WO2020157390A1 - Procédé et dispositif pour mesurer la position et/ou le déplacement de deux sites l'un par rapport à l'autre - Google Patents

Procédé et dispositif pour mesurer la position et/ou le déplacement de deux sites l'un par rapport à l'autre Download PDF

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WO2020157390A1
WO2020157390A1 PCT/FR2019/050218 FR2019050218W WO2020157390A1 WO 2020157390 A1 WO2020157390 A1 WO 2020157390A1 FR 2019050218 W FR2019050218 W FR 2019050218W WO 2020157390 A1 WO2020157390 A1 WO 2020157390A1
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WO
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elements
receivers
evaluation
coupling
primary
Prior art date
Application number
PCT/FR2019/050218
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English (en)
Inventor
Dominique Oswald
Constant CHOQUEUSE
Original Assignee
Osmos Group
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
    • G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2073—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by movement of a single coil with respect to two or more coils
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring the position and / or displacement of two sites relative to each other.
  • the present invention also relates to a device for carrying out such a measurement.
  • the invention relates in particular but not limited to the field of displacements over distances of the order of a tenth of a mm to a few cm. It is mainly aimed at applications requiring monitoring over a long period, for example several years.
  • a particular field of application is that of monitoring cracks or interstices in buildings, civil engineering works or natural structures such as cliffs or galleries.
  • a device according to the invention can thus constitute a fissurometer.
  • the two sites are chosen on either side of the crack or the gap to be monitored.
  • a device according to the invention can also act as an extensometer making it possible to measure the deformations and / or the stresses in a work or a natural structure, the two sites then being chosen in two locations of the same solid, suitably spaced apart. one another.
  • crackometers comprising two elements, one of which, fixed to one of the sites, carries an index which slides in front of a graduated scale carried by the other element, fixed to the other site.
  • Such a device requires reading in situ, which is very restrictive or even impossible in certain installation cases. Its accuracy is limited.
  • LVDT Linear Variable Differential Transformer
  • one of the elements is a core of magnetically permeable material which slides in a bore of the other element.
  • the bore is surrounded by a transformer primary, placed axially between two secondaries which also surround the bore.
  • Any axial displacement of the core disadvantages the coupling of one of the secondaries with the primary and promotes the coupling of the other secondary.
  • By differentiating between the responses of the two secondaries we obtain a measure of the relative position of the two elements.
  • This known device also only gives a response in one direction. Each element requires careful fixation, articulated to the associated site.
  • the construction is complex, the response of the device being a function of the radial play and the mutual centering of the two elements. Seizures of the two elements relative to each other are possible. The measurement in the direction of movement monitored is liable to be distorted by possible displacements corresponding to other degrees of freedom between the two sites.
  • US Pat. No. 3,827,291 describes a device of the same type but each of whose elements carries windings.
  • One of the elements forms with the site to which it is fixed a slot in which the other element, of flat shape, slides in the direction of movement provided.
  • the precision of the measurement of the movement according to the degree of freedom chosen as being to be monitored depends on the presence - no - of movements according to secondary degrees of freedom.
  • the aim of the present invention is to provide a method and a device for measuring position and / or displacement which overcomes all or part of the drawbacks of the known methods and devices.
  • the method for measuring a position and / or a displacement of two sites with respect to one another comprising the steps:
  • anchoring at each of the two sites, of a respective element, the elements comprising magnetic means comprising at least one flux emitter, at least two flux receivers and magnetic coupling surfaces, each receiver being magnetically connected to the emitter via at least one air gap between two coupling surfaces each secured to one of the elements, the coupling surfaces having on each element a predetermined topographic arrangement, said anchoring placing the two elements in a variable spatial relationship influencing the degree of magnetic coupling in each gap; ⁇ detection of a physical quantity sensitive to the aforementioned degree of coupling;
  • the degrees of coupling vary with respect to each other in different ways depending on the position of the elements one by one. relative to the other along at least two axes (X, Y) corresponding respectively to at least two degrees of freedom;
  • the evaluation provides a measurement of at least one position and / or displacement component, corresponding to a respective one of the at least two aforementioned degrees of freedom, this measurement being corrected for the influence of position according to the other of at least two degrees of freedom.
  • the invention is remarkably simple in terms of means and beneficial in terms of results.
  • the invention eliminates both the need for linear guidance between the two elements and / or the risk of measurement distorted by an unforeseen movement in the second direction. It is thus possible, for example, to monitor the mutual spacing of the two lips of a crack, without the measurement being distorted by a possible mutual sliding of the two lips parallel to one another.
  • the movement component to be monitored corresponds to a degree of freedom in translation and at least one other component corresponds to all or part of the other five degrees of freedom which may, depending on the case, exist between the two sites.
  • said physical quantity is obtained respectively for each of the at least two receivers.
  • the detection results are processed in a combined manner to provide the measurement of position or displacement according to at least one degree of freedom.
  • This differs from the prior art of LVDTs, where the detection relates only to the algebraic sum of two opposite voltages induced in two secondary windings mounted in opposition.
  • the two elements are free of any mechanical connection with respect to each other. This avoids certain manufacturing and assembly difficulties, and most of the risks of seizing on sites.
  • said anchoring step is a step of rigidly fixing each element to the respective site.
  • the device is then simple to set up and robust over time.
  • one option when anchoring the elements on the two sites, one option consists in at least partially casting one of the elements, in particular a passive element as explained below, in an integral mass and / or in the less partially constitutive of the associated site.
  • the two elements can advantageously be maintained by temporary mechanical means in a desired initial spatial relationship, then after fixing the two elements are released from one another by deactivating the temporary mechanical means.
  • This guarantees the desired predetermined initial spatial relationship which can be chosen to be central relative to the range of displacements that the device is capable of measuring, or on the contrary off-center to increase on one side the range of detectable displacements, and reduce it by opposite side, and this relative to the movement component to be measured and / or to at least one other possible movement component.
  • the at least two degrees of freedom comprise two directions in a plane common to the air gaps formed by the coupling surfaces.
  • the evaluation involves at least one geometry coefficient which has been determined experimentally, the evaluation preferably comprising a correction as a function of the distance between the two elements.
  • the mathematical evaluation of the measured quantities provides an indication of the inclination of the elements with respect to each other.
  • the detection result and / or the evaluation result is transmitted to a remote site, in particular by wireless transmission.
  • the magnetic means are electromagnetic transformation means
  • the at least one flux transmitter is at least one primary of the transformation means
  • the at least two receivers are secondaries of the transformation means, and we feeds the primary using an oscillating generator.
  • the evaluation step provides, from said derivative of the current flowing through the primary, a position and / or displacement value of the two elements relative to each other in a direction distance between the coupling surfaces of the two elements.
  • the detection comprises a detection of the voltage at the terminals of each of the secondaries. This voltage varies across each secondary as a function of the degree of coupling of the branch of the magnetic circuit which passes through the secondary.
  • the evaluation comprises for each secondary a division of the voltage detected by said derivative of the current. The effects, on the measured quantity, of any variations in the spacing between the two elements are thus corrected.
  • the evaluation comprises dividing a measurement of the flux of each secondary by a measurement of the electromotive force.
  • the device When the device is manufactured or at the latest after installation of only one of the two elements on the associated site, it is possible to determine, for each secondary mounted on one of the elements also comprising a corresponding primary, the air inductance closing the magnetic circuit between this primary and this secondary in the absence of the other element, and during the evaluation, the inductance added by the other element is determined for each secondary by deducting from the total inductance said inductance of the air. This improves the accuracy of the evaluation.
  • the power supply by the electric generator is intermittent. This saves energy while dispensing, without inconvenience in practice, to a strictly permanent measurement.
  • the at least one emitter is a permanent magnet and the at least two receivers are chosen from the group comprising Hall effect probes and magnetometers, in particular those called “flux gates”.
  • the device for measuring a position and / or a displacement of two sites with respect to one another for the implementation of the method according to the first aspect, comprising:
  • Magnetic means comprising at least one flux emitter and at least two flux receivers and magnetic coupling surfaces, each receiver being magnetically connected to the emitter by at least one air gap between two coupling surfaces each integral with one elements, the coupling surfaces having on each element a predetermined topographic arrangement, the elements being in service each anchored to a respective one of the two sites having between them a variable spatial relationship influencing the degree of magnetic coupling in each air gap;
  • ⁇ means for detecting, at the receivers, a physical quantity sensitive to the degree of magnetic coupling of the receiver considered with its transmitter;
  • ⁇ means for evaluating the relative position and / or the relative displacement of the two sites according to the result of the detection
  • the degrees of coupling between transmitter and receivers vary with respect to each other. a manner which is a function of the position of the elements relative to each other along at least two axes corresponding to at least two respective degrees of freedom;
  • the two elements have in service a relative mobility according to said at least two degrees of freedom;
  • the evaluation means provide a measurement of at least one position and / or displacement component corresponding to a respective one of the at least two aforementioned degrees of freedom, the measurement being corrected for the influence of the position component and / or displacement according to the other of the at least two degrees of freedom.
  • the detection means are arranged to supply said physical quantity respectively for each of the at least two receivers.
  • the two elements are preferably designed to be each rigidly fixed to the site which is respectively assigned to it.
  • one of the elements comprises the at least one emitter and all of the receivers
  • the other element is a passive element comprising magnetic conductors comprising the coupling surfaces of this element.
  • the passive element is preferably free of any electrical component and any connection, in particular with the evaluation means, and / or with the electrical network and / or with transmission means, etc.
  • the device comprises, before its installation on sites, a temporary mechanical means which maintains the two elements in a predetermined initial spatial relationship. This magnetic means can be deactivated after installation on sites to allow the relative mobility of the two elements.
  • the at least two degrees of freedom preferably comprise two directions in a plane common to all the above-mentioned air gaps.
  • the evaluation takes into account at least one geometry coefficient that has been determined experimentally.
  • the evaluation includes a correction for the spacing between the coupling surfaces of the two elements.
  • the evaluation can in fact be made on site and then transmitted to the remote site, or in a variant the measurements are transmitted to the remote site comprising the evaluation means.
  • the at least two receivers can comprise at least three non-aligned receivers, or even four receivers arranged at the vertices of a quadrilateral, preferably a rectangle.
  • the movable element with respect to the receivers can then have in the air gap plane, typically, three coupling faces including an intermediate coupling face offset laterally with respect to the other two, aligned, with a distance between them, parallel to the component. position and / or displacement to be evaluated.
  • the magnetic means are electromagnetic transformation means
  • the at least one flux transmitter is a primary of the transformation means
  • the at least two receivers are secondaries of the transformation means
  • the device comprises an oscillating generator connected to electrically supply the primary.
  • the device further comprises means for detecting and / or evaluating the derivative of the current flowing through a primary of the transformation means, operating in one example by detecting the voltage at the terminals of an inductor of known value mounted in series with the primary winding of the transformation means.
  • the evaluation means can be adapted to supply, from the derivative of the current flowing through a primary of the transformation means, a position value and / or displacement of the two elements with respect to each other in a direction of distance between the coupling surfaces of the two elements.
