FR3129470A1

FR3129470A1 - Procédé de mesure d’un niveau de remplissage d’une benne

Info

Publication number: FR3129470A1
Application number: FR2112434A
Authority: FR
Inventors: Vivien ELIE; Didier GABET; Benoit BOURREL
Original assignee: Birdz
Current assignee: Birdz
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2041-11-24
Also published as: FR3129470B1; WO2023094334A1

Abstract

L’invention concerne un procédé de mesure d’un niveau de remplissage d’une benne (1) équipée d’un système de mesure (2) comportant un émetteur-récepteur (3) à ultrason, le procédé comportant les étapes suivantes : (E1) Emission préalable d’un premier signal ultrason dans la benne vide et (E1’) réception d’un écho (ESi), dit signature, du premier signal ultrason par l’émetteur-récepteur ; (E3) Emission périodique dans la benne d’un deuxième signal ultrason identique au premier signal ultrason et (E3’) réception d’un écho (ECi) du deuxième signal ultrason par l’émetteur-récepteur ; (E4, E4’) Pour chaque écho reçu d’un deuxième signal ultrason, détermination d’une hauteur (h) de déchets contenus dans la benne au moyen dudit écho du deuxième signal ultrason et de l’écho signature. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Procédé de mesure d’un niveau de remplissage d’une benne

L’invention concerne le domaine de la gestion des déchets. Plus précisément, l’invention concerne un procédé de mesure d’un niveau de remplissage d’une benne destinée à recevoir des déchets.

Il existe un besoin pour connaitre, de façon précise, la quantité de déchets contenus dans une benne ou un conteneur. Une illustration de ce besoin est la collecte centralisée des déchets, dans laquelle des camions à ordures se rendent dans des points de collecte centraux de façon régulière afin de vider les bennes de ces points de collecte. La connaissance de la quantité de déchets contenus dans ces bennes permet ainsi d’optimiser la tournée des camions à ordures, notamment afin que ces derniers puissent se rendre dans les points de collecte lorsque les bennes risquent de déborder avant la tournée suivante. Cette optimisation permet ainsi de diminuer le cout opérationnel, écologique, matériel et humain de ces tournées, en évitant des tournées inutiles.

Afin de répondre à ce besoin, il existe des systèmes à capteurs à ultrasons permettant de détecter la hauteur des déchets contenus dans une benne, par mesure du temps de vol aller-retour des ultrasons entre le capteur et les déchets. Lorsqu’une hauteur suffisante est détectée, le système peut émettre une requête de vidage de la benne, afin de déclencher une tournée.

Toutefois, le type de système à capteur à ultrasons ne permet pas en l’état d’obtenir une mesure fiable, du fait de différents inconvénients structurels de la benne et du capteur.

En effet, on constate d’une part l’existence d’une zone aveugle du capteur. L’émetteur-récepteur, après émission des ultrasons, subit des oscillations libres amorties, pendant une courte période de temps durant laquelle l’intensité de ces oscillations surpasse celle des échos susceptibles d’être renvoyés par un objet en champ proche, rendant ainsi le récepteur aveugle dans la zone correspondant à cette période de temps.

D’autre part, une benne comporte généralement une structure de support, comme des barres de maintien agencées contre ses parois internes. Cette structure de support renvoie également un écho qui vient perturber l’analyse des échos reçus par le récepteur et peut être considéré, à tort, comme correspondant à une hauteur de remplissage de la benne.

Il existe ainsi un besoin permettant de fiabiliser la mesure de la hauteur des déchets contenus dans une benne par un système comportant un émetteur-récepteur à ultrasons.

L’invention se place dans ce contexte, et vise à répondre à ce besoin.

A ces fins, l’invention a pour objet un procédé de mesure d’un niveau de remplissage d’une benne équipée d’un système de mesure comportant un émetteur-récepteur à ultrason, le procédé comportant les étapes suivantes :

Emission préalable d’un premier signal ultrason dans la benne vide et réception d’un écho, dit signature, du premier signal ultrason par l’émetteur-récepteur ;
Emission périodique dans la benne d’un deuxième signal ultrason identique au premier signal ultrason et réception d’un écho du deuxième signal ultrason par l’émetteur-récepteur ;
Pour chaque écho reçu d’un deuxième signal ultrason, détermination d’une hauteur de déchets contenus dans la benne au moyen dudit écho du deuxième signal ultrason et de l’écho signature.

On comprend ainsi que, grâce à l’invention, il est possible de calibrer au préalable les échos générés par la structure de la benne, lorsque cette benne est vide, ainsi que les perturbations de la zone aveugle. Ces échos signatures permettent ensuite de filtrer les échos reçus par la suite, lors de la mesure du niveau de remplissage de la benne, de sorte à pouvoir employer une méthode de détermination de la hauteur de déchets dans la benne qui soit robuste vis-à-vis des perturbations engendrés par la structure de la benne et par le capteur. Le niveau de remplissage de la benne peut ainsi être estimé de façon fiable.

Par exemple, le premier signal ultrason émis par l’émetteur peut comprendre un premier train d’impulsions ultrasonores présentant chacune une première fréquence sonore donnée et une première intensité donnée, le premier train d’impulsions présentant une première fréquence donnée. Le cas échéant, le deuxième signal ultrason émis par l’émetteur peut comprendre un deuxième train d’impulsions ultrasonores présentant chacune une fréquence sonore identique à la première fréquence sonore et une intensité identique à la première intensité, le deuxième train d’impulsions présentant une fréquence identique à la deuxième fréquence donnée. De façon alternative ou cumulative, le rapport cyclique du deuxième signal ultrason peut être identique au rapport cyclique du premier signal ultrason.

