WO2020240139A1 - Dispositif d'acquisition, systeme de mesure et sol - Google Patents

Dispositif d'acquisition, systeme de mesure et sol Download PDF

Info

Publication number
WO2020240139A1
WO2020240139A1 PCT/FR2020/050898 FR2020050898W WO2020240139A1 WO 2020240139 A1 WO2020240139 A1 WO 2020240139A1 FR 2020050898 W FR2020050898 W FR 2020050898W WO 2020240139 A1 WO2020240139 A1 WO 2020240139A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensors
acquisition device
polymeric material
substrate
connection
Prior art date
Application number
PCT/FR2020/050898
Other languages
English (en)
Inventor
Cécile VILLETTE
Rihab JERBI
Bérengère LEBENTAL
Dmitry Zakharov
Maëlle BUISSON
Vivin Varghese ARIKKUDIL MATHEW
Alexandra TAYRAC
Nicolas Daveau
Original Assignee
Ecole Polytechnique
Centre National De La Recherche Scientifique
Universite Gustave Eiffel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecole Polytechnique, Centre National De La Recherche Scientifique, Universite Gustave Eiffel filed Critical Ecole Polytechnique
Publication of WO2020240139A1 publication Critical patent/WO2020240139A1/fr

Links

Classifications

    • 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
    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/02—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles
    • G01G19/022—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles for weighing wheeled or rolling bodies in motion
    • G01G19/024—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for weighing wheeled or rolling bodies, e.g. vehicles for weighing wheeled or rolling bodies in motion using electrical weight-sensitive devices
    • 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
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/205—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements

Definitions

  • the invention relates to an acquisition device and a measuring system comprising such an acquisition device, serving to determine the values of quantities liable to be determined from movements of a deformable body, or substrate. These quantities can be relative to the substrate, or even to an object external to the substrate but exerting a stress on the latter which produces a movement (or more precisely, fields of displacement and deformation) in the substrate.
  • the substrate constitutes a ground, in particular a ground constituting a roadway on which vehicles circulate
  • the information which one seeks to determine can be, for example, the mass of these vehicles, their speed, or even the direction they are following in motion. moment when they pass at the point of measurement.
  • deformation By “deformation”, one designates here a rate of expansion of a material; for example, a percentage expansion of this material.
  • connection sheet denotes a support on the surface of which or in which several conductive tracks are arranged.
  • the cable makes it possible to connect one or more items of equipment, via its conductive tracks.
  • one or more sensors can be fixed to the support, and connected to these conductive tracks.
  • the web allows both to mechanically support the sensor (s), and to ensure their connection.
  • the support can in particular be a thin support, such as for example any type of film or tape, in particular of plastic material, for example formed mainly of polymeric material.
  • a thin support such as for example any type of film or tape, in particular of plastic material, for example formed mainly of polymeric material.
  • Some sensor data acquisition applications require the use of several sensors, or even several dozen sensors.
  • connection sheets this is generally referred to as cable bundles or harnesses.
  • the sensor layers thus obtained can then be transported and placed at the place of use in a relatively simple and inexpensive manner.
  • the dimension of the array of sensors becomes large.
  • the manufacturing tools are necessarily also of large size; the production cost of the array of sensors is then relatively high, as well as the difficulty of transporting and installing the array of sensors.
  • a first objective of the invention is to meet this need.
  • connection sheet comprising a support having a first edge and a second opposite edge
  • N At least a first set of N groups Gi of conductive track (s) (Pij) formed on the surface of the support and / or in the support, N being at least equal to 2; and in which:
  • each conductive track of a first group G1 of conductive track (s) is connected to a connection terminal of a first group LC1 of terminal
  • connection located at the first edge of the support
  • connection sheet is configured such that, when two (identical) connection sheets are placed side by side so that the first edge of the support of the second connection sheet is opposite the second edge of the support of the first connection layer, the connection terminals of the RC1 group of connection terminal (s) of the first connection can be connected to the connection terminals of the connection terminal group LC1 of the second connection strip;
  • each group Gi of conductive track (s) at least one, and preferably each conductive track, is connected to a connection terminal of a group LCi of connection terminal (s) located at the first edge from the support and to a connection terminal of an RCi-1 group of connection terminal (s) located at the second edge of the support;
  • connection terminals of said first LCi-1 groups of connection terminal (s) located at the first edge (L) of the support are configured to be connected to the connection terminals of the RCi-1 groups of connection terminal (s) located at the second edge (R) of the support.
  • connection terminals of the first LCi-1 groups of connection terminal (s) located at the first edge of the support can be configured to be connected either directly or through 'a junction element to the connection terminals of the RCi-1 groups of connection terminal (s) located at the second edge of the support.
  • connection terminals of said first LCi-1 groups of connection terminal (s) located at the first edge of the support are configured so as to be aligned with the connection terminals of said second RCi groups -1 of connection terminal (s) located at the second edge of the support, when two (identical) connection sheets are placed side by side so that the first edge of the support of the second connection sheet is in face of the second edge of the support of the first connection sheet.
  • connection plies in series, in particular connection plies identical to each other, so as to be carried out during assembly (which can optionally be done ' on site ') a connection sheet of larger dimensions.
  • a number of connecting webs can be assembled together.
  • conductive track designates here any type of conductor, in particular electrical.
  • a conductive track can therefore be an electric wire, or even an electrically conductive circuit formed on the surface (or in the thickness) of the support. It can also be an optical fiber.
  • each group of conductive tracks can contain one or more conductive tracks.
  • the sheet A mainly comprises a support 10A, on which are formed three groups G1, G2 and G3 of conductive tracks.
  • the support 10A is a part of plastic film, of rectangular exterior shape.
  • connection terminals On the left edge L and on the opposite right edge R of the support 10A are fixed connection terminals.
  • connection terminals LC1, LC2 and LC3 On the left edge L are arranged three groups of two connection terminals LC1, LC2 and LC3.
  • the first group of connection terminals, LC1 has two terminals LC1 a and LC1 b. These terminals are connected to the tracks of the first group G1 a and G1 b.
  • the first group of tracks G1 is used to connect a KA sensor. Consequently, the ends of the tracks G1 a and G1 b opposite the first edge L are arranged at a distance from the edges of the support 10A. They are placed at a distance from each other so that a sensor can be connected to these tracks, when it is attached to the support 10A by being disposed between the ends of the tracks.
  • the second group of connection terminals has two terminals LC2a and LC2b.
  • the third group of connection terminals, group LC3, has two terminals LC3a and LC3b.
  • connection terminals RC1 and RC2 On the right edge R of the support 10A are arranged two groups of two connection terminals RC1 and RC2.
  • the first group of connection terminals, group RC1 has two terminals RC1 a and RC1 b.
  • the second group of connection terminals, the RC2 group has two terminals RC2a and RC2b.
  • Each of the tracks of the second group of conductive tracks G2 connects a connection terminal of the second group LC2 on the first edge L to a connection terminal of the first group RC1 on the second edge R.
  • each of the tracks of the third group of tracks conductive G3 connects a connection terminal of the third group LC3 on the first edge L to a connection terminal of the second group RC2 on the second edge R.
  • connection terminals of the groups of connection terminals LC2 and LC3, located on the first edge L of the support are therefore configured to be connected to the connection terminals respectively of the groups RC1 and RC2 of connection terminals, located on the second edge R of the support.
  • connection terminals (LC1 a, LC1 b, LC2a and LC2b) of the groups LC1 and LC2 of connection terminals located on the first edge of the holder (on the left, Fig. 1) are configured so as to be find aligned with the connection terminals (RC1 a, RC1 b, RC2a and RC2b) of the RC1 and RC2 groups of connection terminals located on the second edge of the support (on the right, Fig. 1), when two cables of identical connection, such as for example the sheets A and B are placed side by side such that the first edge of the support 10B of the second connection sheet B is opposite the second edge of the support 10A of the first sheet A of connection.
  • sensors KA, KB and KC respectively are mounted on each of the layers; these are thus called “sensor layers”.
  • the arrangement of the layers of sensors makes it possible, when three layers are connected to each other in series as shown in FIG. 1, to connect the sensors KA, KB and KC to the connection terminals LC1, LC2 and respectively.
  • connection sheets can be used, in this case one third of the total length qu ' would have a single connection cable.