  • the detection means detect the voltage at the terminals of each of the secondary windings, and, in an even more privileged but non-limiting manner, the evaluation means operate for each secondary a division of the voltage detected, by the derivative of the current flowing through the primary.
  • the evaluation means determine a corrected coupling flow received by each secondary by deducting from the total flow received by the secondary a known or determinable leakage flow on the basis of prior data.
  • the electric generator is supplied from a cell or battery intermittently or on demand, for example on request received by wireless transmission from a remote site.
  • At least one of the elements is formed of an electronic printed circuit board on which at least part of the primary and secondary windings are directly drawn in copper during the routing of the card.
  • the at least one emitter is a permanent magnet and the at least two receivers are chosen from the group comprising Hall effect probes and magnetometers, in particular those called “flux gates”.
  • FIG. 1 is a schematic elevational view of a measuring device according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a block diagram, from below, showing possible topographic arrangements for the coupling surfaces of a measuring device of Figure 1, and a spatial relationship between them;
  • Figure 3 is an exploded perspective view of a device similar to that of Figure 1;
  • FIG. 4 is an electrical diagram of a device similar to that of Figure 2, but with a single transmitter;
  • Figure 5 is a magnetic diagram equivalent to the electrical diagram of Figure 4.
  • Figure 6 is a block diagram of another embodiment, in which the emitter may be a permanent magnet.
  • Figure 7 is a diagram similar to that of Figure 6, but for a third embodiment, the emitter of which can also be a permanent magnet.
  • the measuring device 1 is installed to measure the evolution of a crack 2 in a wall for example in concrete 3.
  • Crack 2 subdivides wall 3 into two sites 3a and 3b capable of moving relative to one another under the action of the stresses exerted in wall 3.
  • the crack 2 can widen or narrow in the X direction substantially perpendicular to the crack.
  • the two lips of the crack 2 have a relative movement parallel to one another in the direction Y substantially parallel to the crack.
  • one of the two sites 3a and 3b rises with respect to the other in the Z direction perpendicular to the plane of the wall 3.
  • Tilting movements according to one or more of the three degrees of freedom in rotation are also possible even if in practice a tilting has statistically very high chances of taking place along an axis sufficiently far from the measuring device for the tilting to be above all detectable as a movement along at least one of the three axes of translation X , Y, Z.
  • any relative movement combining at least two of the elementary movements which have just been described is also possible.
  • the device comprises two elements 4, 6, essentially rigid, each rigidly fixed to a respective one of the sites 3a and 3b, on either side of the crack 2, by means of screws 7
  • the element 4 comprises a sole 41 for fixing against the site 3a, and from the sole 41 a plate 42 which extends cantilevered at a certain distance above the crack 2, in the direction of site 3b.
  • the element 6 comprises a sole 61 for fixing against the site 3b and a tongue 62 directed from the sole 61 towards the site 3a passing above the crack 2 and between the wall 3 and the plate 42, while not being in contact neither with the wall 3 nor with the element 4.
  • the elements 4 and 6 are mechanically free with respect to each other.
  • the element 6 can freely follow all the movements imposed by the site 3b according to the axes of translation X, Y and Z as well as according to the three degrees of freedom in rotation, provided of course that the elements 4 and 6 n ' not interfere with each other, nor each of them with the site 3a or 3b to which the other element is attached, interference which would result from relative movement exceeding the maximum amplitudes for which the device is designed.
  • the two elements 4 and 6 can be temporarily fixed to each other in a desired initial spatial relationship, for example example using a removable pin (not shown).
  • the provisional fixation is deactivated to release the two elements relative to each other and allow them to function in detection.
  • the two eyelets 43 and 63, Figure 3 allow the aforementioned provisional fixation, one of the eyelets being elongated to allow adjustment of the initial spatial relationship of the two elements 4, 6.
  • One or more shims can be interposed between the soles and the sites in order to be able to fix the elements 4, 6 to the sites 3a, 3b in the desired initial spatial relationship and if necessary imposed by the temporary fixation.
  • the relative movements between the two sites 3a, 3b result in a variable magnetic coupling between magnetic emitters 7AB and 7CD and magnetic receivers 8A, 8B, 8C and 8D of the device 1.
  • the aforementioned variable coupling results in responses which vary correspondingly from receivers 8A, 8B, 8C and 8D.
  • the combined analysis of these responses provides a measure of the component in X, this measurement being corrected so as to be independent of at least one other possible component of the displacement, in particular the component in Y which is such as the axes X and Y form an XY plane substantially parallel to that of the surface on which the elements 4 and 6 are fixed, and also possibly the component along the Z axis perpendicular to the XY plane, or even at least one of the components according to the degrees of freedom of rotation.
  • the means for achieving this individualization of a component are described below.
  • all the transmitters 7AB and 7CD as well as all the receivers 8A, 8B, 8C and 8D belong to one of the elements, here element 4 comprising the plate 42, and which is called an active element.
  • the active element 4 also comprises all the electrical components (still to be described), and all the connections with the outside which may in particular include means of communication, typically wireless, with a remote site for the transmission of the detection results and / or measurement, and where appropriate the receipt of commands such as for example a command to perform a measurement at a given time, or to transmit results at a given time.
  • the device in particular the active element 4, may include a local memory for storing the detection and / or measurement results, and only transmit the results according to a given periodicity and / or on instruction received from the remote site.
  • the device more particularly in this example the active element 4, comprises electrical supply means, namely an electrical connection or, as in the preferred example shown, a battery 45.
  • the elements 4 and 6 each have an interaction face 44, 64 respectively.
  • the other element 6 is said to be a “passive element” in the sense that it only comprises magnetic conductors, here three conductors 9 of flat and rectangular shape, coplanar with the XY plane.
  • the coupling between emitters and receivers passes through air gaps formed in the interaction zone 46, each between two magnetic coupling surfaces each secured to one respective one of the elements 4, 6.
  • the flow going from a transmitter to a receiver must cross two successive air gaps, one between the transmitter 7AB or 7CD and a magnetic conductor 9, the other between this magnetic conductor 9 and the receiver 8A, 8B, 8C or 8D
  • Each of the transmitters 7, (i.e. 7AB or 7CD), receivers 8 (i.e. 8A, 8B, 8C or 8D), and magnetic conductors 9 carries a respective magnetic coupling surface 71AB, 71CD, 81A, 81B, 81C and 81D, 91A, 91BD and 91C.
  • the coupling surfaces 71 of the emitters 7 and the coupling surfaces 81 of the receivers 8 help to define the interaction face 44 of the element 4.
  • the coupling surfaces 91 of the conductors 9 help define the interaction face 64 of the element 4. the passive element 6.
  • the interaction surfaces 44 and 64 are defined by a material with high reluctance and non-magnetic, for example a plastic material constituting the body of the element 4 or 6 respectively.
  • the corresponding coupling surfaces On each interaction face 44 or 64, the corresponding coupling surfaces have a predetermined topography. This topography includes the shape of the contour of each coupling face, the dimensions of each coupling face, and the positioning of the coupling faces relative to each other.
  • the initial spatial relationship is such that each mating surface is partially covered by one or more mating surfaces of the other member, and partially left uncovered by the mating surfaces of the other member.
  • each overlap zone (the zone 92 has been hatched by way of example in FIG. 2) between the coupling surface 71AC or 71BD of the emitter and the facing coupling surface 91 is delimited by an edge 93 of the coupling surface 91 which is entirely parallel neither to the X axis nor to the Y axis.
  • this edge comprises a part parallel to the X axis and a part parallel to the Y axis
  • the area of the zone varies for a displacement along the X axis and for a displacement along the Y axis.
  • the conductor 91A establishes a variable magnetic coupling between the emitter 7AB and the receiver 8A
  • the conductor 91C establishes a variable magnetic coupling between the emitter 7CD and the receiver 8C
  • the conductor 91BD establishes a variable magnetic coupling. between each transmitter 7AB and 7CD and the two receivers 8B and 8D substantially aligned along the X axis.
  • the four receivers 8A, 8B, 8C and 8D are arranged at the corners of a rectangle which may be a square, and the sides of which are parallel to the X and Y axes respectively. Still in the example shown, the coupling surfaces 91A and 91C are aligned parallel to the X axis of the component to be evaluated. The coupling surface 91B is laterally offset by being adjacent to the gap between the surfaces 91A and 91C.
  • any movement of the elements 4 and 6 with respect to each other in the XY plane modifies the distribution of the degrees of coupling between receivers 8A, 8B, 8C, and / or 8D and transmitters 7AB, 7CD.
  • the transmitter 7AB is increasingly coupled with the receiver 8B and less and less with the receiver 8A, while the transmitter 7CD is more and more coupled with the receiver 8C and less and less with the receiver 8D. Consequently, the variation in the distribution of the energy received by the four receivers makes it possible to detect such a movement.
  • the transmitter 7AB is less and less coupled with the receiver 8A and more and more with the receivers 8B and 8C while the transmitter 7CD is of less and less coupled with the 8C receiver and more and more coupled with the 8B and 8D receivers.
  • the variation in the distribution of the energy received by the four receivers makes it possible to detect the movement, and to distinguish it from the movement in X previously envisaged. It will be understood from the above that a movement in X varies the coupling of the receivers 8A and 8D in the same direction, opposite to the direction of variation of the coupling of the receivers 8B and 8C.
  • a movement in Y varies the coupling of the receivers 8A and 8C in the same direction, opposite to the direction of variation of the coupling of the receivers 8B and 8D.
  • a combined analysis of the energy variations in the four receptors therefore makes it possible to know the direction and the direction of the relative movement between the two sites in a given plane.
  • the amplitude of the variations makes it possible to know the amplitude of the movement along the X or Y axis concerned.
  • the total coupling of the two transmitters and the four receivers is independent of the relative position of the two elements relative to the displacements in X and in Y on condition that the elements 4 and 6 do not go outside a predetermined range of relative positions which will be explained later.
  • the sum of the areas of the four overlap zones such as 92 is constant.
  • the power of the transmitter being assumed to be constant, the total flux received by the receivers is constant if the spacing of the air gap, in the direction Z, has not changed. A variation of the total flux indicates a movement in the Z direction.
  • a variation of the total flux different for each of the two transmitters indicates a rotation according to that of the X or Y axes (Y in the example) for which the air gap spacing ( according to Z) becomes different for one transmitter compared to another.
  • the aforementioned determined range is that for which each coupling surface 71 of emitter 7 is covered by two coupling surfaces 91 of the passive element 6.
  • each coupling surface 71 of emitter 7 is positioned between the two coupling surfaces 81A and 81B, and respectively 81C, 81D of the two associated receivers, so as to form a column of three surfaces along one of the X and Y axes, here the Y axis.
  • the two columns are arranged side by side with an interval between them.
  • the two transmitters 71AB and 71CD are aligned along the X axis. The same applies to the two receivers 8A and 8C, and to the two receivers 8B and 8D.