Dans un exemple de réalisation de l’invention, le procédé pourra comporter une étape de détermination d’une ou plusieurs plages de hauteur, dites exclues, à partir de l’écho signature, ladite hauteur de déchets contenus dans la benne étant déterminée à partir dudit écho du deuxième signal ultrason en excluant la ou lesdites plages de hauteur exclues.

De préférence, l’étape de détermination de la ou des plages de hauteur exclues pourra comporter une étape de détection d’au moins un front montant, suivi d’un front descendant, dans l’enveloppe de l’écho signature et une étape d’estimation d’une borne inférieure et d’une borne supérieure d’une plage de hauteur exclue à partir desdits fronts montant et descendant détecté. Par exemple, un front montant pourra être détecté lorsque la valeur du signal dépasse une valeur seuil donnée, et un front descendant pourra être détecté lorsque la valeur du signal passe en dessous d’une valeur seuil donnée.

Avantageusement, l’étape de détermination de ladite hauteur de déchets contenus dans la benne pourra comprendre la détection du premier front montant, dans l’enveloppe dudit écho du deuxième signal ultrason, situé en dehors des zones correspondantes à la ou audites plages de hauteur exclues.

Dans un autre mode de réalisation, le procédé pourra comporter une étape de pondération de tout ou partie dudit écho du deuxième signal à ultrason par un coefficient de pondération déterminé à partir du rapport signal à bruit entre ledit écho du deuxième signal à ultrason et ledit écho signature. Par exemple, ledit coefficient pourra être fonction, voire égal, du rapport entre la valeur maximale dudit écho du deuxième signal à ultrason et la valeur maximale de l’écho signature.

Avantageusement, l’étape de détermination de ladite hauteur de déchets contenus dans la benne pourra comprendre la détection du premier front montant, dans l’enveloppe dudit écho du deuxième signal ultrason pondéré.

Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, le procédé pourra comporter une étape de détermination, par soustraction de l’écho signature audit écho du deuxième signal ultrason, d’un signal filtré, ladite hauteur de déchets contenus dans la benne étant déterminée au moyen dudit signal filtré.

Avantageusement, l’étape de détermination de ladite hauteur de déchets contenus dans la benne pourra comprendre la détection du premier front montant, dans l’enveloppe dudit écho du signal filtré.

Quel que soit le mode de réalisation, ladite étape de détermination de la hauteur des déchets contenus dans la benne pourra comporter :

une étape de détermination d’un temps de vol de chaque deuxième signal ultrason au moyen dudit premier front montant détecté;
une étape d’estimation de la hauteur des déchets à partir dudit temps de vol déterminé.

Par exemple, ledit temps de vol peut déterminé par un calcul de la durée séparant l’émission d’un front montant dudit deuxième signal ultrason et la réception dudit premier front montant détecté à partir de l’écho de ce deuxième signal ultrason. Il est ainsi possible de déterminer la distance parcourue par un signal ultrason entre l’émetteur ultrason et un obstacle, comme un déchet, une paroi de la benne ou un élément de structure de la benne, puis entre l’obstacle, sur lequel ce signal est réfléchi, et le récepteur ultrason. En variante, ladite hauteur des déchets peut être estimée directement en déterminant l’abscisse dudit front montant.

Dans un mode de réalisation de l’invention, le système de mesure comporte un capteur de température ambiante dans la benne. Le cas échéant, la température ambiante dans la benne peut être mesurée par ce capteur et la fréquence d’acquisition du récepteur à ultrason est modifiée en fonction de cette température mesurée. On entend par fréquence d’acquisition la fréquence d’échantillonnage du récepteur ultrason. De préférence, ladite fréquence d’acquisition peut être modifiée en fonction de ladite température mesurée et d’un pas de mesure de prédéterminé.

En effet, la vitesse de propagation du son dans un milieu est fonction de la température ambiante dans ce milieu. Et les récepteurs ultrasons généralement employés sont des récepteurs numériques, muni d’un convertisseur analogique numérique échantillonnant les signaux reçus, à des fins de traitement numérique de ces signaux. La vitesse d’échantillonnage de ce convertisseur est ainsi directement liée au pas de mesure du système. Par ailleurs, ce pas de mesure est également dépendant de la distance parcourue par un signal ultrason entre deux instants d’acquisition, et donc de la vitesse de ce signal. Or, si la vitesse du son varie entre deux mesures successives, par exemple du fait d’une variation de la température ambiante, le pas de mesure pour ces deux mesures est donc distinct, ce qui va à l’encontre du besoin de fiabilité de la mesure souhaité. Ces caractéristiques permettent ainsi de converser un pas de mesure du système de mesure constant et indépendant des variations de température ambiante.

Par exemple, la température ambiante peut être mesurée au moins lors de l’émission du premier signal ultrason, et éventuellement lors de chaque émission du deuxième signal ultrason, et la fréquence d’acquisition du récepteur à ultrason est modifiée en fonction de cette température mesurée avant l’étape de réception de l’écho dudit premier signal ultrason, et le cas échéant, de chaque émission du deuxième signal ultrason en fonction de ladite température mesurée. On garantit ainsi que le pas de mesure pour l’acquisition de l’écho signature est identique au pas de mesure de l’écho de chaque deuxième signal ultrason.