  • connection sheets of modest dimensions, in particular of a length of less than 500 mm, or even 400 mm.
  • connection sheet the different groups of conductive tracks normally all have the same number of conductive tracks (1, 2, 3, ... without any particular limit).
  • the number of groups of conductive tracks is equal to the number of connection layers which are capable of being connected in series.
  • connection sheet can on the other hand include several sets of conductive tracks (with the associated connection terminals), as in the example presented above.
  • the backing is generally a thin backing, that is, a portion of plate or film. However, it can be of any thickness.
  • the specific path of the conductive tracks is of no particular importance, as long as they provide conduction between the connection terminals and / or the sensors they connect.
  • the tracks are arranged substantially on the same surface (flat or at least ruled), on the surface of a thin film.
  • the support may for example be multi-layered, the tracks then passing over the different layers, and thus being able, for example, to cross or otherwise.
  • connection sheet when one or more sensors are connected to the tracks of the first group of conductive tracks, the connection sheet is called “sensor sheet (s)”.
  • a sheet of sensors comprises a connection sheet as presented above, and at least one sensor fixed to the support, and connected to at least one track of the first group of conductive track (s).
  • Said at least one sensor can be a sensor of any type. It can be a mechanical sensor or a non-mechanical sensor.
  • a mechanical sensor can be a deformation, shear, accelerometer, gyrometer, inclinometer, etc.
  • a non-mechanical sensor can be a sensor for atmospheric pressure, ambient noise (i.e. a microphone), atmospheric pollutant concentration (for example the concentration of CO2, NO2, SO2, ozone ( 03), in PM, in volatile organic compounds (VOCs)), a sensor for the water content of the surrounding environment, a chemical sensor (that is to say a sensor for determining the chemical composition of the surrounding environment - allowing by example the measurement of pH, conductivity, redox potential, concentration of chloride ions, hydrocarbons, metal ions - including heavy metals); it can also be a pyranometer (allowing the measurement of heat fluxes), a magnetometer, etc.
  • ambient noise i.e. a microphone
  • atmospheric pollutant concentration for example the concentration of CO2, NO2, SO2, ozone ( 03), in PM, in volatile organic compounds (VOCs)
  • VOCs volatile organic compounds
  • a sensor for the water content of the surrounding environment a chemical sensor (that is to say a sensor for determining the chemical composition of the surrounding environment
  • Said at least one sensor can be, when it makes sense (in particular when it is a mechanical sensor), a single-axis or multi-axis sensor (a single-axis sensor is a directional sensor capable of measuring a quantity with respect to a single direction, and a multi-axis sensor, a directional sensor capable of measuring a quantity with respect to several directions generally perpendicular to each other.)
  • a single-axis sensor is a directional sensor capable of measuring a quantity with respect to a single direction
  • a multi-axis sensor a directional sensor capable of measuring a quantity with respect to several directions generally perpendicular to each other.
  • Said at least one sensor may be a sensor independent of the orientation of the sensor in space (for example, a volume expansion sensor).
  • the measurement directions of these sensors can be aligned (or not) with the longitudinal direction (direction of rolling of the vehicles in the case of a carriageway) and the transverse horizontal and vertical directions of the carriageway.
  • Said at least one sensor can for example be glued to the support.
  • Said at least one sensor may include a transducer as defined in international patent application WO2015150676.
  • the layer of sensors may include a shielding arranged on one face of the support or two shields between which the support and the sensors are arranged.
  • a second aspect of the present disclosure relates to an acquisition device comprising a certain number of sensors attached to a deformable substrate in order to determine, from the information produced by these sensors, the values of quantities capable of being determined from movements. of the substrate. These quantities may relate to the substrate, or even to an object external to the substrate but exerting a stress on the latter which produces movement in the substrate.
  • the deformable substrate can in particular be a ground, for example a roadway.
  • the sensors are implanted in or on a deformable substrate, they must be arranged so as to be able to undergo the deformations of this substrate, and this for as long as possible, without degrading.
  • these sensors are positioned on or in this substrate; the sensors are attached to it; a bundle of cables is then deployed to which the sensors are to be attached, and each of the sensors is individually connected to the cables of the cable bundle. This operation is not only long (and therefore expensive), but is also a source of assembly errors.
  • a response to this need can be provided in two ways, namely either by a surface acquisition device, if the sensors are to be placed on the surface, or either by an acquisition device. buried, if the sensors must be integrated inside, of the substrate considered.
  • each of the sensors can be any of the mechanical or non-mechanical sensors defined above in relation to the web of sensors.
  • the present disclosure relates specifically to the case where the sensors are such that it is possible, from information produced by said sensors, to calculate movements of the belt at a plurality of points among said different points of the belt.
  • the acquisition device can for example be placed on the surface of a roadway, or in an upper layer of a roadway over which vehicles pass. From the movements at different points of the mat, that we can determine when passing a vehicle, it is possible to obtain various information about the vehicle, such as its speed, mass, the direction in which it is moving, etc.
  • the acquisition device is placed on the surface of the deformable substrate in question or integrated inside this substrate, its characteristics are different.
  • the acquisition device comprises a mat formed mainly of polymeric material, sensors integral with the mat and fixed to it. at different points, and conductive tracks arranged so as to allow each of said sensors to be connected. Said sensors are such that it is possible, from information produced by said sensors, to calculate movements of the belt at a plurality of points among said different points of the belt.
  • each sensor is protected, at least on a first face of the mat by a layer of said polymeric material, said polymeric material having a Young's modulus located in the range of 50 MPa to 1 TPa, and preferably located in the range of 200 MPa to 800 MPa.
  • the value of Young's modulus is preferably determined by tensile tests according to the ISO 527-1: 2012 (fr) standard.
  • the sensors are integral with the belt and fixed to the latter at various points.
  • the polymeric material should be chosen such that the mat adheres strongly to the sensors. This property is particularly desirable for the surface acquisition device. Consequently, the polymeric material of the surface acquisition device exhibits a dynamic coefficient of friction (COF) greater than 0.5, and preferably greater than 1. This coefficient is measured on standard steel, at 25 ° C, by following ASTM D1894.
  • COF dynamic coefficient of friction
  • materials with a very low adhesion capacity such as PTFE, are not suitable in this case to constitute the polymeric material.
  • the polymeric material of the surface acquisition device may for example be a thermoplastic polyurethane elastomer, for example of the polyester or polyether type. This elastomer can be unfilled, but it can also contain fillers, in particular for mechanical reinforcement, for example glass fiber fillers.
  • the polymeric material may for example be one of the urethane elastomer compounds PMC®-790 (PMC is a registered trademark) or Smooth Cast®-310 (Smooth-Cast is a registered trademark).
  • the Young's modulus is located in the range of values indicated above for any temperature between -20 ° Ce +70 ° C.
  • the polymeric material Because its Young's modulus is in the range of 50 MPa to 1 TPa, the polymeric material exhibits high elasticity. Thanks to this, the mat is able to accompany the deformations of the substrate on which the device
  • the thickness of the layer of polymeric material is defined according to the intended application.
  • the mat When setting up the acquisition device, the mat also provides mechanical protection to the sensors (which can be chosen more or less depending on the intended application), thus making it possible to transport the sensors in good conditions. until they are put in place. Therefore, it is not necessary to provide a rigid envelope to contain the acquisition device.
  • the polymeric material may exhibit an elastic behavior of up to 0.1% deformation, even preferably up to 0.2%, or even preferably up to 1%;
  • the polymeric material may exhibit elastic behavior up to at least 0.2% deformation for at least 10 5 cycles, even preferably at least 5.10 5 cycles or even at least 10 6 cycles; and or
  • the polymeric material may have a thermal expansion coefficient of less than 0.02% / ° C, or even preferably less than 0.004% / ° C or even 0.002% / ° C. All the parameter values characterizing the polymeric material indicated above, as well as those indicated later in this document, are measured between 18 ° C and 25 ° C.
  • the acquisition device comprises a mat formed mainly of polymeric material, sensors integral with the mat and attached to it in different points, and conductive tracks arranged so as to allow each of said sensors to be connected.
  • the sensors are such that it is possible, from information produced by said sensors, to calculate movements of the belt at a plurality of points among said different points of the belt.