  • all the coupling surfaces 71 and 81 of the active element 4 have the same length L parallel to the X axis.
  • the passive element 6 there are three coupling surfaces 91 comprising two end surfaces 91A and 91C aligned along the axis perpendicular to that of the columns, therefore here along the X axis.
  • the end coupling surfaces 91A and 91C have between them an interval having a dimension E measured parallel to the direction of alignment, therefore here the axis X.
  • the interval E is substantially equal to the center distance between the two columns of surface areas.
  • coupling 81A, 71AB, 81B and 81C, 71CD, 81D respectively.
  • the surface 91B is laterally adjacent to the gap and has along the X axis a dimension equal to that E of the gap.
  • the three surfaces 91A, 91BD and 91C have three sides aligned along a line parallel to the X axis (superimposed on the X axis in the representation of Figure 2). In the initial spatial relationship shown, this line passes through the centers of the two coupling surfaces 71AB and 71CD of the two transmitters 7AB and 7CD.
  • the dimension H9 of the coupling surfaces 91A, 91B and 91C perpendicular to the aforementioned line, is substantially equal to the distance H between two sides, parallel to the X axis and facing away from each other, d an emitter coupling surface 71 and the coupling surface 81 of an associated receiver.
  • the optimal stroke of the elements 4 and 6 with respect to each other along the X axis is substantially equal to the length L of a coupling surface 71 or 81 of the active element 4 along the X axis.
  • elements 4 and 6 are shown in a relative mid-stroke position parallel to the X axis. From this position, if one of elements 4 or 6 moves to the right or to the right. to the left relative to the other, the coupling of each transmitter 7 with its respective receivers 8 hardly varies when the displacement exceeds L / 2. Therefore the part of the displacement which exceeds L / 2 will not be detected.
  • the optimum stroke is equal to the dimension H7 of an emitter coupling surface 71.
  • elements 4 and 6 are shown in a relative mid-stroke position parallel to the Y axis.
  • an additional stroke equal to the dimension H8 of a surface transmitter coupling 81 can be used with a less precision since the coupling of each transmitter only varies with one of the two receivers associated with it. The total flow is no longer constant.
  • the device according to the invention is defined at the design stage in order to offer optimal strokes and, where appropriate, additional strokes determined parallel to the X and Y axes of the air gap plane.
  • the aforementioned strokes can be chosen freely since they depend on different geometric parameters, as has just been seen in particular for the example shown.
  • the initial position be a mid-stroke position parallel to the X axis and / or the Y axis as shown.
  • the initial position be a mid-stroke position parallel to the X axis and / or the Y axis as shown.
  • the device 1 is of the electromagnetic type.
  • the transmitters 7 and the receivers 8 together form electromagnetic transformation means.
  • the coupling surfaces 71 and 81 are formed at one end of respective magnetic cores 72 and 82 of ferrite or other high permeability magnetic material, each surrounded by a respective electrical winding 73 and 83.
  • Each core 72 of an emitter 7 and its winding 73 form a primary of the transformation means.
  • Each core 82 of a receiver 8 and its winding 83 form a secondary of the transformation means.
  • Figure 4 is an electrical diagram of a device similar to that of Figures 1 to 3, where, however, only one primary PI is provided, comprising a single primary winding 73.
  • a single magnetic circuit M couples variably.
  • the primary PI with the four secondaries SA, SB, SC, SD, each comprising a secondary winding 83.
  • Devices with a single primary and four secondaries are shown in Figures 6 and 7 which will be described later.
  • the primary PI is supplied by a generator G delivering an oscillating voltage Vosc.
  • the oscillation frequency is for example between 500 kHz and 1 MHz.
  • the generator is only activated intermittently to save energy.
  • Device 1 only produces measurements when generator G is activated. Even when the generator is activated, the power consumption is very low, it corresponds to the compensation of magnetic leaks because the secondary windings are in open circuit.
  • a primary current derivative sensor 74 is mounted in series with the primary winding 73 to be traversed by the primary current and outputs a measurement of the primary current derivative with respect to time, d (I (in)) / dt, equal to col (in), expression in which I (in) represents the instantaneous intensity at the primary and w represents the pulsation of the primary current.
  • Each secondary winding is mounted between the input terminals (in +) and (in-) of a respective voltage sensor 84 providing at output a measurement MesA, MesB, MesC, MesD of the voltage in the respective secondary windings.
  • Each sensor behaves like a circuit break between the ends of the secondary winding to which it is associated.
  • the outputs of the primary current derivative sensors 74 and secondary voltage 84 are sent to a computer 11 connected to a memory 12 and to a transmission device 13. From the measurements provided by the sensors, the computer evaluates the relative position of the sensors. elements 4, 6 and stores in memory 12 the result of its evaluation and / or transmits it to a remote site via the transmission device 13. In another embodiment, the measurements are stored in the memory 12 and transmitted to the remote site, which comprises the calculation means making it possible to evaluate the relative positions of the two elements 4 and 6.
  • the evaluation can be provided in any suitable form, for example in the form of a graph showing the variations over time.
  • FIG. 5 shows an equivalent magnetic diagram of the electromagnetic circuit of Figure 4.
  • Each variable magnetic link between the primary PI and the secondaries SA, SB, SC and SD of Figure 4 is equivalent to two parallel reluctances.
  • One of these reluctances denoted RelAf, RelBf, RelCf and RelDf represents the coupling by the magnetic material (the ferrite in the example) and the air gaps between superimposed zones of the coupling surfaces.
  • the other denoted ReIAa, RelBa, ReICa, and RelDa, represents the parasitic coupling through air, coupling which exists even between two coupling surfaces which are not at all superimposed or between the coupling surfaces of the element. active 4 without passing through the magnetic conductors of the passive element 6.
  • n turns is the number of winding turns at the secondary
  • ntourp is the number of primary winding turns
  • I is the intensity of the primary current
  • Ind A is the air induction for the secondary A
  • Ind A is the induction of the ferrite for the secondary A in the relative position of the two elements 4 and 6.
  • the computer 11 extracts the inductance added by the ferrite by doing:
  • D c is a factor to be determined experimentally on a prototype of the device during its design, it depends on the geometry of the device.
  • the factor D c is influenced by the movements in Z, in a way which can also be determined during design or during experimentation on a prototype and then be stored in the computer 11.
  • the position in the Z direction perpendicular to the air gap plane can be estimated from 1 / (A + B + C + D) which corresponds to the overall inductance of the fluxes added by the ferrite.
  • the relationship between this expression and the value of the position in Z is stored in the computer 11.
  • the device thus provides an evaluation of the displacements along the Z axis in addition to a correction of the factor D c and therefore of the measurement in X according to the evaluation in Z.
  • FIG 6 is a very schematic representation of the second embodiment of the invention.
  • the active element 104 and the passive element 106 are shown laterally offset with respect to each other instead of being superimposed in their position of functional interaction.
  • Each emitter, receiver and magnetic conductor is represented only by its coupling surface. This embodiment will be described only for its differences with that of Figures 1 to 3.
  • the active element 104 still comprises four receivers 108A, 108B, 108C, 108D whose coupling faces are as in the previous example rectangular and arranged. at the corners of a square or rectangle.
  • the active element 104 no longer comprises a single emitter 107, the coupling surface of which, rectangular or square, is disposed substantially in the center of the rectangle defined by the topography of the four coupling surfaces of the receivers.
  • Passive element 106 is similar to element 6 of the previous embodiment, with two end magnetic conductors 109A, 109C aligned with a gap between them and an intermediate conductor 109BD adjacent to this gap.
  • the third embodiment is illustrated in Figure 7 in a manner similar to that of Figure 6.
  • the topography of the coupling surfaces of the four receivers 208 is the same as in the embodiment of Figure 6.
  • the element 204 does not have a transmitter.
  • the transmitter 207 is located on the other element 206 which is therefore no longer a passive element.
  • the element 206 no longer comprises magnetic conductors such as 9 or 109 of the previous embodiments.
  • a permanent magnet could be used as an emitter and, for each receiver, a Hall effect probe or a magnetometer of the flow rate type.
  • this embodiment makes it possible to produce the element 206 without any connection with the outside although it is not passive.

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Abstract

Deux éléments (4, 6) sont fixés chacun à l'un des sites dont le déplacement mutuel est à mesurer. L'élément actif (4) porte des émetteurs magnétiques (7AB 7CD) qui sont couplés de manière variable avec des récepteurs magnétiques (8A, 8B, 8C, 8D) par l'intermédiaire de conducteurs magnétiques (9)portés par l'autre élément (6). Les deux éléments (4, 6) sont mécaniquement indépendants l'un de l'autre, chacun étant fixé rigidement à l'un des sites. Grâce à une géométrie appropriée définie par l'agencement topographique des émetteurs, des récepteurs et des conducteurs magnétiques et par le positionnement mutuel initial des éléments, et à un traitement mathématique des réponses des récepteurs, le dispositif fournit une mesure d'une composante selon au moins un axe de déplacement (X) correspondant à un degré de liberté, cette mesure étant corrigée de l'influence d'au moins une composante selon au moins un autre degré de liberté. Utilisation comme extensomètre, fissuromètre, etc.

Description

Procédé et dispositif pour mesurer la position et/ou le déplacement de deux sites l'un par rapport à l'autre
La présente invention concerne un procédé pour mesurer la position et/ou le déplacement de deux sites l'un par rapport à l'autre.
La présente invention concerne également un dispositif pour réaliser une telle mesure.
L'invention concerne en particulier mais non limitativement le domaine des déplacements sur des distances de l'ordre du dixième de mm à quelques cm. Elle vise principalement les applications nécessitant une surveillance sur une longue durée, par exemple plusieurs années. Un domaine d'application particulier est celui de la surveillance des fissures ou des interstices dans les bâtiments, les ouvrages de génie civil ou les structures naturelles comme les falaises ou les galeries. Un dispositif selon l'invention peut ainsi constituer un fissuromètre. Dans ce cas les deux sites sont choisis de part et d'autre de la fissure ou de l'interstice à surveiller. Un dispositif selon l'invention peut également faire office d'extensomètre permettant de mesurer les déformations et/ou les contraintes dans un ouvrage ou une structure naturelle, les deux sites étant alors choisis en deux emplacements d'un même solide, convenablement espacés l'un de l'autre.
On connaît les fissuromètres comportant deux éléments dont l'un, fixé à l'un des sites, porte un index qui coulisse devant une échelle graduée portée par l'autre élément, fixé à l'autre site. Un tel dispositif nécessite une lecture in situ, très contraignante ou même impossible dans certains cas d'installation. Sa précision est limitée.