Dans un mode de réalisation, le système de mesure comporte un accéléromètre. Le cas échéant, le procédé peut comporter une étape de détection d’une fin d’opération de vidage de la benne mis en œuvre au moyen des mesures réalisées par l’accéléromètre, l’étape d’ émission préalable d’un premier signal ultrason étant renouvelée à l’issue de chaque détection de la fin d’une opération de vidage. Grâce à cette caractéristique, on dispose ainsi d’un système de mesure autonome, capable de renouveler de façon automatique l’acquisition d’un écho signature.

Par exemple, l’étape de détection d’une fin d’opération de vidage de la benne pourra comporter une étape de détection d’une opération de vidage de la benne suivie d’une détection d’un retour à un état de repos de la benne.

Avantageusement, ledit accéléromètre est apte à mesurer des accélérations de la benne selon au moins un axe, et notamment selon trois axes, dont deux axes horizontaux et un axe vertical. Le cas échéant, le système de mesure peut être solidaire de la benne.

De préférence, l’étape de détection d’une fin d’opération de vidage comporte une étape de détermination d’un écart type mobile d’au moins une mesure axiale, notamment de chacune des mesures axiales, de l’accélération de la benne réalisée par l’accéléromètre, une opération de vidage étant détectée si une valeur de cet écart type mobile est supérieure à une valeur seuil donnée. En d’autres termes, on détermine en permanence un écart type mobile de la ou des composantes axiales des N dernières mesures réalisées par l’accéléromètre, pour en surveiller l’évolution. Il est ainsi possible d’observer le comportement vibratoire de la benne sur une période de temps glissante, lequel traduit un repos ou une opération de vidage de la benne.

Avantageusement, l’écart type mobile pourra être déterminée à partir de moyennes mobiles des mesures axiales de l’accélération de la benne réalisée par l’accéléromètre. Si on le souhaite, une valeur maximale pourra être fixée pour déterminer l’écart type employé pour déterminer cet écart type mobile. On peut ainsi éviter que des valeurs importantes des mesures réalisées par l’accéléromètre ne viennent perturber l’analyse.

Avantageusement, l’écart type mobile pour des mesures réalisés à un instant T par l’accéléromètre pourra être déterminé au moyen des équations suivantes :

, où M_E _,A(T) est la valeur de la moyenne mobile d’une mesure axiale, selon un axe A, de l’accélération de la benne réalisée par l’accéléromètre pour un instant T, α_A(T) est la valeur de cette mesure axiale, selon l’axe A, à l’instant T et τ₁est la constante de lissage employée pour le calcul de cette moyenne mobile, et

, où σ_E(T) est la valeur de l’écart type mobile des différentes mesures axiales de l’accélération de la benne réalisées par l’accéléromètre pour un instant T, M_E _,A(T) est la valeur de la moyenne mobile d’une mesure axiale, selon un axe A, de l’accélération de la benne réalisée par l’accéléromètre pour un instant T, α_A(T) est la valeur de cette mesure axiale, selon l’axe A, à l’instant T, σ_maxest la valeur maximale fixée pour le calcul de l’écart type, et τ₂est la constante de lissage employée pour le calcul de cet écart type mobile.

De façon avantageuse, on pourra prévoir pour τ₁une valeur supérieure ou égale à 70%, notamment supérieure ou égale à 80%, de sorte à supprimer les mesures d’accélération de basse fréquence. De même, on pourra prévoir pour τ₂une valeur supérieure ou égale à 95%, notamment supérieure à égale à 99%, de sorte que la fenêtre glissante de calcul de l’écart type mobile soit d’au moins 40 secondes, voire d’au moins 45 secondes, cette période correspondant au temps nécessaire pour procéder à un vidage d’une benne.

Le cas échéant, une fin d’opération de vidage, et notamment un retour à un état de repos de la benne, pourra être détectée lorsque ledit écart type mobile repasse en dessous de ladite valeur seuil donnée et qu’au moins une mesure axiale, notamment chacune des mesures axiales, de l’accélération de la benne réalisée par l’accéléromètre reste en dessous d’une valeur seuil donnée pendant une durée supérieure à une durée seuil donnée.

Par exemple, un minuteur pourra être réinitialisé lorsque l’une des mesures axiales de l’accélération de la benne réalisée par l’accéléromètre dépasse une valeur seuil donnée, un retour à un état de repos étant détecté lorsque le minuteur dépasse une durée donnée, par exemple une durée supérieure ou égale à 3 minutes, voire supérieure ou égale à 5 minutes.

En variante, un retour à un état de repos de la benne pourra être détecté lorsqu’un autre écart type mobile d’au moins une mesure axiale, notamment de chacune des mesures axiales, de l’accélération de la benne réalisée par l’accéléromètre, déterminé pour une période de temps glissante plus courte que celle de l’écart type mobile employé pour la détection d’une opération de vidage, est inférieure une valeur seuil donnée.