  • each sensor is protected, at least on a first face of the mat, by a layer of said polymeric material, the polymeric material having a Shore D hardness greater than 20, and preferably greater than 30. Thanks to the high hardness of this layer of polymeric material, the mat has a high capacity to resist the pressures which are exerted on the acquisition device and thus enables the mat to effectively protect the sensors.
  • the Shore D hardness of the polymeric material is preferably less than 70.
  • the Shore D hardness can in particular be measured with a durometer in accordance with standard ASTM D2240.
  • the polymeric material of the buried acquisition device is able to withstand without irreversible degradation a temperature at least equal to 130 ° C for 20 minutes.
  • this polymeric material is preferably able to be used without irreversible degradation at a temperature at least equal to 80 ° C (This characteristic is considered to be verified if no degradation or irreversible transformation of the polymeric material can be observed after 10 days of exposure to temperature of 80 ° C).
  • the polymeric material of the buried acquisition device can be, for example, a thermoplastic elastomer (in English, "thermoplastic elastomer” or TPE ") of the styrene type, of the vinyl type, or of the polyurethane type.
  • the material can be, for example, of the Elastoprene (registered trademark) N50D-EE0, Irogran (registered trademark) A95P 5044 type, or else SOFPRENE T (registered trademark).
  • the sensors can for example be either placed on a lower surface of the carpet (which here means a surface which is designed to be disposed below the carpet when the latter is in place), or integrated within the actual interior of the carpet. .
  • the important point is that a layer of polymeric material of sufficient thickness is placed above the sensors, when the acquisition device is put in place to be used and allow measurements to be taken.
  • the polymeric material can exhibit elastic behavior up to at least 0.05% deformation, or even preferably 0.1%, or even 0.03% deformation;
  • the polymeric material may exhibit elastic behavior up to at least a strain rate of 0.03% / s, or even preferably up to 0.1% / s or even up to 3% / s; and or
  • the polymeric material can exhibit elastic behavior up to at least 0.1% deformation for at least 10 6 cycles, or even preferably 10 7 cycles or even 10 8 cycles.
  • the acquisition device - surface or buried - be able to operate (without irreversible degradation) in a temperature range extending from -20 ° C to 80 ° C, or even from -30 ° C. at 80 ° C.
  • the mat may have multiple (at least two) layers, which layers are made from different materials.
  • the layers are chosen such that the mat is formed primarily (by bulk) of polymeric material.
  • the carpet may include a layer of non-polymeric material. It may for example comprise a metal plate (in particular made of stainless steel or copper), less than 1 mm thick, or even less than 500 ⁇ m thick, or even less than 200 ⁇ m thick; and / or a layer of foam or silicone glue.
  • Each of the layers composing the carpet and indicated above may not extend over the entire surface of the carpet; she can be trained
  • each layer may include one or more passages for exposing one or more sensors to the surrounding substrate, in particular in the case of chemical sensors.
  • the polymeric or non-polymeric material can be a foam, or on the contrary be made of a dense (or solid) material.
  • a layer can, for example, be formed of polyethylene Plastitrogen (registered trademark) LD45 or of silicone.
  • the thickness of each of the layers indicated above may be less than 2 cm, or even 5 mm, or even 2 mm.
  • the carpet has one or more layers of composite material.
  • This composite material can be a material filled with micro- or nanofibers, in particular glass or carbon; and / or a material loaded with micro- or nano-particles, in particular metallic.
  • the mat has one or more adhesive layers.
  • the adhesive material may or may not be a polymer.
  • the thickness of the adhesive layer may preferably be less than 2 mm, or even 0.5 mm, or even 0.1 mm.
  • a carpet can thus be formed by a portion of strip, of ribbon. It may be a portion of film of rectangular outer shape.
  • the sensors of the acquisition device are sensors chosen such that it is possible, from the information they produce, to determine the movements of the belt to which the sensors are attached at a plurality of points among the said different points of the mat (These points are hereinafter called 'motion determination points').
  • This determination can be made in a number of ways, depending on the sensors used.
  • the sensors of the acquisition device are sensors making it possible to calculate the deformation of the carpet at the points of determination of movement. Indeed from the values of
  • Carpet movements can be endogenous, i.e. caused by changes in the physical properties of the substrate material, or exogenous, i.e. that is, caused by a stress applied to this material.
  • This stress can be, for example, when the substrate is a ground, the passage of a vehicle over this ground. This stress can also be a variation in temperature, humidity, sunshine or any other environmental variation.
  • the sensors of the acquisition device are sensors outputting values of at least one quantity related to the movements of the belt at the different points of movement determination.
  • a quantity related to the movements of the carpet is a quantity which varies when the carpet is in motion or whose variation induces a movement of the carpet.
  • At least one quantity is related to the movements of the belt at different points means that it is possible, generally by using an adequate digital model (of the belt and / or of the substrate), to calculate the values of the movements of the belt in these point from the values of the quantities linked to the movements of the belt considered.
  • the sensors of the acquisition device can be constituted by temperature sensors.
  • Said 'at least one quantity linked to the movements of the carpet' can in particular be any quantity (s) from which, by digital processing, it is possible to determine the deformation of the substrate locally (at several points) or globally (in one or more portion (s) of the substrate) and, on the basis of this or these information, to calculate the movements of the belt at the points of determination of movement of the belt.
  • the sensors of the acquisition device are sensors making it possible to determine at different points of the belt the deformation along an axis (for example the axis normal to the surface of the ground, the axis tangent to the aligned surface. to the direction of traffic on the ground, the axis tangent to the surface
  • one or more of the sensors can be sensors capable of measuring quantities which are linked to the deformation of the substrate, but without this relationship being explicit or obvious.
  • These quantities can be humidity, water content, temperature, concentrations of chemical species, concentrations of gaseous species, etc.
  • concentrations of certain chemical species are linked to the morphology of the medium (for example its porosity, the organization of the layers of the substrate), and the morphology of the medium is a parameter which influences the mechanical behavior of the substrate, and therefore on its deformation or its movement.
  • a sensor of the acquisition device can therefore be in particular:
  • a deformation sensor volume expansion
  • the deformation can be measured in or more axes (x, y, z);
  • a particular case of a deformation sensor is the so-called "pressure” sensor (which is usually a single-axis deformation sensor, oriented along the axis of application of the pressure);
  • another particular case of a strain sensor is a volume expansion sensor (defined as the sum of the strain along the x, y and z axes)
  • a shear sensor (which measures the variation in length in a given direction (for example x) when the elementary volume is deformed in another direction (for example y)).
  • a sensor of the acquisition device can also be:
  • the acquisition device comprises one or more sensors from this second list, it furthermore comprises at least one sensor from the previous list (the first list); it is the set of sensors thus formed which allows the calculation of the movements of the belt at the points of determination of movement of the belt.
  • the acquisition device comprises one or more sensors from this second list, it furthermore comprises at least one sensor from the previous list (the first list); it is the set of sensors thus formed which allows the calculation of the movements of the belt at the points of determination of movement of the belt.
  • the sensors are integrated (i.e. fixed) to the mat of the acquisition device, it is easy to transport them and place them on the object or on the site on which they are to be implanted.
  • the range of values specified for Young's modulus corresponds to relatively flexible materials, which can undergo deformations: The mat material accompanies the
  • the quantities acquired by the sensors integrated into the belt are representative of the deformations of this substrate and make it possible to calculate the movements of the belt at the points of movement determination.
  • the conductive tracks are arranged so as to allow each of the sensors to be connected to the same end or to the same edge of the mat.
  • the acquisition device comprises a sheet of sensors as defined above, or more of these sheets, connected together, directly or by means of junction elements.
  • at least one sensor of said plurality of sensors is part of the web (s) of sensors, and for each of the sensor layers, the support of the web is fixed to the mat (on the surface of the mat, or inside of it).
  • the support (s) of the sheet (s) of sensors may in particular be or at least comprise one or more portion (s) of film fixed to one side of the mat or integrated into the inside of it.
  • At least one of said sensors, and preferably each of these is disposed between two layers of said polymeric material.
  • the sensors when the sensors are arranged within one or more layer (s) of sensors, this or these layers can be arranged between two layers of polymeric material.
  • the sensors are not / are not placed on the surface, advantageously they are not / are not exposed (s) to possible attacks (for example stresses mechanical if an object presses on the surface on which the sensor (s) is placed), to which it (s) could be exposed if it (s) were arranged in area.