On connaît encore les dispositifs dits « LVDT » (« Linear Variable Differential Transformer »= Transformateur différentiel variable linéaire) dans lesquels l'un des éléments est un noyau de matière perméable magnétiquement qui coulisse dans un alésage de l'autre élément. L'alésage est entouré par un primaire de transformateur, placé axialement entre deux secondaires qui entourent également l'alésage. Tout déplacement axial du noyau défavorise le couplage de l'un des secondaires avec le primaire et favorise le couplage de l'autre secondaire. En faisant la différence entre les réponses des deux secondaires on obtient une mesure de la position relative des deux éléments. Ce dispositif connu ne donne lui aussi qu'une réponse selon une direction. Chaque élément nécessite une fixation soigneuse, articulée au site associé. La réalisation est complexe, la réponse du dispositif étant fonction du jeu radial et du centrage mutuels des deux éléments. Des grippages des deux éléments l'un par rapport à l'autre sont possibles. La mesure dans la direction de mouvement surveillée est susceptible d'être faussée par les éventuels déplacements correspondant à d'autres degrés de liberté entre les deux sites.
Le brevet US3 827 291 décrit un dispositif du même genre mais dont chacun des éléments porte des enroulements. L'un des éléments forme avec le site auquel il est fixé une fente dans laquelle l'autre élément, de forme plate, coulisse selon la direction de déplacement prévue. Là encore la précision de la mesure du mouvement selon le degré de liberté choisi comme étant à surveiller, dépend de la présence - non - de mouvements selon des degrés de liberté secondaires.
Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de mesure de position et/ou déplacement qui remédie à tout ou partie des inconvénients des procédés et dispositifs connus
Suivant un premier aspect de l'invention, le procédé pour mesurer une position et/ou un déplacement de deux sites l'un par rapport à l'autre, le procédé comprenant les étapes :
■ ancrage, à chacun des deux sites, d'un élément respectif, les éléments comportant des moyens magnétiques comprenant au moins un émetteur de flux, au moins deux récepteurs de flux et des surfaces de couplage magnétique, chaque récepteur étant relié magnétiquement à l'émetteur par au moins un entrefer entre deux surfaces de couplage solidaires chacune de l'un des éléments, les surfaces de couplage ayant sur chaque élément un agencement topographique prédéterminé, ledit ancrage plaçant les deux éléments dans une relation spatiale variable influençant le degré de couplage magnétique dans chaque entrefer ; ■ détection d'une grandeur physique sensible au degré de couplage précité ;
■ évaluation de la position relative et/ou du déplacement relatif des deux sites d'après le résultat de la détection ;
est caractérisé en ce que :
■ par un choix de l'agencement topographique de chaque surface de couplage et de ladite relation spatiale lors de l'ancrage, les degrés de couplage varient les uns par rapport aux autres de façon différente en fonction de la position des éléments l'un par rapport à l'autre selon au moins deux axes (X, Y) correspondant respectivement à au moins deux degrés de liberté ;
■ lors de l'étape de détection on ménage pour les deux éléments une mobilité relative selon lesdits au moins deux degrés de liberté ; et
■ l'évaluation fournit une mesure d'au moins une composante de position et/ou de déplacement, correspondant à l'un respectif des au moins deux degrés de liberté précités, cette mesure étant corrigée de l'influence de position selon l'autre des au moins deux degrés de liberté.
L'invention est remarquablement simple en termes de moyens et bénéfique en termes de résultats. L'invention supprime à la fois le besoin de guidage linéaire entre les deux éléments et/ou le risque de mesure faussée par un mouvement non prévu dans la deuxième direction. On peut ainsi, par exemple, surveiller l'écartement mutuel des deux lèvres d'une fissure, sans que la mesure soit faussée par un éventuel glissement mutuel des deux lèvres parallèlement l'une à l'autre. En général, la composante de mouvement à surveiller correspond à un degré de liberté en translation et l'au moins une autre composante correspond à tout ou partie des cinq autres degrés de liberté pouvant, selon les cas, exister entre les deux sites. Typiquement, on obtient par la détection ladite grandeur physique respectivement pour chacun des au moins deux récepteurs. C'est ensuite au cours de l'évaluation que les résultats de détection sont traités de manière combinée pour fournir la mesure de position ou de déplacement selon au moins un degré de liberté. Ceci se distingue de l'art antérieur des LVDT, où la détection ne porte que sur la somme algébrique de deux tensions opposées induites dans deux enroulements secondaires montés en opposition. De préférence, lors de la détection les deux éléments sont libres de toute liaison mécanique l'un par rapport à l'autre. On évite ainsi certaines difficultés de fabrication et de montage, et la plupart des risques de grippage sur sites.
Dans un mode particulier, ladite étape d'ancrage est une étape de fixation rigide de chaque élément au site respectif. Le dispositif est alors simple à mettre en place et robuste dans le temps.
Dans certaines applications, lors de l'ancrage des éléments sur les deux sites, une option consiste à couler au moins partiellement l'un des éléments, en particulier un élément passif tel qu'exposé plus loin, dans une masse solidaire et/ou au moins partiellement constitutive du site associé.
Pendant l'étape d'ancrage, on peut avantageusement maintenir par un moyen mécanique provisoire les deux éléments dans une relation spatiale initiale voulue, puis après la fixation on libère les deux éléments l'un de l'autre en désactivant le moyen mécanique provisoire. On garantit ainsi la relation spatiale initiale prédéterminée voulue, qui peut être choisie centrale par rapport à la plage de déplacements que le dispositif est capable de mesurer, ou au contraire décentrée pour accroître d'un côté la plage de déplacements détectables, et la réduire du côté opposé, et ce relativement à la composante de mouvement à mesurer et/ou à au moins une autre composante de mouvement possible.
Dans un mode typique de mise en œuvre du procédé, les au moins deux degrés de liberté comprennent deux directions dans un plan commun aux entrefers formés par les surfaces de couplage.
Dans une version offrant une particulièrement bonne précision de mesure, l'évaluation fait intervenir au moins un coefficient de géométrie qu'on a déterminé expérimentalement, l'évaluation comprenant de préférence une correction en fonction de l'écartement entre les deux éléments. Dans un mode de mise en œuvre avantageux, l'évaluation mathématique des grandeurs mesurées fournit une indication de l'inclinaison des éléments l'un par rapport à l'autre.
Avantageusement, on transmet le résultat de détection et/ou le résultat d'évaluation à un site distant, notamment par transmission sans fil.
Dans une version préférée du procédé, les moyens magnétiques sont des moyens de transformation électromagnétiques, l'au moins un émetteur de flux est au moins un primaire des moyens de transformation, les au moins deux récepteurs sont des secondaires des moyens de transformation, et on alimente le primaire à l'aide d'un générateur oscillant.
Il est avantageux de procéder en outre à une détection et/ou évaluation au moins indirecte de la dérivée du courant parcourant le primaire des moyens de transformation, par exemple en détectant une tension aux bornes d'une inductance de valeur connue montée en série avec le primaire.
Selon une première exploitation possible de cette dérivée, l'étape d'évaluation fournit à partir de ladite dérivée du courant parcourant le primaire une valeur de position et/ou de déplacement des deux éléments l'un par rapport à l'autre selon une direction d'écartement entre les surfaces de couplage des deux éléments.
Dans une réalisation du procédé, la détection comprend une détection de la tension aux bornes de chacun des secondaires. Cette tension varie, aux bornes de chaque secondaire, en fonction du degré de couplage de la branche de circuit magnétique qui traverse le secondaire.
Selon une deuxième exploitation possible de la dérivée du courant parcourant le primaire, l'évaluation comprend pour chaque secondaire une division de la tension détectée par ladite dérivée du courant. On corrige ainsi les effets, sur la grandeur mesurée, des éventuelles variations de l'écartement entre les deux éléments. Dans un autre mode de mise en œuvre, l'évaluation comprend la division d'une mesure du flux de chaque secondaire par une mesure de la force électromotrice.
A la fabrication du dispositif ou au plus tard après installation d'un seul des deux éléments sur le site associé, on peut déterminer, pour chaque secondaire monté sur l'un des éléments comportant également un primaire correspondant, l'inductance de l'air refermant le circuit magnétique entre ce primaire et ce secondaire en l'absence de l'autre élément, et lors de l'évaluation on détermine pour chaque secondaire l'inductance ajoutée par l'autre élément en déduisant de l'inductance totale ladite inductance de l'air. On améliore ainsi la précision de l'évaluation.
De préférence, notamment pour une mesure sur une longue durée concernant des phénomènes relativement lents, l'alimentation par le générateur électrique est intermittente. On économise ainsi l'énergie tout en renonçant, sans inconvénient en pratique, à une mesure strictement permanente.
Il est avantageux d'alimenter le générateur électrique oscillant par une pile.
Selon une autre version du procédé, l'au moins un émetteur est un aimant permanent et les au moins deux récepteurs sont choisis dans le groupe comprenant les sondes à effet Hall et les magnétomètres, notamment ceux appelés « flux gates ».
Suivant un second aspect de l'invention, le dispositif pour mesurer une position et/ou un déplacement de deux sites l'un par rapport à l'autre, pour la mise en œuvre du procédé selon le premier aspect, comprenant :
■ deux éléments qui sont en service mobiles l'un par rapport à l'autre, destinés à être ancrés chacun à l'un respectif des deux sites ;
■ des moyens magnétiques comprenant au moins un émetteur de flux et au moins deux récepteurs de flux et des surfaces de couplage magnétique, chaque récepteur étant relié magnétiquement à l'émetteur par au moins un entrefer entre deux surfaces de couplage solidaires chacune de l'un des éléments, les surfaces de couplage ayant sur chaque élément un agencement topographique prédéterminé, les éléments étant en service ancrés chacun à l'un respectif des deux sites en ayant entre eux une relation spatiale variable influençant le degré de couplage magnétique dans chaque entrefer ;
■ des moyens de détection, aux récepteurs, d'une grandeur physique sensible au degré de couplage magnétique du récepteur considéré avec son émetteur ;
■ des moyens d'évaluation de la position relative et/ou du déplacement relatif des deux sites d'après le résultat de la détection ;
caractérisé en ce que :
■ par un choix de l'agencement topographique des surfaces de couplage et d'une relation spatiale initiale des deux éléments l'un par rapport à l'autre, les degrés de couplage entre émetteur et récepteurs varient les uns par rapport aux autres d'une façon qui est fonction de la position des éléments l'un par rapport à l'autre selon au moins deux axes correspondant à au moins deux degrés de liberté respectifs ;
■ les deux éléments ont en service une mobilité relative selon lesdits au moins deux degrés de liberté ; et
■ les moyens d'évaluation fournissent une mesure d'au moins une composante de position et/ou de déplacement correspondant à l'un respectif des au moins deux degrés de liberté précités, la mesure étant corrigée de l'influence de la composante de position et/ou de déplacement selon l'autre des au moins deux degrés de liberté.
Dans une version préférée, les moyens de détection sont agencés pour fournir ladite grandeur physique respectivement pour chacun des au moins deux récepteurs.
Les deux éléments sont de préférence conçus pour être fixés rigidement chacun au site qui lui est respectivement affecté.