Dans un mode de réalisation de l’invention :

l’étape d’émission préalable comporte l’émission préalable d’au moins deux, notamment trois, premiers signaux ultrason dans la benne vide selon deux, notamment trois, puissances d’émission distinctes et la réception d’au moins deux, notamment trois, échos, dit signature, de ces premiers signaux ;
l’étape d’émission périodique comporte l’émission périodique dans la benne d’au moins deux, notamment trois, deuxièmes signaux ultrason identiques aux premiers signaux ultrasons et la réception d’au moins deux échos, notamment trois, de ces deuxièmes signaux ;
on détermine ladite hauteur de déchets contenus dans la benne au moyen de l’écho du deuxième signal ultrason associé à chaque puissance d’émission et de l’écho signature associé à cette puissance d’émission.

Le cas échéant, on détermine la hauteur de déchets contenus dans la benne séquentiellement au moyen des échos de chacun des deuxièmes signaux ultrason associé à chaque puissance d’émission, lesdits échos étant ordonnés dans cette séquence selon les puissances d’émission qui leur sont associées. Par exemple, on détermine la hauteur des déchets à partir de l’écho associé à la plus petite puissance d’émission, et en cas d’échec de cette détermination, on détermine la hauteur des déchets à partir de l’écho associé à la plus petite puissance d’émission suivante, jusqu’à la détection d’une hauteur de déchets. De préférence, les signaux ultrasons sont émis successivement selon leur puissance d’émission.

Grâce à ces caractéristiques, il est possible de procéder à des mesures de niveau fiables selon différentes profondeurs. Les signaux de plus forte puissance permettent de détecter des niveaux de déchets profonds et très éloignés de l’émetteur-récepteur, mais présentent en revanche une zone aveugle plus longue, et ne peuvent ainsi détecter des niveaux de déchets proches de l’émetteur-récepteur. A l’inverse, les signaux basse puissance sont incapables de détecter des niveaux de déchets profonds mais, du fait de leur zone aveugle plus courte, peuvent adresser des niveaux de déchets proches de l’émetteur-récepteur.

Dans un mode de réalisation de l’invention, le système de mesure comporte un émetteur-récepteur d’un faisceau lumineux. Le cas échéant, le procédé peut comporter une étape d’émission périodique d’un faisceau lumineux et réception d’un écho de ce faisceau lumineux par cet émetteur-récepteur et une étape de détermination d’une hauteur de déchets contenus dans la benne au moyen dudit écho de ce faisceau lumineux. Par exemple, l’émetteur-récepteur dudit faisceau lumineux peut être un émetteur-récepteur d’un faisceau laser. Avantageusement, chaque émission périodique d’un faisceau lumineux peut être simultanée à l’une des émissions périodiques d’un deuxième signal ultrason. Cet émetteur-récepteur d’un faisceau lumineux étant quasiment dépourvu de zone aveugle, il permet d’une part d’obtenir une mesure fiable du niveau de remplissage de la benne lorsque ce niveau se trouve dans la zone aveugle de l’émetteur-récepteur ultrason. En outre, il est possible d’obtenir un faisceau lumineux fortement directif, en particulier dans le cas d’un émetteur laser, de sorte que l’émetteur-récepteur peut orienter le faisceau lumineux vers le fond de la benne et éviter ainsi les éléments de structure de cette benne. Enfin, l’utilisation d’un deuxième émetteur-récepteur permet de confirmer ou d’infirmer les mesures réalisées par l’émetteur-récepteur ultrasons.

L’invention a également pour objet un système de mesure d’un niveau de remplissage d’une benne, comportant un émetteur-récepteur à ultrason, une unité de contrôle dudit émetteur-récepteur et une unité de calcul, le système de mesure étant agencé pour mettre en œuvre le procédé de mesure selon l’invention.

Avantageusement, le système de mesure peut comporter un capteur de température ambiante dans ladite benne et/ou un accéléromètre et/ou un émetteur-récepteur d’un faisceau lumineux, notamment apte à émettre un faisceau lumineux dans la benne.

La présente invention est maintenant décrite à l’aide d’exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l’invention, et à partir des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent :

représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d’une benne vide, équipée d’un système de mesure d’un niveau de remplissage de cette benne selon un mode de réalisation de l’invention ;

représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe de la benne de la partiellement remplie de déchets ;

représente, schématiquement et partiellement, un procédé de mesure d’un niveau de remplissage d’une benne selon un mode de réalisation de l’invention ; et

représente, schématiquement et partiellement, des échos de signaux ultrasons reçus lors de la mise en œuvre du procédé de la .

Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.

On a représenté en une benne 1 destinée à collecter des déchets. De façon non limitative, ladite benne peut être destinée à recevoir du verre, du carton, des bouteilles en plastique, des sacs d’ordures ménagères, des déchets verts ou encore des vêtements.

Dans l’exemple décrit, la benne 1 comporte un corps 11 définissant un fond 11a et muni d’une ouverture 12 destinée à recevoir des déchets. Le corps 11 est pourvu, sur sa paroi interne, d’éléments de structure 13, comme des barres de soutien.

Afin de pouvoir mesurer, en temps réel, le niveau de remplissage de la benne 1, la benne est équipée d’un système 2 de mesure de ce niveau de remplissage selon un exemple de réalisation de l’invention.