  • the acquisition device defined above, it should be made integral with the deformable substrate in which it is placed so that it accompanies the deformations of this substrate. This result can be obtained by any means.
  • the acquisition device can be glued on or in the substrate, by providing a layer of adhesive on its external surface during its installation.
  • the polymeric material is a material compatible with the material constituting the substrate.
  • the polymeric material is a material compatible with the bitumen.
  • the acquisition device is deformable.
  • the mat provides some protection, and also allows the sensors to be transported in good conditions until they are put in place. Therefore, it is not necessary to provide a rigid envelope, for example a shell, to contain the acquisition device.
  • a third aspect of the present disclosure relates to a measurement system capable of being implemented to determine at least one parameter from among a mass, a speed, a direction of movement on a surface, of an object rolling on a free surface of 'a substrate, or at least one viscoelastic parameter of a material of the substrate.
  • the speed of a vehicle and its direction of travel can be determined using, for example, a radar, or possibly a lidar. But these means must be deployed above the surface of the road, which makes their use difficult, especially in urban areas.
  • the objective of the third aspect of the present disclosure is to provide a measurement system meeting this need.
  • At least one acquisition device comprising a plurality of sensors, and a computer configured to be able to acquire the signals transmitted by said acquisition device, in which:
  • the acquisition device makes it possible to place said sensors on the surface or in the vicinity of a free surface of a substrate allowing the movement of a rolling object, so that the sensors are integral with movements of the substrate at a plurality of points of it;
  • said sensors are such that it is possible, when they are thus made integral with the movements of the substrate at these different points, from the information they produce, to calculate the movements of the substrate at these different points;
  • the computer is able, from the information transmitted by the sensors when they are thus made integral with the movements of the substrate at these various points, to determine the value (s) of at least one of:
  • the magnitude or magnitudes capable of being determined by the computer may be continuous, discrete or binary. In certain cases, the quantity or quantities capable of being determined by the computer provide information concerning the substrate or its
  • the size of this volume depends on the size considered on a case-by-case basis.
  • the mechanical or chemical integrity of the substrate refers to the condition of the substrate, such as its degree of fracturing, cracking in the case of concrete or bituminous substrates.
  • the viscoelastic or plastic parameters of the material of the substrate are quantities representative of the viscoelastic or plastic properties of the material of the substrate, such as for example its Young's modulus, its Poisson's modulus, its viscosity coefficients for the viscoelastic properties, or else the shore A hardness for plastic properties.
  • the parameter or parameters representative of the morphology and its evolution include the total porosity, the porosimetry (including the presence of cracks), the gas permeability, the liquid permeability.
  • All of the above parameters may also relate to the whole of the thickness of the substrate, or to all or part of the layers which constitute it (for example the wearing course, of foundation), or even to all or part of its sub-structures (when the substrate is not in the form of a stack of layers).
  • the computer can include one or more acquisition card (s) for acquiring the signals emitted by the sensors. This or these cards can optionally be integrated into the acquisition device, and thus placed near the sensors.
  • the computer can also broadly comprise one or more computing units, arranged near the acquisition device or, on the contrary, distant.
  • the algorithm may include parameters whose values are calculated by machine learning.
  • This algorithm can be or at least include a neural network or the like.
  • the learning of this algorithm is carried out in this case with a learning database comprising, as input, the signals emitted by the sensors during a certain number of passages of mobile objects on the acquisition device, and at the output, the values of said at least one quantity during these passages.
  • the computer determines the value (s) of said at least one quantity by executing a program for minimizing or maximizing a functional, said program calling on a subroutine capable of determining a function. calculated value of movements of the substrate in the vicinity of positions of said sensors under the effect of stresses applied to the substrate, said at least one quantity being a parameter of the sub-program, the value of the functional being a function of differences between calculated values of movements of said substrate, calculated by said subroutine on the assumption of a passage of the rolling object on the surface, and measured values of movements of said substrate, determined from the signals emitted by the sensors during said passage of the l rolling object, said deviations being calculated for each of the sensors whose movements are evaluated.
  • the processing of acquired data indicated above make it possible to determine the value or values of all or part of the quantities to be determined indicated above.
  • the number and arrangement of the sensors, and the frequency of acquisition of the signals from the sensors are determined so as to achieve the desired precision when determining the value (s) of the magnitude (s) studied.
  • the mean distance between sensors may be less than half or even a fifth, or even a tenth, of the characteristic dimension of the phenomenon studied. So, for example, if one seeks to obtain information on the passage of vehicles on a roadway, the characteristic dimension will be the size of the footprint of a vehicle tire on the roadway.
  • the average acquisition period may be less than half or even a fifth, or even a tenth, of the characteristic duration of the phenomenon studied.
  • the characteristic duration will be the duration of the passage of the vehicle's tires over the sensors.
  • the acquisition device can in particular be an acquisition device according to the second aspect of the present disclosure, as described above.
  • the computer preferably comprises a data acquisition unit capable of acquiring the signals emitted by the sensors at a frequency of at least 80 Hz, preferably at least 250 Hz, more
  • the measurement system preferably comprises a wake-up system, comprising at least one sensor arranged upstream of said plurality of sensors (naturally connected to the computer), and the computer is configured to activate the acquisition. signals transmitted by the acquisition device (s) as a function of a signal transmitted by the awakening system.
  • a fourth aspect for acquiring information concerning a substrate allowing the circulation of rolling objects and / or a rolling object thereon, there is proposed a method of measurement (or calculation ) one or more values of at least one quantity among
  • This method involves the following steps: a) a layer of sensors as defined above is placed, such that said plurality of sensors is placed on the surface or in the vicinity of a free surface of the substrate;
  • This or these values can be determined either using a neural network, or by executing a program for minimizing or maximizing a function, said program calling on a subroutine capable of determining a calculated value of movements of the substrate in the vicinity of positions of said sensors under the effect of stresses applied to the substrate, said at least one quantity being a parameter of the subroutine, the value of the functional being a function of deviations between calculated values of movements of said substrate , calculated by said subroutine on the assumption of a passage of the rolling object over the surface, and measured values of movements of said substrate, determined from the signals emitted by the sensors during said passage of the rolling object , said deviations being calculated for each of the sensors whose movements are evaluated.
  • the sensor web forms part of an acquisition device according to the second aspect of the present disclosure, as defined above.
  • the method further comprises a step of measuring the temperature in the vicinity of the sensors; and a correction is made when determining said at least one parameter, depending on the temperature.
  • the fourth aspect of the present disclosure is also aimed at a computer program on an information medium, this program being capable of being implemented in a computer, this program comprising portions, means, and / or instructions. of program code for the execution of the steps of the measurement method presented above when said program is executed on a computer.
  • This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other. desirable shape.
  • the program according to the invention can in particular be downloaded from an Internet type network.
  • the fourth aspect of the present disclosure is also directed to a support
  • non-volatile information readable by a computer on which is recorded a computer program as defined above.
  • the information medium can be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or else a magnetic recording means, for example a USB key or a hard disk.
  • the information medium can be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the measurement method described above.
  • a fifth aspect of the present disclosure relates to a floor, equipped with a web of sensors, an acquisition device or even a measurement system as defined above.
  • the expression 'equipped with' means that the sensors respectively of the array of sensors, of the acquisition device or of the measurement system indicated above are fixed to the ground (on the surface thereof, or buried in the ground - generally near the surface).
  • the floor can be indoors or outdoors; it may in particular be a roadway (a traffic lane for vehicles), a sidewalk, or the like.
  • the ground can thus be any support on which objects or people pass, preferably while driving, but not only - tracked vehicles, pedestrians, etc.). These objects or people can apply quite a lot of pressure to the ground - in the case of trucks for example - but not necessarily (bicycles, scooters, etc.)
  • the ground can be asphalt, concrete, or other; it can be in compacted material, or in paving stones, etc.
  • the soil comprises, among the plurality of sensors that it comprises, at least a first group of sensors, the sensors of which are arranged on the surface of the soil, or arranged under a surface layer of the soil.
  • the sensors of this first group of sensors are integrated in a carpet glued to a surface of the ground, and
  • the floor is arranged such that an upper surface of the acquisition device is located above the floor level.