Dans un mode de réalisation, l'un des éléments comporte l'au moins un émetteur et l'ensemble des récepteurs, et l'autre élément est un élément passif comportant des conducteurs magnétiques comportant les surfaces de couplage de cet élément. L'élément passif est de préférence exempt de tout composant électrique et de tout raccordement notamment avec les moyens d'évaluation, et/ou avec le réseau électrique et/ou avec des moyens de transmission etc. Avantageusement le dispositif comporte avant son installation sur sites un moyen mécanique provisoire qui maintient les deux éléments dans une relation spatiale initiale prédéterminée. Ce moyen magnétique est susceptible de désactivation après installation sur sites pour permettre la mobilité relative des deux éléments.
Les au moins deux degrés de liberté comprennent de préférence deux directions dans un plan commun à tous les entrefers précités.
Dans une version perfectionnée l'évaluation prend en compte au moins un coefficient de géométrie qu'on a déterminé expérimentalement.
Dans une autre version perfectionnée ou la même, l'évaluation comprend une correction en fonction de l'écartement entre les surfaces de couplage des deux éléments.
Sans que ce soit limitatif, il est proposé de prévoir des moyens pour transmettre le résultat de détection et/ou le résultat d'évaluation à un site distant par transmission sans fil. L'évaluation peut en effet être faite sur place puis transmise au site distant, ou en variante les mesures sont transmises au site distant comportant les moyens d'évaluation.
Les au moins deux récepteurs peuvent comprendre au moins trois récepteurs non alignés, ou encore quatre récepteurs disposés aux sommets d'un quadrilatère, de préférence un rectangle. L'élément mobile par rapport aux récepteurs peut alors présenter dans le plan d'entrefer, typiquement, trois faces de couplage dont une face de couplage intermédiaire décalée latéralement par rapport aux deux autres, alignées, avec une distance entre elles, parallèlement à la composante de position et/ou de déplacement à évaluer.
Dans une version préférée du dispositif, les moyens magnétiques sont des moyens de transformation électromagnétiques, l'au moins un émetteur de flux est un primaire des moyens de transformation, les au moins deux récepteurs sont des secondaires des moyens de transformation, et le dispositif comprend un générateur oscillant raccordé pour alimenter électriquement le primaire.
Dans une réalisation le dispositif comprend en outre des moyens de détection et/ou évaluation de la dérivée du courant parcourant un primaire des moyens de transformation, opérant dans un exemple en détectant la tension aux bornes d'une inductance de valeur connue montée en série avec l'enroulement primaire des moyens de transformation. Les moyens d'évaluation peuvent être adaptés à fournir à partir de la dérivée du courant parcourant un primaire des moyens de transformation une valeur de position et/ou de déplacement des deux éléments l'un par rapport à l'autre selon une direction d'écartement entre les surfaces de couplage des deux éléments.
Dans une version privilégiée les moyens de détection détectent la tension aux bornes de chacun des enroulements secondaires, et, de manière encore plus privilégiée mais non limitative, les moyens d'évaluation opèrent pour chaque secondaire une division de la tension détectée, par la dérivée du courant parcourant le primaire.
Avantageusement, les moyens d'évaluation déterminent un flux de couplage corrigé reçu par chaque secondaire en déduisant du flux total reçu par le secondaire un flux de fuite connu ou déterminable d'après des données préalables.
Avantageusement le générateur électrique est alimenté à partir d'une pile ou batterie de façon intermittente ou à la demande, par exemple sur requête reçue par transmission sans fil en provenance d'un site distant.
Dans une réalisation industrielle très avantageuse, l'un au moins des éléments est formé d'une carte électronique de circuit imprimé sur laquelle une partie au moins des enroulements primaire et secondaires sont directement dessinés en cuivre lors du routage de la carte. Dans une autre version du dispositif, l'au moins un émetteur est un aimant permanent et les au moins deux récepteurs sont choisis dans le groupe comprenant les sondes à effet Hall et les magnétomètres, notamment ceux appelés « flux gates ».
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non-limitatifs. Aux dessins annexés :
■ La Figure 1 est une vue schématique en élévation d'un dispositif de mesure selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
■ La Figure 2 est un schéma de principe, de dessous, montrant des agencements topographiques possibles pour les surfaces de couplage d'un dispositif de mesure de la Figure 1, et une relation spatiale entre elles ;
■ La Figure 3 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif semblable à celui de la Figure 1 ;
■ La Figure 4 est un schéma électrique d'un dispositif semblable à celui de la Figure 2, mais avec un seul émetteur ;
■ La Figure 5 est un schéma magnétique équivalent au schéma électrique de la Figure 4 ;
■ La Figure 6 est un schéma de principe d'un autre mode de réalisation, dans lequel l'émetteur peut être un aimant permanent ; et
■ La Figure 7 est un schéma analogue à celui de la Figure 6, mais pour un troisième mode de réalisation, dont l'émetteur peut également être un aimant permanent.
Toute particularité ou combinaison de particularités décrite ci-après ou pouvant s'extraire de la description ci-après notamment par généralisation doit s'entendre comme susceptible en tant que telle d'être partie de la présente invention, se combinant ou non avec d'autres parties, même si cette particularité ou combinaison de particularités ne constitue qu'une partie d'un paragraphe ou qu'une partie d'une phrase, ou qu'une partie d'un des modes de réalisation présentés.
Dans le mode de réalisation et de mise en œuvre de la Figure 1, le dispositif de mesure 1 est installé pour mesurer l'évolution d'une fissure 2 dans une paroi par exemple en béton 3. La fissure 2 subdivise la paroi 3 en deux sites 3a et 3b susceptibles de se déplacer l'un par rapport à l'autre sous l'action des contraintes s'exerçant dans la paroi 3. En cas de tels mouvements des deux sites l'un par rapport à l'autre, la fissure 2 peut s'élargir ou se rétrécir selon la direction X sensiblement perpendiculaire à la fissure. Il est encore possible que les deux lèvres de la fissure 2 aient un mouvement relatif parallèlement l'une à l'autre selon la direction Y sensiblement parallèle à la fissure. Il est encore possible que l'un des deux sites 3a et 3b se soulève par rapport à l'autre selon la direction Z perpendiculaire au plan de la paroi 3. Des mouvements de basculement selon un ou plusieurs des trois degrés de liberté en rotation sont également possibles même si en pratique un basculement a statistiquement de très grandes chances de s'opérer selon un axe suffisamment éloigné du dispositif de mesure pour que le basculement soit avant tout détectable comme un déplacement selon l'un au moins des trois axes de translation X, Y, Z. Enfin tout mouvement relatif combinant au moins deux des mouvements élémentaires qui viennent d'être décrits est également possible.
Dans la réalisation de la Figure 1, le dispositif comprend deux éléments 4, 6, essentiellement rigides, fixés rigidement chacun à l'un respectif des sites 3a et 3b, de part et d'autre de la fissure 2, au moyen de vis 7. L'élément 4 comporte une semelle 41 de fixation contre le site 3a, et à partir de la semelle 41 une platine 42 qui s'étend en porte-à-faux à une certaine distance au-dessus de la fissure 2, en direction du site 3b. L'élément 6 comporte une semelle 61 de fixation contre le site 3b et une languette 62 dirigée de la semelle 61 vers le site 3a en passant au-dessus de la fissure 2 et entre la paroi 3 et la platine 42, en n'étant en contact ni avec la paroi 3 ni avec l'élément 4. En service les éléments 4 et 6 sont mécaniquement libres l'un par rapport à l'autre. Autrement dit l'élément 6 peut librement suivre tous les mouvements imposés par le site 3b selon les axes de translation X, Y et Z ainsi que selon les trois degrés de liberté en rotation, à condition bien entendu que les éléments 4 et 6 n'interfèrent pas l'un avec l'autre, ni chacun d'eux avec le site 3a ou 3b auquel l'autre élément est fixé, interférences qui résulteraient de mouvement relatif excédant les amplitudes maximales pour lesquelles le dispositif est conçu.
Lors de l'installation du dispositif, les deux éléments 4 et 6 peuvent être provisoirement fixés l'un à l'autre dans une relation spatiale initiale voulue, par exemple grâce à une goupille amovible (non représentée). Une fois les éléments 4 et 6 fixés chacun à l'un des deux sites, on désactive la fixation provisoire pour libérer les deux éléments l'un par rapport à l'autre et leur permettre de fonctionner en détection. Les deux œillets 43 et 63, Figure 3, permettent la fixation provisoire précitée, l'un des œillets étant allongé pour permettre un réglage de la relation spatiale initiale des deux éléments 4, 6. Une ou plusieurs cales (non représentées) peuvent être interposées entre les semelles et les sites pour pouvoir fixer les éléments 4, 6 aux sites 3a, 3b dans la relation spatiale initiale voulue et le cas échéant imposée par la fixation provisoire.
Les mouvements relatifs entre les deux sites 3a, 3b ont pour conséquence un couplage magnétique variable entre des émetteurs magnétiques 7AB et 7CD et des récepteurs magnétiques 8A, 8B, 8C et 8D du dispositif 1. Le couplage variable précité se traduit par des réponses qui varient de façon correspondante de la part des récepteurs 8A, 8B, 8C et 8D. L'analyse combinée de ces réponses fournit une mesure de la composante en X, cette mesure étant corrigée de façon à être indépendante d'au moins une autre composante possible du déplacement, en particulier la composante en Y qui est telle que les axes X et Y forment un plan XY sensiblement parallèle à celui de la surface sur laquelle sont fixés les éléments 4 et 6, et aussi possiblement la composante selon l'axe Z perpendiculaire au plan XY, ou encore l'une au moins des composantes selon les degrés de liberté de rotation. Les moyens pour parvenir à cette individualisation d'une composante sont décrits plus loin.
Dans l'exemple représenté tous les émetteurs 7AB et 7CD ainsi que tous les récepteurs 8A, 8B, 8C et 8D appartiennent à l'un des éléments, ici l'élément 4 comportant la platine 42, et qu'on appelle élément actif. L'élément actif 4 comporte également tous les composants électriques (encore à décrire), et tous les raccordements avec l'extérieur qui peuvent notamment comprendre des moyens de communication, typiquement sans fil, avec un site distant pour la transmission des résultats de détection et/ou de mesure, et le cas échéant la réception de commandes comme par exemple une commande de réaliser une mesure à un instant donné, ou de transmettre des résultats à un moment donné. Le dispositif, en particulier l'élément actif 4, peut comporter une mémoire locale pour stocker les résultats de détection et/ou de mesure, et ne transmettre les résultats que selon une périodicité donnée et/ou sur instruction reçue du site distant. Le dispositif, plus particulièrement dans cet exemple l'élément actif 4, comporte des moyens d'alimentation électrique, à savoir un raccordement électrique ou comme dans l'exemple préféré représenté une pile 45.
Les éléments 4 et 6 comportent chacun une face d'interaction 44, 64 respectivement. Les deux faces 44, 64 en regard, planes et parallèles au plan XY, définissent entre elles une zone d'interaction 46 de forme générale plane et parallèle au plan XY et à ladite face de la paroi 3.