Le système 2 comporte un émetteur-récepteur à ultrason 3, l’émetteur étant référencé 3a et le récepteur étant référencé 3b. L’émetteur-récepteur 3 est agencé de sorte à pouvoir émettre des signaux ultrason au sein du corps 11 et à pouvoir recevoir des signaux ultrason se propageant dans le corps 11. Il est à noter que le récepteur 3b est un récepteur muni d’un convertisseur analogique-numérique permettant de convertir des signaux ultrasonores reçus par le capteur en données numériques.

Le système 2 comporte un capteur de température 4, apte à mesurer une température ambiante au sein de la benne 1.

Le système 2 comporte un accéléromètre, apte à mesurer des accélérations de la benne selon trois axes, dont deux axes horizontaux et un axe vertical.

Le système 2 comporte un émetteur-récepteur 6 apte à émettre et recevoir un faisceau laser, cet émetteur-récepteur 6 étant agencé de sorte à pouvoir émettre un faisceau laser au sein du corps 11 et à pouvoir recevoir un faisceau laser se propageant dans le corps 11.

Afin de contrôler les différents capteurs et procéder à l’estimation d’un niveau de remplissage de la benne 1, le système 2 comporte une unité de contrôle 7a et de calcul 7b.

La représente la benne 1 remplie de déchets D jusqu’à un niveau que l’on souhaite estimer.

Selon l’art antérieur de la présente demande, l’unité de contrôle 7a contrôle l’émetteur 3a pour qu’il émette dans la benne 1 un signal ultrasonore, sous la forme d’un train d’impulsions ultrasonores. Chaque impulsion ultrasonore est alors partiellement réfléchie par les déchets D vers le récepteur 3b, ces réflexions formant ainsi un écho du signal ultrasonore émis. L’analyse de l‘enveloppe de cet écho par l’unité de calcul 7b permet de détecter un front montant correspondant au front montant du signal ultrasonore. L’unité de calcul 7b peut alors déterminer un temps de vol du signal ultrasonore entre l’émetteur 3a et le récepteur 3b. La vitesse du son étant connue, l’unité de calcul 7b peut ainsi déterminer la distance séparant la surface supérieure des déchets D de l’émetteur-récepteur 3 et donc estimer le niveau de remplissage de la benne 1.

Cette méthode présente toutefois plusieurs inconvénients, qui vont maintenant être exposés.

D’une part, l’émetteur-récepteur 3, après émission des ultrasons, subit des oscillations libres amorties, pendant une courte période de temps durant laquelle l’intensité de ces oscillations surpasse celle des échos susceptibles d’être renvoyés par un objet dans une zone ZA proche de l’émetteur-récepteur 3. En d’autres termes, le récepteur 3b est aveugle dans cette zone ZA, laquelle est définie par cette courte période de temps.

D’autre part, comme illustré sur la , les éléments de structure de la benne 1, et notamment la barre de soutien 13, réfléchissent également partiellement les impulsions ultrasonores vers le récepteur 3b. L’enveloppe de l’écho du signal ultrasonore comporte donc un pic correspondant à cette barre de soutien. Lorsque le niveau de remplissage de la benne 1 se trouve en dessous de cette barre de soutien 13, ce pic est alors susceptible d’être interprété comme un front montant correspondant au front montant du signal ultrasonore, et peut donc donner lieu à une estimation faussée du niveau de remplissage de la benne 1.

Enfin, il est à noter que l’estimation de la distance séparant l’émetteur-récepteur 3 de la surface supérieure des déchets est réalisée à partir du temps de vol du signal ultrasonore et de la vitesse du son. Or, la vitesse du son dans un milieu dépend de la température de ce milieu, laquelle n’est pas prise en compte dans cette estimation. Dès lors, le niveau de remplissage réel peut être différent du niveau de remplissage estimé grâce à cette méthode.

Afin de pallier ces différents inconvénients, l’unité de contrôle 7a et de calcul 7b met en œuvre un procédé de mesure d’un niveau de remplissage de la benne 1 selon un exemple de réalisation de l’invention, qui a été illustré en .

Dans une étape E1, l’unité de contrôle 7a contrôle l’émetteur 3a pour l’émission d’un premier signal ultrason dans la benne vide.

Cette étape E1 est ainsi déclenchée par l’unité de contrôle 7a, à la suite d’une étape de détection E5’ d’une fin d’opération de vidage de la benne mise en œuvre au moyen des mesures réalisées par l’accéléromètre 5.

Afin de permettre cette détection, l’accéléromètre 5 est apte à adopter une configuration de détection de mouvement de la benne 1 et une configuration de mesure continue des accélérations de la benne 1. Lorsque la benne 1 est au repos, l’accéléromètre 5 adopte la configuration de détection de mouvement. Lorsque cet accéléromètre 5 détecte, dans une étape E5, une accélération de la benne 1 supérieure à un seuil donné, et donc que la benne 1 est en mouvement, l’accéléromètre 5 adopte alors, dans une étape E6, la configuration de mesure continue et transmet toutes les mesures qu’il acquiert à l’unité de calcul 7b.

Dans l’étape E6, à la suite de la détection de l’accélération de la benne 1 par l’accéléromètre 5, l’unité de calcul 7b initialise trois variables de moyenne mobile M_E _,X(0), M_E _,Y(0) et M_E _,Z(0) pour chacune des mesures axiales α_X, α_Yet α_Z, selon chacun des axes horizontaux X, Y et vertical Z, réalisées par l’accéléromètre. L’unité de calcul 7b initialise également une variable d’écart type mobile σ_E(0) à une valeur 0. Enfin, l’unité de calcul 7b initialise un minuteur Tm.