  • the ground can then include, upstream and / or downstream of the acquisition device, a raised rolling zone, an upper surface of which is at the same level as the upper surface of the acquisition device.
  • the rolling zone may in particular include at least one mat of polymeric material, or a rigid plate, in particular of wood.
  • FIG. 1 is a schematic view, already presented, of a web of sensors in one embodiment of the present disclosure
  • Figure 2 is a schematic view of a sensor web in one embodiment of the present disclosure
  • Figure 3 is a schematic sectional view of an acquisition device in one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4A-4C Figures 4A, 4B and 4C are schematic views showing three possible arrangements for the sensors, in an acquisition device according to the present disclosure
  • Figure 5 is a schematic top view of a measuring device according to the present disclosure.
  • Figure 6 is a schematic perspective view of the measuring system of Figure 5;
  • FIG. 7 is a diagram showing the response curves, respectively effective and simulated, of the measurement system of FIGS. 5 and 6, when a vehicle passes over the road;
  • FIG. 8 is a flowchart showing the steps of a measurement method according to the present disclosure. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  • FIG. 3 An exemplary embodiment of a measuring system 1000 according to the present disclosure will now be presented in two embodiments, in relation to FIG. 3 on the one hand, and with FIGS. 5 and 6 on the other hand.
  • the measuring system 1000 is a measuring system capable of being installed in a roadway 50 on which vehicles 52 travel, and which makes it possible to measure the mass of these vehicles, their speed, their direction, as well as the state of inflation. of their tires 54.
  • the measuring system 1000 mainly comprises a calculator 300 and two acquisition devices 100.
  • this measurement system 1000 the layers of sensors 10 integrated into the acquisition devices will first be presented, then the acquisition devices 100 comprising these layers of sensors, and finally the system of measures 1000 as a whole.
  • the web 10 is formed mainly by a support consisting of a relatively flexible plastic film 20 of polyimide, rectangular in dimensions 400 mm x 150 mm, and approximately 1 mm thick.
  • the web 10 has an axis of symmetry X along its longitudinal direction, and an axis Y along its transverse direction in the plane of the web (when the latter is placed flat).
  • the X axis divides the sheet 10 into two half-planes
  • piezo-resistive deformation sensors 1 1 1, 1 12, 1 13, 1 14, 1 15 and 1 16 denoted collectively sensors 1 10.
  • Each of these piezo-resistive sensors emits, when the substrate in which it is located undergoes a deformation, a signal representative of this deformation. From the signals representative of the deformations of the substrate, transmitted by the sensors 110, it is possible to calculate the movements of the substrate at the points where these sensors are placed.
  • the first set S1 comprises two groups H1 and H2 of conductive tracks.
  • the first group H1 of conductive tracks comprises six pairs of conductive tracks. Each of these pairs of conductive tracks is connected on the one hand to one of the six sensors 110, and on the other hand to a pair of connection terminals located on the first side L of the film 20 (the side X ⁇ 0 ).
  • the six pairs of connection terminals connected to the group H1 on the first L side of the film are collectively referred to as the LD1 terminals.
  • the second group H2 of conductive tracks also comprises six pairs of conductive tracks. Each of these pairs of conductive tracks is connected first to a pair of connection terminals located on the first L side of the film.
  • the six pairs of connection terminals connected to group H2 on the L side of the film are collectively referred to as LD2 terminals.
  • each of the six pairs of conductive tracks of group H2 is also connected to a pair of connection terminals located on the second R side of the film.
  • the six pairs of connection terminals connected to group H2 on the second R side of the film are collectively referred to as terminals RD1.
  • connection terminals RD1 of the web 10 are configured to be connected to the six pairs of connection terminals LD1 of an adjacent web 10B. More generally, the second side R or right side of the web 10 is configured to be assembled to the first side L or the left side of a web 10B identical to the web 10 placed to the right of the latter.
  • connection terminals RD1 of the cable on the left are aligned with (and configured to be connected with) the connection terminals LD1 of the cable on the right.
  • the second set S2 of conductive tracks also comprises two groups of conductive tracks.
  • the two tracks of the first group are connected to a temperature sensor KT and to a first pair of connection terminals located on the first side L of the film 20.
  • the two tracks of the second group connect a pair of connection terminals located on the first. L side of film 20 to a second pair of connection terminals located on the second R side of film 20.
  • the terminals of the second pair of connection terminals are configured to be connected to the terminals of the first pair of connection terminals.
  • a sheet 10 identical to the sheet 10 and placed to the right of the latter. The arrangement of the web 10 therefore makes it possible to connect two identical webs 10 in series, so as to collect on the first side of the web 10 located furthest to the left the signals emitted by the 28 sensors of the two webs.
  • the web 10 further comprises two layers of shielding 30, 32, which will be presented in relation to the acquisition device 100 (Fig.3).
  • the web 10 shown can be manufactured in the factory.
  • the manufacturing process can in particular be that described in document WO2015150676.
  • a first embodiment of an acquisition device 100 of a measuring system 1000 according to the present disclosure will now be presented in relation to FIG. 3.
  • the measuring system 1000 comprises two identical acquisition devices 100, buried side by side in a few centimeters below the surface of a roadway 50.
  • the acquisition devices 100 are thus protected by the surface layer 51 of the roadway 50.
  • This mode of implementation provides high protection for the acquisition devices 100.
  • Each acquisition device 100 comprises a web of sensors 10 of the type shown in relation to Fig. 2.
  • the devices 100 are arranged side by side in the direction perpendicular or direction transverse to the direction of travel; the X axis of the sensor layers 10 is directed in this transverse direction.
  • the distance between the central points of the devices 100 is calculated to correspond substantially to the track (distance between wheels on the same axle) of a vehicle.
  • Each acquisition device 100 which is of the 'surface acquisition device' type, comprises a mat 150 which is overmolded around a web of sensors 10.
  • This mat 150 consists mainly of a polyurethane strip (an example of polymeric material) rectangular in shape.
  • the different layers constituting the acquisition device 100 are the different layers constituting the acquisition device 100 .
  • the web 10 is overmolded between two layers of polyurethane 152, 154, which constitute a carpet within the meaning of the present disclosure.
  • the web 10 for its part has successively, going from bottom to top, a first shielding plate 30 (formed by an electrically conductive metal film), the sensors and conductive tracks (the sensors 1 15 and 1 16 are shown in the detail section), film 20
  • a second shielding plate 32 (also constituted by an electrically conductive metallic film).
  • the presence of the shielding plates reduces the sensitivity of the acquisition device to electromagnetic disturbances.
  • the acquisition devices 100 are manufactured in the factory by overmolding layers of sensors 10, before being installed on the surface of the roadway 50.
  • the conditioning of the sensors 110 and KT within a mat such as mat 150 provides mechanical protection for the sensors and, when they are installed in the roadway, their relative positioning.
  • the acquisition device 100 includes a web of sensors 10.
  • an acquisition device can be produced from sensors which are not supported by a film such as film 20, but are directly attached to the mat 150 based on polymeric material.
  • an acquisition device according to the present disclosure can be produced by overmolding a bundle of cables (as conductive tracks) connected to sensors in a polymeric material having the required characteristics indicated above.
  • the polyurethane preferably has an expansion coefficient
  • the system 1000 includes a computer 300, two acquisition devices 100, and an interlayer 170.
  • Each of the devices 100 comprises a mat 150 in which are molded two layers of sensors 10A, 10B (collectively called layers 10) substantially identical to the layer of sensors 10 presented above. The only difference is that instead of having two rows of six sensors, each of the sensor layers 10A, 10B has two rows R1, R2 of eight sensors (Fig. 4A).
  • each device 100 the two layers 10A, 10B are connected to each other so that the connection terminals of the right edge R of the layer 10A (on the left in Fig. 5) are connected to the terminals of edge connection left L of the layer 10B (on the right in Fig. 5).
  • the connection terminals of the left edge L of each acquisition device 100 are connected by wires 105 to the computer 300.
  • the sensors can be fixed to the support in an aligned matrix arrangement (Fig.4A) or in a staggered arrangement (Figs. 4B). -4C).