L'autre élément 6 est dit « élément passif » en ce sens qu'il ne comporte que des conducteurs magnétiques, ici trois conducteurs 9 de forme plate et rectangulaire, coplanaires avec le plan XY.
Le couplage entre émetteurs et récepteurs passe par des entrefers formés dans la zone d'interaction 46, chacun entre deux surfaces de couplage magnétique solidaires chacune de l'un respectif des éléments 4, 6. Dans l'exemple représenté où les émetteurs et les récepteurs sont portés par un même élément, à savoir l'élément actif 4, le flux allant d'un émetteur à un récepteur doit traverser deux entrefers successifs, l'un entre l'émetteur 7AB ou 7CD et un conducteur magnétique 9, l'autre entre ce conducteur magnétique 9 et le récepteur 8A, 8B, 8C ou 8D
Chacun des émetteurs 7, (c'est-à-dire 7AB ou 7CD), des récepteurs 8 (c'est-à- dire 8A, 8B, 8C ou 8D), et des conducteurs magnétiques 9 porte une surface de couplage magnétique respective 71AB, 71CD, 81A, 81B, 81C et 81D, 91A, 91BD et 91C. Les surfaces de couplage 71 des émetteurs 7 et les surfaces de couplage 81 des récepteurs 8 contribuent à définir la face d'interaction 44 de l'élément 4. Les surfaces de couplage 91 des conducteurs 9 contribuent à définir la face d'interaction 64 de l'élément passif 6. Tout autour des surfaces de couplage, les surfaces d'interaction 44 et 64 sont définies par un matériau à forte réluctance et amagnétique, par exemple une matière plastique constitutive du corps de l'élément 4 ou 6 respectivement. Sur chaque face d'interaction 44 ou 64, les surfaces de couplage correspondantes présentent une topographie prédéterminée. Cette topographie comprend la forme du contour de chaque face de couplage, les dimensions de chaque face de couplage, et le positionnement des faces de couplage les unes par rapport aux autres. Lors de l'installation du dispositif 1 sur la structure à surveiller, ici la paroi 3, on fixe les deux éléments 4 et 6 chacun à son site respectif 3a, 3b dans une position choisie pour que les deux topographies aient l'une par rapport à l'autre une relation spatiale initiale voulue. La figure 2 représente une relation spatiale qui peut être une relation spatiale initiale. Ensuite la relation spatiale varie en fonction des mouvements des deux sites 3a et 3b l'un par rapport à l'autre.
Typiquement, comme représenté, la relation spatiale initiale est telle que chaque surface de couplage est partiellement couverte par une ou plusieurs surfaces de couplage de l'autre élément, et partiellement laissée découverte par les surfaces de couplage de l'autre élément.
Selon une autre particularité avantageuse, chaque zone de recouvrement (on a hachuré la zone 92 à titre d'exemple à le Figure 2) entre surface de couplage 71AC ou 71BD d'émetteur et surface de couplage 91 en regard est délimitée par un bord 93 de la surface de couplage 91 qui n'est entièrement parallèle ni à l'axe X ni à l'axe Y. Dans l'exemple, ce bord comporte une partie parallèle à l'axe X et une partie parallèle à l'axe Y. Ainsi, l'aire de la zone varie pour un déplacement selon l'axe X et pour un déplacement selon l'axe Y.
Dans la réalisation représentée, le conducteur 91A établit un couplage magnétique variable entre l'émetteur 7AB et le récepteur 8A, le conducteur 91C établit un couplage magnétique variable entre l'émetteur 7CD et le récepteur 8C, et le conducteur 91BD établit un couplage magnétique variable entre chaque émetteur 7AB et 7CD et les deux récepteurs 8B et 8D sensiblement alignés selon l'axe X.
Dans l'exemple représenté les quatre récepteurs 8A, 8B, 8C et 8D sont disposés aux angles d'un rectangle qui peut être un carré, et dont les côtés sont parallèles aux axes X et Y respectivement. Toujours dans l'exemple représenté, les surfaces de couplage 91A et 91C sont alignées parallèlement à l'axe X de la composante à évaluer. La surface de couplage 91B est décalée latéralement en étant adjacente à l'intervalle entre les surfaces 91A et 91C.
Tout mouvement des éléments 4 et 6 l'un par rapport à l'autre dans le plan XY modifie la répartition des degrés de couplage entre récepteurs 8A, 8B, 8C, et/ou 8D et émetteurs 7AB, 7CD. Par exemple, dans le cas d'un mouvement de l'élément 6 (surfaces de couplage 91) parallèlement à l'axe X vers la gauche, l'émetteur 7AB est de plus en plus couplé avec le récepteur 8B et de moins en moins avec le récepteur 8A, tandis que l'émetteur 7CD est de plus en plus couplé avec le récepteur 8C et de moins en moins avec le récepteur 8D. Par conséquent la variation de la répartition de l'énergie reçue par les quatre récepteurs permet de détecter un tel mouvement. Dans le cas d'un mouvement parallèlement à l'axe Y vers le haut, l'émetteur 7AB est de moins en moins couplé avec le récepteur 8A et de plus en plus avec les récepteurs 8B et 8C tandis que l'émetteur 7CD est de moins en moins couplé avec le récepteur 8C et de plus en plus couplé avec les récepteurs 8B et 8D. Là encore, la variation de la répartition de l'énergie reçue par les quatre récepteurs permet de détecter le mouvement, et de le distinguer du mouvement en X précédemment envisagé. On comprendra de ce qui précède qu'un mouvement en X fait varier le couplage des récepteurs 8A et 8D dans le même sens, inverse du sens de variation du couplage des récepteurs 8B et 8C. Un mouvement en Y fait varier le couplage des récepteurs 8A et 8C dans le même sens, inverse du sens de variation du couplage des récepteurs 8B et 8D. Une analyse combinée des variations d'énergie dans les quatre récepteurs permet donc de connaître le sens et la direction du mouvement relatif entre les deux sites dans un plan donné. L'amplitude des variations permet de connaître l'amplitude du mouvement selon l'axe X ou Y concerné.
En cas de mouvement oblique, avec une composante en X et une composante en Y, par exemple déplacement des surfaces de couplage 91 vers le haut et la droite de la Figure 2, l'un des récepteurs (8C) subit deux baisses de couplage cumulées, un autre récepteur (8D) subit deux augmentations cumulées, et les deux autres subissent deux variations qui se soustraient l'une de l'autre. Ainsi, l'analyse combinée des quatre variations permet de déterminer les deux composantes du mouvement, selon X et selon Y.
Il est avantageux, comme par exemple dans le mode de réalisation représenté, de faire en sorte que dans toutes les positions relatives des deux éléments l'un par rapport à l'autre le couplage total des deux émetteurs et des quatre récepteurs soit indépendant de la position relative des deux éléments relativement aux déplacements en X et en Y à condition que les éléments 4 et 6 ne sortent pas d'une plage de positions relatives prédéterminée que l'on explicitera plus loin. Autrement dit la somme des aires des quatre zones de recouvrement telle que 92 est constante. Ainsi, la puissance de l'émetteur étant supposée constante, le flux total reçu par les récepteurs est constant si l'écartement de l'entrefer, selon la direction Z, n'a pas varié. Une variation du flux total indique un déplacement selon la direction Z. Une variation du flux total différente pour chacun des deux émetteurs indique une rotation selon celui des axes X ou Y (Y dans l'exemple) pour lequel l'écartement d'entrefer (selon Z) devient différent pour un émetteur par rapport à l'autre. Dans l'exemple, la plage déterminée précitée est celle pour laquelle chaque surface de couplage 71 d'émetteur 7 est recouverte par deux surfaces de couplage 91 de l'élément passif 6.
Dans l'exemple représenté, toutes les surfaces de couplage 71, 81, 91 sont rectangulaires. Chaque surface de couplage 71 d'émetteur 7 est positionnée entre les deux surfaces de couplage 81A et 81B, et respectivement 81C, 81D des deux récepteurs associés, de façon à former une colonne de trois surfaces selon l'un des axes X et Y, ici l'axe Y. Les deux colonnes sont disposées côte à côte avec un intervalle entre elles. Les deux émetteurs 71AB et 71CD sont alignés selon l'axe X. il en va de même des deux récepteurs 8A et 8C, et des deux récepteurs 8B et 8D.
Dans l'exemple préféré, toutes les surfaces de couplage 71 et 81 de l'élément actif 4 ont la même longueur L parallèlement à l'axe X.
Sur l'élément passif 6 il y a trois surfaces de couplage 91 comprenant deux surfaces extrêmes 91A et 91C alignées selon l'axe perpendiculaire à celui des colonnes, donc ici selon l'axe X. Les surfaces de couplage extrêmes 91A et 91C ont entre elles un intervalle ayant une dimension E mesurée parallèlement à la direction d'alignement, donc ici l'axe X. Dans l'exemple avantageux représenté, l'intervalle E est sensiblement égal à l'entraxe entre les deux colonnes de surfaces de couplage 81A, 71AB, 81B et respectivement 81C, 71CD, 81D. La surface 91B est latéralement adjacente à l'intervalle et présente selon l'axe X une dimension égale à celle E de l'intervalle. Les trois surfaces 91A, 91BD et 91C ont trois côtés alignés selon une ligne parallèle à l'axe X (superposée à l'axe X dans la représentation de la Figure 2). Dans la relation spatiale initiale représentée, cette ligne passe par les centres des deux surfaces de couplage 71AB et 71CD des deux émetteurs 7AB et 7CD. La dimension H9 des surfaces de couplage 91A, 91B et 91C perpendiculairement à la ligne précitée, est sensiblement égale à la distance H entre deux côtés, parallèles à l'axe X et tournés à l'opposé l'un de l'autre, d'une surface de couplage 71 d'émetteur et de la surface de couplage 81 d'un récepteur associé.
Selon une particularité avantageuse, si l'on considère une droite D (Figure 2) parallèle à l'axe Y et que l'on déplace cette droite (flèches F) parallèlement à l'autre axe (axe X dans l'exemple) au-dessus des surfaces de couplage 91A, 91BD et 91C, la longueur de la partie de cette droite qui recouvre les surfaces de couplage 91A, 91BD, 91C est constante, égale à la dimension H9.
La course optimale des éléments 4 et 6 l'un par rapport à l'autre selon l'axe X est sensiblement égale à la longueur L d'une surface de couplage 71 ou 81 de l'élément actif 4 selon l'axe X. A la Figure 2, les éléments 4 et 6 sont représentés dans une position relative de mi-course parallèlement à l'axe X. A partir de cette position, si l'un des éléments 4 ou 6 se déplace vers la droite ou vers la gauche par rapport à l'autre, le couplage de chaque émetteur 7 avec ses récepteurs 8 respectifs ne varie pratiquement plus lorsque le déplacement dépasse L/2. Par conséquent la partie du déplacement qui dépasse L/2 ne sera pas détectée.