Par la suite, dans une étape E7, pour chaque nouvelle mesure α_X, α_Yet α_Zréalisée par l’accéléromètre 5, l’unité de calcul 7b met à jour la valeur des variables de moyenne mobile, au moyen de l’équation suivante :

, τ₁étant égal, dans cet exemple, à 80%.

L’unité de calcul 7b met ensuite à jour la variable d’écart type mobile, au moyen de l’équation suivante :

, τ₂étant égal, dans cet exemple, à 99%.

Parallèlement à l’étape E7, dans une étape E7’, si l’une des nouvelle mesure α_X, α_Yet α_Zréalisée par l’accéléromètre 5 est supérieure à une valeur seuil donnée α_TS, le minuteur est réinitialisé par l’unité de calcul 7b.

Dans une étape E8, la valeur de la variable d’écart type mobile σ_E(T) est comparé à une valeur seuil donnée σ_TS. Si cette variable est supérieure à la valeur seuil donnée σ_TS, une opération de vidage est donc détectée, l’étape E7 étant alors renouvelée pour la mesure suivante.

Dans le cas contraire, dans une étape E9, si le minuteur dépasse une durée donnée T_TS, par exemple de 5 minutes, un retour à un état de repos de la benne 1, et donc une fin d’opération de vidage, est détecté dans l’étape E5’. Sinon, l’étape E7 est renouvelée pour la mesure suivante.

A l’issue de l’étape E9, lorsque ledit minuteur dépasse la durée donnée T_TS, l’accéléromètre 5 adopte de nouveau la configuration de détection de mouvement, de sorte à diminuer la consommation électrique globale du système de mesure 2.

Comme décrit précédemment, à l’issue de l’étape E5’, lors de la détection d’une fin d’opération de vidage, l’unité de contrôle 7a contrôle l’émetteur 3a pour l’émission d’un premier signal ultrason dans la benne vide. Plus précisément, dans l’étape E1, l’unité de contrôle 7a contrôle l’émetteur 3a pour l’émission successive de trois premiers signaux ultrason dans la benne vide selon trois puissances d’émission distinctes, les premiers signaux ultrason étant par exemple émis par ordre croissant de leurs puissances d’émission. Dans l’exemple non limitatif décrit, chaque premier signal ultrason est formé d’un train d’impulsions ultrasonores, dont le rapport cyclique et/ou l’intensité sont déterminés en fonction de la puissance d’émission souhaitée.

Dans une étape E10 succédant à l’étape E1, le capteur de température 4 mesure une température ambiante T° dans la benne 1, et l’unité de contrôle 7a modifie la fréquence d’acquisition f du récepteur 3b, ou plus précisément la fréquence d’échantillonnage du convertisseur analogique-numérique de ce récepteur 3b, en fonction de cette température ambiante T° et d’un pas de mesure prédéterminé.

A titre d’exemple non limitatif, l’une de calcul 7b estime une vitesse de propagation du son en fonction de ladite température T°, selon l’équation suivante :

, où V_sonest la vitesse du son et a et b sont des constantes prédéterminées. Par exemple, a pourra être égale à 0,6 et b pourra être égale à 331.

L’unité de calcul détermine alors la fréquence d’échantillonnage à l’aide de l’équation suivante :

, où f_echest la fréquence d’échantillonnage, V_sonest la vitesse du son et p un pas de mesure prédéterminé. Par exemple, p pourra être égal à 0,01, pour correspondre à un pas de mesure de 10 mm.

Dans une étape E1’, le récepteur 3b reçoit successivement trois échos, dit signature, ES_ides premiers signaux émis lors de l’étape E1. Dans l’exemple décrit, les trois premiers signaux sont successivement émis puis les trois échos sont successivement reçus. L’invention n’est pas limitée à cette séquence d’émission-réception et s’entend également pour une séquence dans laquelle un premier signal est émis, et le premier signal suivant n’est pas émis que lorsque l’écho du premier signal a été reçu.

La benne 1 étant vide, chaque écho signature comporte ainsi un plateau initial, correspondant à la zone aveugle ZA de l’émetteur-récepteur 3 pour la puissance d’émission du premier signal ultrason correspondant à cet écho signature, un premier pic correspondant à la barre de soutien 13, et un deuxième pic correspondant au fond 11a de la benne 1.

Du fait de l’adaptation de la fréquence d’acquisition du récepteur 3b à la température T° de la benne 1, les échos ES_iobtenus à l’issue de cette étape E1’ sont invariants avec cette température T°.

Dans une étape E2, pour chacun de ces échos ES_i, l’unité de calcul 7b détecte le plateau initial P1, le front montant et le front descendant du premier pic P2 et le front montant et le front descendant du deuxième pic P3, en comparant les valeurs de l’écho à une ou plusieurs valeurs seuils données. L’unité de calcul 7b détermine alors des bornes de plages de hauteur exclues Z_P1, Z_P2et Z_P3en déterminant l’abscisse des valeurs de l’écho correspondant à ces valeurs seuils, par analyse du temps de vol de cet écho.