  • Different distance values can be chosen for the pitch from one row to another or from one column to another of the matrix of sensors:
  • the transverse step Px (distance between two sensors in the direction X
  • perpendicular to the direction of travel may be less than 50 cm, or even 25 cm, or even 10 cm;
  • the longitudinal pitch Py (distance between two rows of sensors in the direction Y parallel to the rolling direction) may be less than 50 cm, or even 25 cm, or even 10 cm;
  • the sensors can be staggered (Figs.4A-4C): the sensors on one line are not aligned with the sensors on the next line; for example in Fig.4B, the sensor of row R2 is placed at half the distance between the sensors of row FM.
  • the row-to-row offset between rows of sensors can vary in any way depending on the application. It may for example be equal to 1/3 of the longitudinal pitch Py (as shown in Fig. 4C), or to 1/4 of this distance, etc.
  • the staggered arrangement can form a pattern on N lines (N> 2):
  • N 2 (pattern on two lines, or quincunx of degree 2): all the even lines are identical to each other and the odd lines also, but even and odd lines are shifted;
  • FIG. 4C represents the sensors arranged in a staggered manner on 3 lines (staggered of degree 3).
  • the density of the sensors on the web can be at least one sensor every 0.25 m 2, or even 0.1 m 2 or 0.01 m 2.
  • the sensors 1 10 are symbolized by crosses.
  • the sensors are implanted in an aligned matrix.
  • Fig.4B they are implanted in staggered order of degree 2; in Fig.4C, they are implanted in staggered order of degree 3 and the pattern is formed on three repeating lines.
  • the acquisition devices 100 are implanted on the upper surface of the roadway (Figs. 5, 6), which provides less protection for the acquisition devices, but allows easier implantation, which can be done on an existing roadway, in retrofit.
  • each of the acquisition devices 100 is both glued, and screwed by screws 130, to the roadway 50.
  • plates (wooden or polymeric material) 140, 142, 144 and 146 are also fixed on the roadway 50 upstream and downstream of the direction of travel of the vehicles on the roadway 50.
  • These plates are of the same thickness as the acquisition devices 100 so that the upper surfaces of the acquisition devices (which are located slightly above the level of the roadway 50), are at the same level as the upper surface of the plates 140 , 142, 144 and 146.
  • the computer 300 is connected to the sensors of the devices
  • the calculator 300 is a computing device, in this case a computer.
  • the computer 300 can either be placed in the vicinity of the acquisition devices, or be distant from them. It can for example be a remote server, connected to the acquisition devices by a network such as the Internet or the like.
  • the data processing carried out by the server 300 can be done in real time, or be deferred.
  • the hardware architecture of the computer 300 is illustrated schematically in FIG. 5. It comprises in particular a processor 320, a RAM 330, a ROM 340, as well as a data acquisition unit 310.
  • the data acquisition unit 310 is capable of acquiring the signals emitted by the sensors of the devices 100 in parallel at a frequency of 800 Hz. This high acquisition frequency makes it possible to have rich information available on the devices. deformations of the ground during the passage of a vehicle, which increases the accuracy of the results provided.
  • the read only memory 340 of the computer 300 constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by the processor 320 and on which is recorded a computer program in accordance with the present disclosure, comprising instructions for the execution of the steps of a measurement method according to the present disclosure. These steps are described below with reference to Figure 8.
  • the measuring system 1000 further comprises deformation sensors 160 located on the surface of the boards 140 and 142, upstream of the acquisition devices, and which are connected to the computer 300.
  • the computer 300 is configured to activate the acquisition of the data. signals by the acquisition devices when the signals emitted by the pressure sensors 160 signal the arrival of a vehicle. In combination with the sensors 160, it thus constitutes a wake-up system for the measuring system 1000. Conversely, in the absence of vehicles, the sensors of the acquisition devices 100 are put into standby mode.
  • the implementation of this method assumes the prior placement of a web of sensors on the surface or in the vicinity of a free surface of a substrate allowing the movement of a rolling object.
  • the measuring system 1000 as shown in Figures 5 and 6 is arranged on the roadway 50 (step a).
  • the computer 300 is then activated.
  • the pressure sensors 160 transmit pressure signals to the computer 300.
  • the computer 300 detects the arrival of the vehicle and activates the sensors. 1 10 of the different acquisition devices 100.
  • each of these sensors emits a series of signals as a function of time, at a frequency of 800 Hz, these signals being representative of the deformations of the ground surrounding the sensor.
  • step b These signals are acquired by the acquisition unit 310 of the computer 300 (step b), and transmitted to the processor 320. Using the computer 300, the following parameters are then determined: mass, speed and direction of movement of the vehicle, as well as the visco-elastic parameters of the material constituting the roadway 50 (step c).
  • This determination is made by executing the measurement program P stored in the read only memory 340 of the computer 300.
  • this program is a function minimization program.
  • This program uses a simulation subroutine S.
  • This subroutine S allows, from values of different magnitudes relating to the vehicle (its mass, the type of its tires (single-, double)) and the conditions of passage of the vehicle on the acquisition devices of the measurement system 1000 (speed, position, angle of passage of the vehicle above the sensors), and finally from visco-elastic coefficients of the roadway 50, to calculate the deformation of the substrate surrounding each of the deformation sensors during the passage of the vehicle.
  • the values of these quantities are the parameters that we are trying to determine; each of these parameters is therefore a parameter of subroutine S.
  • the subroutine S therefore makes it possible, when a vehicle passes over the acquisition devices, to calculate the deformation in the vicinity of the sensor which occurs under the effect of the weight of the vehicle.
  • the values transmitted by the sensors and acquired in step a) represent the actual values of the deformation of the substrate around each of the sensors which occurs during the passage of the vehicle (or at least the values representative of these. deformation values).
  • the principle of the algorithm is to seek to minimize the difference between
  • soil deformations measured by the sensors and soil deformations the latter being a function of the values of the parameters that we are trying to determine.
  • the program P therefore aims to minimize the functional E defined as follows:
  • a sensor error is defined as being equal to: / ll Psim l - l Pmes ll
  • Fig. 7 This figure represents a diagram in which the ordinate is represented:
  • the functional E then has the value:
  • the value of the functional E is therefore a function of the differences between the calculated values of deformation of said substrate, calculated by the subroutine S as a function of the characteristics retained for the passage of the vehicle on the roadway (mass of the vehicle, number of axles, number of tires, speed, position on the roadway, direction of travel, etc.), and the measured values of deformation of said substrate, determined from the signals emitted by the sensors during the passage of the vehicle, these deviations being calculated for each sensors.
  • the program P makes it possible to determine the values of the parameters sought which minimize the value of the functional E.
  • the program P can use any known algorithm for minimizing a nonlinear functional. It can for example use the Levenberg-Marquardt algorithm, or other similar algorithms.
  • the P program therefore provides the desired values, which makes it possible to obtain complete information in a simple manner on the vehicles passing on roadway 50.
  • the algorithm used by the program P is an algorithm whose parameters are determined by learning machine.
  • the functional E can be used as a function to be minimized during the learning performed by the algorithm (This function is called a 'loss' function, or 'loss function', in the case where the algorithm is a neural network).
  • the measurement system may include a program P constituting an artificial neural network, trained to calculate certain quantities relating to a vehicle passing on a roadway (for example, the mass and the speed of the latter).
  • the data necessary for the learning phase of the neural network is collected and grouped together in a learning database.
  • a data collection strategy is implemented to ensure that the learning base contains sufficiently varied data, which covers the entire scope of the intended measurement system.
  • the training database must be large and varied enough to ensure that the variables calculated by the neural network have the desired precision.
  • This data can for example be collected by carrying out acquisitions of the values produced by the sensors of the measurement system acquisition device (s), in all or part of the following circumstances:
  • the magnitude or magnitudes that it is desired that the neural network learns to determine for the vehicle are recorded. For example, at each passage, the mass and speed of the vehicle are also recorded. In the test database, these latter values are classified with the sequences of output values of the sensors of the measurement system acquired during the passage of the vehicle.
  • one or more models (a model is made up of a computer program capable of being executed by a computer, which performs a function providing as output the value or values of variables that must be determined by the measuring system, from the output values of its sensors) can be trained in
  • models can generally be machine learning models, based on any type of mathematical method, and in particular deep learning models, which implement a network of deep neurons.
  • the hyperparameters of the model used, in particular of the neural network where applicable, can be optimized in a conventional manner by “grid search” type methods.