Parallèlement à l'axe Y, la course optimale est égale à la dimension H7 d'une surface de couplage 71 d'émetteur. A la Figure 2, les éléments 4 et 6 sont représentés dans une position relative de mi-course parallèlement à l'axe Y. De part et d'autre de la course optimale, une course additionnelle égale à la dimension H8 d'une surface de couplage 81 d'émetteur est exploitable avec une moindre précision puisque le couplage de chaque émetteur ne varie plus qu'avec un seul des deux récepteurs qui lui sont associés. Le flux total n'est plus constant.
Le dispositif selon l'invention est défini à la conception pour offrir des courses optimales et le cas échéant des courses additionnelles déterminées parallèlement aux axes X et Y du plan d'entrefer. Les courses précitées peuvent être choisies librement puisqu'elles dépendent de paramètres géométriques différents, comme on vient de le voir notamment pour l'exemple représenté.
Il n'est pas obligatoire que la position initiale soit une position de mi-course parallèlement à l'axe X et/ou à l'axe Y comme représenté. Par exemple, pour surveiller une fissure qui est fermée au moment de l'installation, on peut partir d'une position initiale qui correspond à une extrémité de la course optimale parallèlement à la direction correspondant à la variation d'écartement de la fissure, pour que toute la course optimale soit disponible dans le sens de l'accroissement de l'écartement par rapport à l'état initial.
Dans l'exemple représenté, le dispositif 1 est de type électromagnétique. Les émetteurs 7 et les récepteurs 8 forment ensemble des moyens de transformation électromagnétique. Les surfaces de couplage 71 et 81 sont formées à une extrémité de noyaux magnétiques respectifs 72 et 82 en ferrite ou autre matériau magnétique à forte perméabilité, entourés chacun par un enroulement électrique 73 et 83 respectif. Chaque noyau 72 d'un émetteur 7 et son enroulement 73 forment un primaire des moyens de transformation. Chaque noyau 82 d'un récepteur 8 et son enroulement 83 forment un secondaire des moyens de transformation.
La Figure 4 est un schéma électrique d'un dispositif semblable à celui des Figures 1 à 3, où cependant il n'est prévu qu'un seul primaire PI, comportant un seul enroulement primaire 73. Un seul circuit magnétique M couple de manière variable le primaire PI avec les quatre secondaires SA, SB, SC, SD, comportant chacun un enroulement secondaire 83. Des dispositifs à un seul primaire et quatre secondaires sont représentés aux Figures 6 et 7 qui seront décrites plus loin. Le primaire PI est alimenté par un générateur G délivrant une tension oscillante Vosc. La fréquence d'oscillation est par exemple comprise entre 500 kHz et 1 MHz. Dans l'exemple représenté, correspondant à des applications où les mouvements à détecter sont lents, le générateur n'est activé que par intermittences pour économiser l'énergie. Le dispositif 1 ne produit des mesures que lorsque le générateur G est activé. Même quand le générateur est activé, la consommation d'énergie est très faible, elle correspond à la compensation des fuites magnétiques car les enroulements secondaires sont en circuit ouvert.
Un capteur de la dérivée du courant primaire 74 est monté en série avec l'enroulement primaire 73 pour être traversé par le courant primaire et fournit en sortie une mesure de la dérivée du courant primaire par rapport au temps, d(I(in))/dt, égale à col(in), expression dans laquelle I( in) représente l'intensité instantanée au primaire et w représente la pulsation du courant primaire.
Chaque enroulement secondaire est monté entre les bornes d'entrée (in+) et (in-) d'un capteur de tension respectif 84 fournissant en sortie une mesure MesA, MesB, MesC, MesD de la tension dans les enroulements secondaires respectifs. Chaque capteur se comporte comme une rupture de circuit entre les extrémités de l'enroulement secondaire auquel il est associé.
Les sorties des capteurs 74 de dérivée du courant primaire et 84 de tension secondaire sont envoyées à un calculateur 11 relié à une mémoire 12 et à un dispositif de transmission 13. A partir des mesures fournies par les capteurs, le calculateur évalue la position relative des éléments 4, 6 et stocke dans la mémoire 12 le résultat de son évaluation et/ou la transmet à un site distant via le dispositif de transmission 13. Dans une autre réalisation, les mesures sont stockées dans la mémoire 12 et transmises au site distant, lequel comporte les moyens de calcul permettant d'évaluer les positions relatives des deux éléments 4 et 6. L'évaluation peut être fournie sous toute forme appropriée, par exemple sous forme de graphique présentant les variations dans le temps.
La Figure 5 présente un schéma magnétique équivalent du circuit électromagnétique de la Figure 4. Chaque liaison magnétique variable entre le primaire PI et les secondaires SA, SB, SC et SD de la Figure 4 équivaut à deux réluctances en parallèle. L'une de ces réluctances, notée RelAf, RelBf, RelCf et RelDf représente le couplage par le matériau magnétique (la ferrite dans l'exemple) et les entrefers entre zones superposées des surfaces de couplage. L'autre, notée ReIAa, RelBa, ReICa, et RelDa, représente le couplage parasite à travers l'air, couplage qui existe même entre deux surfaces de couplage qui ne sont pas du tout superposées ou entre les surfaces de couplage de l'élément actif 4 sans passer par les conducteurs magnétiques de l'élément passif 6. Pour chaque secondaire, le flux respectif cpA, cpB, cpC, et cpD, constitué par l'addition du flux à travers la réluctance ferrite et du flux à travers la réluctance air, est traduit en les sorties MesA, MesB, MesC et MesD décrites en référence à la Figure 4.
On va maintenant décrire le principe de calcul de la position relative des deux éléments 4 et 6. Sachant que, dans l'exemple du secondaire A :
MesA = j.cû.ntours.c A = j. cü.ntours. ntourp. I (IndA(air) + IndA( ferrite))
Expression dans laquelle :
w est la pulsation,
n tours est le nombre de tours d'enroulement au secondaire,
ntourp est le nombre de tours d'enroulement au primaire,
I est l'intensité du courant primaire,
IndA(air) est l'induction de l'air pour le secondaire A,
IndA(ferrite) est l'induction de la ferrite pour le secondaire A dans la position relative des deux éléments 4 et 6.
On déduit que :
MesA/j. l = ntours. ntourp. (IndA(air) + IndA( ferrite))
Lorsque le dispositif 1 est fabriqué, on réalise une mesure à vide, c'est-à-dire en l'absence de l'élément passif 6, pour chacun des secondaires et pour le courant primaire I, fournissant les valeurs MesAo, MesBo, MesCo, MesDo et Mescolo.
Puis en service le calculateur 11 extrait l'inductance ajoutée par la ferrite en faisant :
A = (MesA / Mes l) (MesAo / Mes lo) Ensuite la mesure X, corrigée de l'influence des déplacements selon les autres degrés de liberté, est obtenue en faisant :
= Dc.[( A-B)/(A+B) + (D-C)/(D+C) ]
Dc est un facteur à déterminer expérimentalement sur prototype du dispositif pendant sa conception, il dépend de la géométrie du dispositif. Le facteur Dc est influencé par les mouvements en Z, d'une façon qui peut également être déterminée à la conception ou en expérimentation sur prototype puis être en mémoire dans le calculateur 11.
La position selon la direction Z perpendiculaire au plan d'entrefer peut être estimée à partir de 1/(A+B+C+D) qui correspond à l'inductance globale des flux ajoutés par la ferrite. La relation entre cette expression et la valeur de la position en Z est en mémoire dans le calculateur 11. Le dispositif fournit ainsi une évaluation des déplacements selon l'axe Z en plus d'une correction du facteur Dc et donc de la mesure en X en fonction de l'évaluation en Z.
La Figure 6 est une représentation très schématique du second mode de réalisation de l'invention. Pour des raisons de clarté l'élément actif 104 et l'élément passif 106 sont représentés décalés latéralement l'un par rapport à l'autre au lieu d'être superposés dans leur position d'interaction fonctionnelle. Chaque émetteur, récepteur et conducteur magnétique n'est représenté que par sa surface de couplage. Ce mode de réalisation ne sera décrit que pour ses différences avec celui des Figures 1 à 3. L'élément actif 104 comporte toujours quatre récepteurs 108A, 108B, 108C, 108D dont les faces de couplage sont comme dans l'exemple précédent rectangulaires et disposées aux angles d'un carré ou d'un rectangle. Par contre l'élément actif 104 ne comporte plus qu'un seul émetteur 107 dont la surface de couplage, rectangulaire ou carrée, est disposée sensiblement au centre du rectangle défini par la topographie des quatre surfaces de couplage des récepteurs. L'élément passif 106 est semblable à l'élément 6 du mode de réalisation précédent, avec deux conducteurs magnétiques extrêmes 109A, 109C alignés avec un intervalle entre eux et un conducteur intermédiaire 109BD adjacent à cet intervalle. Le troisième mode de réalisation est illustré à la Figure 7 de façon analogue à celui de la Figure 6. La topographie des surfaces de couplage des quatre récepteurs 208 est la même que dans le mode de réalisation de la figure 6. Par contre l'élément 204 ne comporte pas d'émetteur. L'émetteur 207 se trouve sur l'autre élément 206 qui n'est donc plus un élément passif. L'élément 206 ne comporte plus de conducteurs magnétiques tels que 9 ou 109 des modes de réalisation précédents.