Dans une étape E3, l’unité de contrôle 7a contrôle l’émetteur 3a pour l’émission successive, dans la benne 1, de trois deuxièmes signaux ultrason identiques aux premiers signaux ultrasons. En d’autres termes, chaque deuxième signal ultrason est formé d’un train d’impulsions ultrasonores dont le nombre d’impulsions, la fréquence sonore de chaque impulsion, le rapport cyclique du train et/ou l’intensité de chaque impulsion sont identiques à ceux de l’un des premiers signaux ultrasons émis à l’étape E1. La puissance d’émission de ce deuxième signal est donc identique à la puissance d’émission du premier signal auquel il correspond.

De façon équivalente à l’étape E10, dans une étape E11 succédant à l’étape E3, le capteur de température 4 mesure une température ambiante T° dans la benne 1, et l’unité de contrôle 7a modifie la fréquence d’acquisition f du récepteur 3b en fonction de cette température ambiante T° et du même pas de mesure utilisé à l’étape E10.

Dans une étape E3’, le récepteur 3b reçoit successivement trois échos EC_ides deuxièmes signaux émis lors de l’étape E3. Comme pour l’étape E1, du fait de l’adaptation de la fréquence d’acquisition du récepteur 3b à la température T° de la benne 1, les échos EC_iobtenus à l’issue de cette étape E2’ sont invariants avec cette température T°.

Il à relever que les étapes E3, E11 et E3’ sont renouvelées périodiquement, par exemple toutes les 60 minutes, de sorte à pouvoir obtenir des échos EC_ide façon récurrente.

Dans une étape E12, en parallèle de l’étape d’émission E3, l’unité de contrôle 7a contrôle l’émetteur-récepteur laser 6 pour l’émission d’un faisceau laser dans la benne 1. Ce faisceau laser est un faisceau dont l’angle d’ouverture est sensiblement mince au regard des dimensions de la benne 1. Le faisceau laser est donc fortement directif et atteint directement les déchets D, sans être réfléchi au préalable par les éléments de structure de la benne 1. Il est alors réfléchi par les déchets D vers l’émetteur-récepteur laser 6, qui reçoit donc un écho L de ce faisceau laser dans une étape E12’. L’unité de calcul 7b peut alors déterminer, dans une étape E12’’, une hauteur de déchets D contenus dans la benne 1 au moyen dudit écho L, par exemple par analyse du temps de vol du faisceau laser. Cette hauteur pourra notamment être utilisée pour confirmer ou infirmer une mesure du niveau de déchet réalisée à partir des échos EC_i, dans des étapes qui font être décrites maintenant.

On a représenté en les échos EC₁, EC₂et EC₃reçus à l’issue de l’étape E3’. Il est à relever que, du fait de l’étape E11, l’abscisse de ces échos est une échelle de distance, dont l’unité est le pas de mesure p.

On retrouve, sur chacun de ces échos, un plateau P1 correspondant à la zone aveugle ZA, un premier pic P2 correspondant à la barre de soutien 13, et un deuxième pic P3 correspondant au fond 11a de la benne 1. Ces échos contiennent par ailleurs un pic P4 correspondant à la surface supérieure des déchets D, ce pic P4 étant inférieur au pic P1. Comme expliqué précédemment, il n’est donc pas possible en l’état de détecter un front montant de ce pic P4 dans ces échos, pour déterminer la hauteur de la surface supérieure des déchets D, dans la mesure où on ne pourra détecter que le front montant du pic P2. Toutefois, on dispose désormais des plages de hauteurs exclues Z_P1, Z_P2et Z_P3permettant de discriminer les pics P1, P2 et P3 lors de l’analyse des échos.

Dans une étape E4, l’unité de calcul 7b procède ainsi à une élimination des pics correspondant à des hauteurs contenus dans les plages de hauteur exclues Z_P1, Z_P2et Z_P3, en cherchant le premier front montant non contenu dans ces zones exclues. A ces fins, l’unité de calcul 7b essaye de détecter le premier front montant dans l’enveloppe de l’écho EC₁du deuxième signal présentant la plus petite puissance d’émission, et donc la hauteur, déterminée à partir du temps de vol de ce deuxième signal, est en dehors des plages de hauteur exclues Z_P1, Z_P2et Z_P3. En cas d’échec de cette détection, l’unité de calcul essaye de détecter le premier front montant dans l’enveloppe de l’écho EC₂du deuxième signal présentant la deuxième plus petite puissance d’émission et ainsi de suite jusqu’à effectivement détecter un front montant. En cas de succès de la détection, dans une étape E4’, l’unité de calcul 7b détermine alors la hauteur h de la surface supérieure des déchets D en déterminant l’abscisse de ce front montant du pic P4 qui a été détecté. Cette hauteur h correspond ainsi au niveau de remplissage de la benne 1.

Il est à noter qu’à chaque vidage de la benne, ce vidage, et en particulier la fin de ce vidage, fera l’objet d’une détection par le système de mesure 2, grâce aux étapes E5 jusqu’à E5’ du procédé. De la sorte, les étapes E1 et suivantes du procédé sont ainsi renouvelées de façon récurrente.

La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir fiabiliser la mesure de la hauteur des déchets contenus dans une benne par un système comportant un émetteur-récepteur à ultrasons, notamment en proposant un procédé de mesure dans lequel les échos ultrasons générés par la structure de la benne et les perturbations générées par les oscillations libres amorties de l’émetteur-récepteur sont calibrées afin d’être prise en compte lors de la mesure de la hauteur des déchets.

