mesure (3) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend :
    - une première carte électronique (32a) portant des capteurs (33) ;
    - une deuxième carte électronique (32b) portant des capteurs (33),
    la première carte électronique (32a) et la deuxième carte électronique (32b) étant aboutées et raccordées électriquement par leurs moyens de raccordement électrique (321) respectifs.
  9. Dispositif de mesure (3) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier élément (11) et le deuxième élément (13) appartiennent chacun à des sous-ensembles d’un appareil tendeur (1) d’une caténaire (2).
  10. Procédé de mesure d’un écartement entre un premier élément (11) et un deuxième élément (13) au moyen d’un dispositif de mesure (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, le dispositif comprenant :
    un aimant (31) solidaire du premier élément (11) et constituant un curseur;
    - une série de capteurs (33) solidaires du deuxième élément (13), et régulièrement espacés les uns des autres, les capteurs (33) générant un signal de sortie en fonction de leur proximité avec l’aimant (31), avec une intensité variable selon ladite proximité ; ;
    - des moyens de transmission (35) du signal de sortie de chacun des capteurs (33) à une unité informatique de traitement (34),
    le procédé comprenant :
    - une étape de détection d’un signal de sortie de l’un des capteurs (33), présentant une intensité supérieure à l’intensité du signal de sortie émis par les autres capteurs (33) ;
    - une étape de détermination, via l’unité informatique de traitement (34), de la distance d’écartement (X) de l’aimant (31) par rapport à un point de référence (131) du deuxième élément (13), par la proximité de l’aimant, avec le capteur (33) émettant un signal de sortie d’intensité supérieure aux intensités des signaux de sortie émis par les autres capteurs (33).
  11. Procédé de mesure selon la revendication précédente, dans lequel les capteurs (33) sont de type à effet hall, le procédé comprenant une étape de paramétrage, préalable à l’étape de détection, durant laquelle un modèle mathématique est développé à partir d’un premier capteur (331), d’un deuxième capteur (332) et d’un troisième capteur (333) contigus, le deuxième capteur (332) émettant le signal de sortie d’intensité supérieure, le modèle mathématique incluant une fonction affine de la forme Y= AX+B,
    où :
    - le paramètre Y est une valeur de la différence entre l’intensité absolue du signal émis par le premier capteur (331) et l’intensité du signal émis par le troisième capteur (333) ;
    - le paramètre A est le coefficient directeur, déterminé lors de l’étape de paramétrage ;
    - le paramètre B est l’ordonnée à l’origine, déterminé lors de l’étape de paramétrage ;
    - le paramètre X est la distance d’écartement entre le point de référence (131) et l’aimant (31),
    le modèle mathématique étant appliqué lors de l’étape de détermination.
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Citations (5)

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