Pour une application où l'on ne fait aucune supposition sur les déplacements les plus probables qui devront être mesurés entre les deux éléments 204 et 206, on choisira une géométrie initiale où la surface de couplage de l'émetteur 207 est sensiblement au centre de la topographie en carré des surfaces de couplage des récepteurs 208. Le couplage magnétique entre émetteur et chaque récepteur ne passe plus que par un seul entrefer variable, au lieu de deux dans les exemples précédents. La mesure fournie par chaque récepteur 208 dépend de l'aire de la surface de couplage de ce récepteur qui est recouverte par la surface de couplage 207 de l'émetteur, autrement dit l'aire de l'entrefer formé entre le récepteur considéré et l'émetteur. Au lieu d'une réalisation électromagnétique, une réalisation à aimant permanent est possible. Par exemple dans les réalisations des figures 6 et 7, on pourrait utiliser comme émetteur un aimant permanent et pour chaque récepteur une sonde à effet Hall ou un magnétomètre du type flux gâte. Dans l'exemple de la Figure 7, cette réalisation permet de réaliser l'élément 206 sans aucun raccordement avec l'extérieur bien qu'il ne soit pas passif.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour mesurer une position et/ou un déplacement de deux sites (3a,
3b) l'un par rapport à l'autre, comprenant les étapes :
■ ancrage, à chacun des deux sites, d'un élément respectif (4, 6 ; 104, 106 ; 204, 206), les éléments comportant des moyens magnétiques comprenant au moins un émetteur de flux (7, 107, 207), au moins deux récepteurs de flux (8, 108, 208) et des surfaces de couplage magnétique (71, 81, 91), chaque récepteur étant relié magnétiquement à l'émetteur par au moins un entrefer entre deux surfaces de couplage solidaires chacune de l'un des éléments, les surfaces de couplage ayant sur chaque élément un agencement topographique prédéterminé, ledit ancrage plaçant les deux éléments dans une relation spatiale variable influençant le degré de couplage magnétique dans chaque entrefer ;
■ détection d'une grandeur physique sensible au degré de couplage précité ;
■ évaluation de la position relative et/ou du déplacement relatif des deux sites d'après le résultat de la détection ;
caractérisé en ce que :
■ par un choix de l'agencement topographique de chaque surface de couplage et de ladite relation spatiale lors de l'ancrage, les degrés de couplage varient les uns par rapport aux autres de façon différente en fonction de la position des éléments l'un par rapport à l'autre selon au moins deux axes (X, Y) correspondant respectivement à au moins deux degrés de liberté ;
■ lors de l'étape de détection on ménage pour les deux éléments (4, 6 ;
104, 106 ; 204, 206) une mobilité relative selon lesdits au moins deux degrés de liberté ; et
■ l'évaluation fournit une mesure d'au moins une composante de position et/ou de déplacement, correspondant à l'un respectif des au moins deux degrés de liberté précités, cette mesure étant corrigée de l'influence de position selon l'autre des au moins deux degrés de liberté.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on obtient par la détection ladite grandeur physique respectivement pour chacun des au moins deux récepteurs (8, 108, 208).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de la détection les deux éléments (4, 6 ; 104, 106 ; 204, 206) sont libres de toute liaison mécanique l'un par rapport à l'autre.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape d'ancrage est une étape de fixation rigide de chaque élément au site respectif (3a, 3b).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lors de l'ancrage on coule au moins partiellement l'un des éléments, de préférence un élément passif, dans une masse solidaire et/ou au moins partiellement constitutive du site associé.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pendant l'étape d'ancrage on maintient par un moyen mécanique provisoire les deux éléments dans ladite relation spatiale initiale, puis après l'ancrage on libère les deux éléments l'un de l'autre en désactivant le moyen mécanique provisoire.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les au moins deux degrés de liberté comprennent deux directions (X, Y) dans un plan commun aux entrefers formés par les surfaces de couplage (71, 81, 91).
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'évaluation fait intervenir au moins un coefficient de géométrie (Dc) qu'on a déterminé expérimentalement.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que par une combinaison mathématique à partir des grandeurs mesurées l'évaluation fournit une indication d'inclinaison des deux éléments l'un par rapport à l'autre.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'évaluation comprend une correction en fonction de l'écartement entre les deux éléments.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on transmet le résultat de détection et/ou le résultat d'évaluation à un site distant par transmission sans fil.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens magnétiques sont des moyens de transformation électromagnétiques, l'au moins un émetteur de flux (7) est au moins un primaire des moyens de transformation, les au moins deux récepteurs (8) sont des secondaires des moyens de transformation, et on alimente le primaire à l'aide d'un générateur oscillant (G).
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une détection et/ou évaluation au moins indirecte de la dérivée du courant parcourant le primaire.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que pour obtenir la détection et/ou l'évaluation de la dérivée du courant on détecte une tension aux bornes d'une inductance de valeur connue montée en série avec le primaire.
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'évaluation fournit à partir de la dérivée du courant parcourant le primaire la valeur d'une composante de position et/ou de déplacement des deux éléments l'un par rapport à l'autre selon une direction (Z) d'écartement entre les surfaces de couplage des deux éléments (4,6).
16. Procédé selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que la détection comprend une détection de la tension aux bornes de chacun des secondaires.
17. Procédé selon la revendication l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que l'évaluation comprend pour chaque secondaire une division de la tension détectée par ladite dérivée du courant parcourant le primaire.
18. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'évaluation comprend la division d'une mesure du flux de chaque secondaire par une mesure de la force électromotrice.
19. Procédé selon l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce qu' à la fabrication ou au plus tard après installation d'un seul des deux éléments sur le site associé, on peut déterminer, pour chaque secondaire monté sur l'un des éléments comportant également un primaire correspondant, l'inductance de l'air refermant le circuit magnétique entre ce primaire et ce secondaire en l'absence de l'autre élément, et lors de l'évaluation on détermine pour chaque secondaire l'inductance ajoutée par l'autre élément en déduisant de l'inductance totale ladite inductance de l'air.
20. Procédé selon l'une des revendications 12 à 19, caractérisé en ce que l'alimentation par le générateur électrique (G) est intermittente.
21. Procédé selon l'une des revendications 12 à 20, caractérisé en ce qu'on alimente le générateur électrique oscillant par une pile.
22. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'au moins un émetteur (107, 207) est un aimant permanent et les au moins deux récepteurs (108, 208) sont choisis dans le groupe comprenant les sondes à effet Hall et les flux gates.
23. Dispositif pour mesurer une position et/ou un déplacement de deux sites (3a, 3b) l'un par rapport à l'autre, pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 22, comprenant :
■ deux éléments (4, 6 ; 104, 106 ; 204, 206) qui sont en service mobiles l'un par rapport à l'autre, destinés à être ancrés chacun à l'un respectif des deux sites ;
■ des moyens magnétiques comprenant au moins un émetteur de flux (7, 107, 207) et au moins deux récepteurs de flux (8, 108, 208) et des surfaces de couplage magnétique (71, 81, 91), chaque récepteur étant relié magnétiquement à l'émetteur par au moins un entrefer entre deux surfaces de couplage solidaires chacune de l'un des éléments, les surfaces de couplage ayant sur chaque élément un agencement topographique prédéterminé, les éléments étant en service ancrés chacun à l'un respectif des deux sites en ayant entre eux une relation spatiale variable influençant le degré de couplage magnétique dans chaque entrefer ;
■ des moyens de détection (84), aux récepteurs (8, 108, 208), d'une grandeur physique sensible au degré de couplage magnétique du récepteur considéré avec son émetteur ;
■ des moyens (11) d'évaluation de la position relative et/ou du déplacement relatif des deux sites (3a, 3b) d'après le résultat de la détection ;
caractérisé en ce que :
■ par un choix de l'agencement topographique des surfaces de couplage et d'une relation spatiale initiale des deux éléments l'un par rapport à l'autre, les degrés de couplage entre émetteur et récepteurs varient les uns par rapport aux autres d'une façon qui est fonction de la position des éléments l'un par rapport à l'autre selon au moins deux axes (X, Y) correspondant à au moins deux degrés de liberté respectifs ;
■ les deux éléments ont en service une mobilité relative selon lesdits au moins deux degrés de liberté ; et
■ les moyens d'évaluation fournissent une mesure d'au moins une composante de position et/ou de déplacement correspondant à l'un respectif des au moins deux degrés de liberté précités, la mesure étant corrigée de l'influence de la composante de position et/ou de déplacement selon l'autre des au moins deux degrés de liberté.
24. Dispositif selon la revendication 25, caractérisé en ce que les moyens de détection sont agencés pour fournir ladite grandeur physique respectivement pour chacun des au moins deux récepteurs.
25. Dispositif selon la revendication 23 ou 24, caractérisé en ce que les deux éléments sont conçus pour être fixés rigidement chacun au site (3a, 3b) qui lui est respectivement affecté.
26. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisé en ce que l'un des éléments comporte l'au moins un émetteur (7, 107) et l'ensemble des récepteurs (8, 108), et l'autre élément est un élément passif comportant des conducteurs magnétiques (9, 109) entre surfaces de couplage de cet élément.
27. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 26, caractérisé en ce qu'il comporte avant son installation sur sites un moyen mécanique provisoire qui maintient les deux éléments dans ladite relation spatiale initiale, et qui est susceptible de désactivation après installation sur sites pour permettre la mobilité relative des deux éléments.
28. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 27, caractérisé en ce que les entrefers ont un plan d'entrefer commun parallèle auxdits deux axes (X, Y).
29. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 28, caractérisé en ce que l'évaluation prend en compte au moins un coefficient de géométrie (Dc) déterminé expérimentalement avant installation du dispositif sur sites.
30. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 29, caractérisé en ce que l'évaluation comprend une correction en fonction de l'écartement entre les deux éléments.
31. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 30, caractérisé en ce que les au moins deux récepteurs comprennent quatre récepteurs disposés aux sommets d'un quadrilatère, de préférence un rectangle.
32. Procédé selon l'une des revendications 23 à 31, caractérisé en ce que l'un des éléments (4, 104) comporte l'au moins un émetteur (7, 107) et les au moins deux récepteurs (8, 108), et l'autre élément (6, 106) est un élément passif équipé de conducteurs magnétiques (9, 109) portant les surfaces de couplage (91) de cet élément.
33. Dispositif selon la revendication 31 ou 32, caractérisé en ce que l'élément mobile par rapport aux récepteurs présente dans le plan d'entrefer trois faces de couplage dont une face de couplage intermédiaire (91BD, 109BD) décalée latéralement par rapport aux deux autres (91A, 91C ; 109A, 109C), lesquelles sont alignées, avec une distance entre elles, parallèlement à l'axe (X) de la composante à évaluer.
34. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 33, caractérisé en ce que les moyens magnétiques sont des moyens de transformation électromagnétiques, l'au moins un émetteur de flux est un primaire des moyens de transformation, les au moins deux récepteurs sont des secondaires des moyens de transformation, et le dispositif comprend un générateur oscillant (G) raccordé pour alimenter électriquement le primaire.
35. Dispositif selon la revendication 34, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (74) de détection et/ou évaluation de la dérivée du courant parcourant un primaire des moyens de transformation, et en ce que les moyens de détection et/ou d'évaluation de la dérivée du courant sont de préférence des moyens de détection de la tension aux bornes d'une inductance de valeur connue montée en série avec le primaire des moyens de transformation.
36. Dispositif selon la revendication 34 ou 35, caractérisé en ce que les moyens d'évaluation sont adaptés à fournir à partir de la dérivée du courant parcourant le primaire une valeur de position et/ou de déplacement des deux éléments l'un par rapport à l'autre selon une direction (Z) d'écartement entre les deux éléments (4, 6).
37. Dispositif selon l'une des revendications 34 à 36, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent des moyens de détection de la tension aux bornes de chacun des secondaires.
38. Dispositif selon la revendication 37, caractérisé en ce que les moyens d'évaluation (11) opèrent pour chaque secondaire une division de la tension détectée par ladite dérivée du courant.
39. Dispositif selon l'une des revendications 34 à 38, caractérisé en ce que les moyens d'évaluation (11) déterminent pour chaque secondaire associé à l'un des éléments l'inductance ajoutée par l'autre élément pour ce secondaire en déduisant de l'inductance totale une inductance de l'air préalablement déterminée.
40. Dispositif selon l'une des revendications 34 à 39, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments (4) est formé d'une carte électronique de circuit imprimé sur laquelle une partie au moins des enroulements primaire et secondaires sont directement dessinés en cuivre lors du routage de la carte.
41. Dispositif selon l'une des revendications 23 à 33, caractérisé en ce que l'au moins un émetteur (107, 207) est un aimant permanent et les au moins deux récepteurs (108, 208) sont choisis dans le groupe formé des sondes à effet Hall et des flux gates.
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