  • the main underlying characteristics ("features") of the time signals produced by the sensors, and supplied to the input model are identified beforehand.
  • the model is then defined by taking into account the characteristics thus identified. This procedure increases the accuracy of the model.
  • the model is based on one or more neural network (s)
  • all of the output values of the sensors, at the various successive acquisition instants, are supplied as input to the model.
  • Tests are carried out to assess the quality of learning and to ensure that overfitting is avoided.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Dispositif d'acquisition (100), comprenant un tapis (150) en matériau polymérique, des capteurs (110) fixés au tapis (150); et des pistes conductrices (G1A,G1B) agencées de manière à permettre de connecter chacun desdits capteurs (110). Chaque capteur est apte à émettre un signal représentatif d'une déformation du substrat auquel le capteur est fixé. Le matériau polymérique présente un module de Young situé dans la plage de 50 MPa à 1 TPa et un coefficient de friction (COF) dynamique supérieur à 0,5, ou une dureté Shore D supérieure à 20 tout en étant apte à être exploité sans dégradation irréversible à une température au moins égale à 130°C pendant 20 minutes. Système de mesure comprenant un dispositif d'acquisition. Sol, dans lequel est implanté un tel disposition d'acquisition ou un tel système de mesure.

Description

Dispositif d’acquisition, système de mesure et sol
Description
DOMAINE TECHNIQUE
L’invention concerne un dispositif d’acquisition et un système de mesure comprenant un tel dispositif d’acquisition, servant à déterminer les valeurs de grandeurs susceptibles d’être déterminées à partir de mouvements d’un corps, ou substrat, déformable. Ces grandeurs peuvent être relatives au substrat, ou encore à un objet extérieur au substrat mais exerçant une sollicitation sur celui-ci qui produit un mouvement (ou plus précisément, des champs de déplacement et de déformation) dans le substrat. Lorsque le substrat constitue un sol, notamment un sol constituant une chaussée sur laquelle circulent des véhicules, les informations que l’on cherche à déterminer peuvent être par exemple la masse de ces véhicules, leur vitesse, ou encore la direction qu’ils suivent au moment où ils passent au point de mesure.
Par‘déformation’, on désigne ici un taux de dilatation d’un matériau ; par exemple, un pourcentage de dilatation de ce matériau.
La mise au point d’un tel système de mesure a nécessité de développer plusieurs sous-systèmes.
NAPPE DE CONNEXION
Un premier sous-système est une nappe de connexion. Par‘nappe de connexion’, on désigne un support en surface duquel ou dans lequel sont agencées plusieurs pistes conductrices.
La nappe permet de connecter un ou plusieurs équipements, par l’intermédiaire de ses pistes conductrices. Par exemples, un ou plusieurs capteurs peuvent être fixés au support, et connectés à ces pistes conductrices. Dans ce cas, la nappe permet à la fois de supporter mécaniquement le(s) capteur(s), et d’assurer leur raccordement.
Le support peut être notamment un support mince, comme par exemple tout type de film ou ruban, notamment en matière plastique, par exemple formé en majeure partie en matériau polymérique. Une application importante de telles nappes de connexion est le raccordement de capteurs.
Certaines applications d’acquisition de données par des capteurs nécessitent en effet l’utilisation de plusieurs capteurs, voire de plusieurs dizaines de capteurs.
L’implantation de ces capteurs doit le plus souvent respecter des contraintes bien définies quant au positionnement, à la protection (mécanique, chimique, en température, etc.) de ces capteurs.
Par conséquent, de manière connue en soi les capteurs sont conditionnés en usine, et sont fixés sur des nappes de connexion (on parle alors généralement de faisceaux de câbles ou de harnais). Les nappes de capteurs ainsi obtenues peuvent alors être transportées et mises en place sur le lieu d’utilisation de manière relativement simple et peu coûteuse.
Cependant, en particulier lorsque la nappe de capteurs comporte un grand nombre de capteurs, la dimension de la nappe de capteurs devient importante.
Par conséquent, les outillages de fabrication sont nécessairement également de grande taille ; le coût de revient de la nappe de capteurs est alors relativement élevé, ainsi que la difficulté de transport et d’implantation de la nappe de capteurs.
Il existe donc un besoin pour un agencement d’un ensemble de capteurs appelés à fonctionner ensemble, qui permet de fabriquer et implanter l’ensemble de capteurs facilement et à un prix modéré.
Un premier objectif de l’invention est de répondre à ce besoin.
Cet objectif est atteint grâce à une nappe de connexion, la nappe comprenant un support présentant un premier bord et un deuxième bord opposés ; et
au moins un premier ensemble de N groupes Gi de piste(s) conductrice(s) (Pij) formée(s) en surface du support et/ou dans le support, N étant au moins égal à 2 ; et dans laquelle :
- chaque piste conductrice d’un premier groupe G1 de piste(s) conductrice(s) est reliée à une borne de connexion d’un premier groupe LC1 de borne de
connexion située au premier bord du support ;
- la nappe de connexion est configurée de telle sorte que, lorsque deux nappes de connexion (identiques) sont placées côte à côte de telle manière que le premier bord du support de la deuxième nappe de connexion se trouve en face du deuxième bord du support de la première nappe de connexion, les bornes de connexion du groupe RC1 de borne(s) de connexion de la première nappe de connexion peuvent être connectées aux bornes de connexion du groupe LC1 de borne de connexion de la deuxième nappe de connexion ;
- pour chaque valeur de i allant de 2 à N :
. dans chaque groupe Gi de piste(s) conductrice(s), au moins une, et de préférence chaque piste conductrice est reliée à une borne de connexion d’un groupe LCi de borne(s) de connexion située(s) au premier bord du support et à une borne de connexion d’un groupe RCi-1 de borne(s) de connexion située(s) au deuxième bord du support ; et
. les bornes de connexion desdits premiers groupes LCi-1 de borne(s) de connexion située(s) au premier bord (L) du support sont configurées pour être connectées aux bornes de connexion des groupes RCi-1 de borne(s) de connexion située(s) au deuxième bord (R) du support.
Pour i=2...N, les bornes de connexion des premiers groupes LCi-1 de borne(s) de connexion située(s) au premier bord du support peuvent être configurées pour être connectées soit directement, soit par l’intermédiaire d’un élément de jonction aux bornes de connexion des groupes RCi-1 de borne(s) de connexion située(s) au deuxième bord du support.
Dans un mode de réalisation préférentiel, les bornes de connexion desdits premiers groupes LCi-1 de borne(s) de connexion située(s) au premier bord du support sont configurées de manière à se trouver alignées avec les bornes de connexion desdits deuxièmes groupes RCi-1 de borne(s) de connexion située(s) au deuxième bord du support, lorsque deux nappes de connexion (identiques) sont placées côte à côte de telle manière que le premier bord du support de la deuxième nappe de connexion se trouve en face du deuxième bord du support de la première nappe de connexion.
L’agencement des pistes conductrices défini ci-dessus permet avantageusement de pouvoir connecter ensemble plusieurs nappes de connexion en série, notamment des nappes de connexion identiques les unes aux autres, de manière à réaliser lors de l’assemblage (qui peut éventuellement être fait‘sur site’) une nappe de connexion de dimensions plus importantes. Selon la configuration de la nappe, un certain nombre de nappes de connexion peuvent être assemblées ensemble.
Le terme‘piste conductrice’ désigne ici tout type de conducteur, notamment électrique. Une piste conductrice peut donc être un fil électrique, ou encore un circuit conducteur de l’électricité formé en surface (ou dans l’épaisseur) du support. Elle peut aussi être une fibre optique. Dans la nappe de connexion, chaque groupe de piste conductrice peut contenir une ou plusieurs pistes conductrices.
Le principe de la présente divulgation peut être mieux compris en référence à la figure 1.
Sur cette figure sont représentées trois nappes de connexion (‘nappes’) identiques, A, B et C, connectées entre elles. Ces nappes étant identiques, seule la première nappe A va être décrite en détail. Les signes de référence portant une lettre A, B ou C font référence respectivement à la première, la deuxième et la troisième nappe de connexion A, B et C.
La nappe A comporte principalement un support 10A, sur lequel sont formés trois groupes G1 , G2 et G3 de pistes conductrices. Chaque groupe de pistes conductrices comporte deux pistes conductrices, notées Gia et Gib, où i est l’indice du groupe de pistes (i=1 ,2 ou 3).