En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. On pourra en particulier envisager d’émettre un seul premier signal ultrason et un seul deuxième signal ultrason, ou encore un nombre différent de premier et de deuxième signaux ultrasons que celui qui a été décrit. On pourra également envisager d’autres modes de détection d’une opération de fin de vidage de la benne, et notamment des modes de réalisation employant d’autres types de capteurs qu’un accéléromètre ou employant d’autres algorithmes que celui qui a été décrit.

Claims

Procédé de mesure d’un niveau de remplissage d’une benne (1) équipée d’un système de mesure (2) comportant un émetteur-récepteur (3) à ultrason, le procédé comportant les étapes suivantes :
(E1) Emission préalable d’un premier signal ultrason dans la benne vide et (E1’) réception d’un écho (ES_i), dit signature, du premier signal ultrason par l’émetteur-récepteur ;

(E3) Emission périodique dans la benne d’un deuxième signal ultrason identique au premier signal ultrason et (E3’) réception d’un écho (EC_i) du deuxième signal ultrason par l’émetteur-récepteur ;

(E4, E4’) Pour chaque écho reçu d’un deuxième signal ultrason, détermination d’une hauteur (h) de déchets contenus dans la benne au moyen dudit écho du deuxième signal ultrason et de l’écho signature.
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte une étape (E2) de détermination d’une ou plusieurs plages de hauteur (Z_P1, Z_P2, Z_P3), dites exclues, à partir de l’écho signature (ES_i), ladite hauteur (h) de déchets contenus dans la benne (1) étant déterminée à partir dudit écho (EC_i) du deuxième signal ultrason en excluant la ou lesdites plages de hauteur exclues.
Procédé selon la revendication précédente, le système de mesure (2) comportant un capteur (4) de température ambiante dans la benne (1), dans lequel la température ambiante (T°) dans la benne est mesurée par ce capteur et dans lequel la fréquence d’acquisition (f) du récepteur à ultrason (3b) est modifiée en fonction de cette température mesurée.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, le système de mesure comportant un accéléromètre (5), caractérisé en ce qu’il comporte une étape (E5’) de détection d’une fin d’opération de vidage de la benne (1) mis en œuvre au moyen des mesures (α_X, α_Y, α_Z) réalisées par l’accéléromètre , l’étape (E1) d’ émission préalable d’un premier signal ultrason étant renouvelée à l’issue de chaque détection de la fin d’une opération de vidage.
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit accéléromètre (5) est apte à mesurer des accélérations (α_X, α_Y, α_Z) de la benne (1) selon au moins un axe (X, Y, Z) et dans lequel l’étape (E5’) de détection d’une fin d’opération de vidage comporte une étape (E7) de détermination d’un écart type mobile (σ_E(T)) d’au moins une mesure axiale, de l’accélération de la benne réalisée par l’accéléromètre, une opération de vidage étant détectée si une valeur de cet écart type mobile est supérieure à une valeur seuil donnée (σ_TS).
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel une fin d’opération de vidage est détectée lorsque ledit écart type mobile ((σ_E(T)) repasse en dessous de ladite valeur seuil donnée (σ_TS) et qu’au moins une mesure axiale (α_X, α_Y, α_Z) de l’accélération de la benne (1) réalisée par l’accéléromètre (5) reste en dessous d’une valeur seuil donnée (α_TS) pendant une durée supérieure à une durée seuil donnée (T_TS).
Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape (E1) d’émission préalable comporte l’émission préalable d’au moins deux premiers signaux ultrason dans la benne (1) vide selon deux puissances d’émission distinctes et la réception d’au moins deux échos (ES_i), dit signature, de ces premiers signaux ; et dans lequel l’étape d’émission (E3) périodique comporte l’émission périodique dans la benne d’au moins deux deuxièmes signaux ultrason identiques aux premiers signaux ultrasons et la réception d’au moins deux échos (EC₁, EC₂, EC₃) de ces deuxièmes signaux ; dans lequel on détermine ladite hauteur (h) de déchets contenus dans la benne au moyen de l’écho du deuxième signal ultrason associé à chaque puissance d’émission et de l’écho signature associé à cette puissance d’émission, et dans lequel on détermine la hauteur de déchets contenus dans la benne séquentiellement au moyen des échos de chacun des deuxièmes signaux ultrason associé à chaque puissance d’émission, lesdits échos étant ordonnés dans cette séquence selon les puissances d’émission qui leur sont associées.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, le système de mesure (2) comportant un émetteur-récepteur (6) d’un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu’il comporte une étape (E12) d’émission périodique d’un faisceau lumineux et (E12’) réception d’un écho (L) de ce faisceau lumineux par cet émetteur-récepteur et une étape (E12’’) de détermination d’une hauteur (h) de déchets contenus dans la benne (1) au moyen dudit écho de ce faisceau lumineux.
Système de mesure (2) d’un niveau de remplissage d’une benne (1), comportant un émetteur-récepteur (3) à ultrason, une unité de contrôle (7a) dudit émetteur-récepteur et une unité de calcul (7b), le système de mesure étant agencé pour mettre en œuvre le procédé de mesure selon l’une des revendications précédentes.
Système de mesure selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte un capteur (4) de température ambiante dans ladite benne, un accéléromètre (5) et un émetteur-récepteur (6) d’un faisceau lumineux.