Le support 10A est une partie de film plastique, de forme extérieure rectangulaire.
Sur le bord gauche L et sur le bord droit R opposé du support 10A sont fixées des bornes de connexion.
Sur le bord gauche L sont agencés trois groupes de deux bornes de connexion LC1 , LC2 et LC3.
Le premier groupe de bornes de connexion, LC1 , comporte deux bornes LC1 a et LC1 b. Ces bornes sont reliées aux pistes du premier groupe G1 a et G1 b. Le premier groupe de pistes G1 sert à connecter un capteur KA. Par conséquent, les extrémités des pistes G1 a et G1 b opposées au premier bord L sont disposées à distance des bords du support 10A. Elles sont placées à distance l’une de l’autre de telle sorte qu’un capteur puisse être raccordé à ces pistes, lorsqu’il est fixé au support 10A en étant disposé entre les extrémités des pistes.
Le deuxième groupe de bornes de connexion, le groupe LC2, comporte deux bornes LC2a et LC2b. Le troisième groupe de bornes de connexion, le groupe LC3, comporte deux bornes LC3a et LC3b.
Sur le bord droit R du support 10A sont agencés deux groupes de deux bornes de connexion RC1 et RC2.
Le premier groupe de bornes de connexion, le groupe RC1 , comporte deux bornes RC1 a et RC1 b. Le deuxième groupe de bornes de connexion, le groupe RC2, comporte deux bornes RC2a et RC2b. Chacune des pistes du deuxième groupe de pistes conductrices G2 relie une borne de connexion du deuxième groupe LC2 sur le premier bord L à une borne de connexion du premier groupe RC1 sur le deuxième bord R. De même, chacune des pistes du troisième groupe de pistes conductrices G3 relie une borne de connexion du troisième groupe LC3 sur le premier bord L à une borne de connexion du deuxième groupe RC2 sur le deuxième bord R.
Les bornes de connexion des groupes de bornes de connexion LC2 et LC3, situées sur le premier bord L du support sont donc configurées pour être connectées aux bornes de connexion respectivement des groupes RC1 et RC2 de bornes de connexion, situées sur le deuxième bord R du support.
Dans ce but, les bornes de connexion (LC1 a, LC1 b, LC2a et LC2b) des groupes LC1 et LC2 de bornes de connexion situées sur le premier bord du support (sur la gauche, Fig.1 ) sont configurées de manière à se trouver alignées avec les bornes de connexion (RC1 a,RC1 b,RC2a et RC2b) des groupes RC1 et RC2 de bornes de connexion située(s) sur le deuxième bord du support (sur la droite, Fig.1 ), lorsque deux nappes de connexion identiques, comme par exemple les nappes A et B sont placées côte à côte de telle manière que le premier bord du support 10B de la deuxième nappe B de connexion se trouve en face du deuxième bord du support 10A de la première nappe A de connexion.
Dans cet exemple, des capteurs respectivement KA, KB et KC sont montés sur chacune des nappes ; celles-ci sont ainsi appelées‘nappes de capteur’.
Avantageusement, l’agencement des nappes de capteurs permet, lorsque trois nappes sont connectées les unes aux autres en série comme cela est présenté sur la Fig.1 , de relier les capteurs KA, KB et KC aux bornes de connexion respectivement LC1 , LC2 et LC3 du premier bord L de la nappe A.
Par conséquent, pour raccorder les capteurs KA, KB et KC, plutôt que d’utiliser une nappe de connexion unique de grande longueur, on peut utiliser trois nappes de connexion de plus faibles dimensions, dans le cas présent le tiers de la longueur totale qu’aurait une nappe de connexion unique.
En pratique, cela permet d’avoir recours de manière usuelle à des nappes de connexion de dimensions modestes, notamment de longueur inférieure à 500 mm, voire 400 mm.
On comprend par ailleurs que dans une nappe de connexion, les différents groupes de pistes conductrices ont normalement tous le même nombre de pistes conductrices (1 , 2, 3,... sans limite particulière). Le nombre de groupes de pistes conductrices est égal au nombre de nappes de connexion qui sont susceptibles d’être connectées en série.
Une nappe de connexion peut d’autre part comporter plusieurs ensembles de pistes conductrices (avec les bornes de connexion associées), comme dans l’exemple présenté précédemment.
Pour faciliter la fabrication, le support est généralement un support mince, c’est-à- dire une portion de plaque ou de film. Il peut cependant être d’une épaisseur quelconque.
Le trajet spécifique des pistes conductrices est sans importance particulière, tant que celles-ci assurent une conduction entre les bornes de connexion et/ou les capteurs qu’elles relient. Dans l’exemple présenté, les pistes sont agencées sensiblement sur une même surface (plane ou du moins réglée), à la surface d’un film mince. Dans d’autres modes de réalisation le support peut par exemple être multi-couches, les pistes passant alors sur les différentes couches, et pouvant ainsi par exemple se croiser ou autre.
Comme cela a été indiqué, lorsqu’un ou plusieurs capteurs sont reliés aux pistes du premier groupe de pistes conductrices, la nappe de connexion est appelée ‘nappe de capteur(s)’.
Plus précisément, une nappe de capteurs comporte une nappe de connexion telle que présentée précédemment, et au moins un capteur fixé au support, et connecté à au moins une piste du premier groupe de piste(s) conductrice(s).
Ledit au moins un capteur peut être un capteur de tout type. Il peut être un capteur mécanique ou un capteur non-mécanique.
Un capteur mécanique peut être un capteur de déformation, de cisaillement, un accéléromètre, un gyromètre, un inclinomètre, etc.
Un capteur non-mécanique peut être un capteur de pression atmosphérique, de bruit ambiant (c’est-à-dire un microphone), de concentration en polluants atmosphériques (par exemple la concentration en C02, en N02, en S02, en ozone (03), en PM, en composés organiques volatiles (COV)), un capteur de teneur en eau du milieu environnant, un capteur chimique (c’est-à-dire un capteur permettant de déterminer la composition chimique du milieu environnant - permettant par exemple la mesure du pH, de la conductivité, du potentiel d’oxydoréduction, de la concentration en ions chlorure, en hydrocarbures, en ions métalliques - dont métaux lourds) ; il peut aussi être un pyranomètre (permettant la mesure de flux thermiques), un magnétomètre, etc. Ledit au moins un capteur peut être, lorsque cela a du sens (notamment lorsqu’il est un capteur mécanique), un capteur mono-axe ou multi-axes (un capteur mono axe est un capteur directionnel apte à mesurer une grandeur par rapport à une seule direction, et un capteur multi-axes, un capteur directionnel apte à mesurer une grandeur par rapport à plusieurs directions généralement perpendiculaires entre elles.)
Ledit au moins un capteur peut être un capteur indépendant de l’orientation du capteur dans l’espace (par exemple, un capteur de dilatation volumique).
Lorsque les capteurs sont implantées dans un sol et que ces capteurs sont des capteurs dont les mesures dépendent de leur orientation dans l’espace, les directions de mesure de ces capteurs peuvent être alignées (ou non) avec la direction longitudinale (direction de roulement des véhicules dans le cas d’une chaussée) et les directions transverses horizontale et verticale de la chaussée.
Ledit au moins un capteur peut par exemple être collé sur le support.
Ledit au moins un capteur peut comporter un transducteur tel que défini dans la demande de brevet internationale WO2015150676.
La nappe de capteurs peut comporter un blindage disposé sur une face du support ou deux blindages entre lesquels sont disposés le support et les capteurs.
DISPOSITIF D’ACQUISITION
Un deuxième aspect de la présente divulgation concerne un dispositif d’acquisition comprenant un certain nombre de capteurs fixés à un substrat déformable afin de déterminer, à partir des informations produites par ces capteurs, les valeurs de grandeurs susceptibles d’être déterminées à partir de mouvements du substrat. Ces grandeurs peuvent être relatives au substrat, ou encore à un objet extérieur au substrat mais exerçant une sollicitation sur celui-ci qui produit un mouvement dans le substrat. Le substrat déformable peut notamment être un sol, par exemple une chaussée.
Comme les capteurs sont implantés dans ou sur un substrat déformable, ils doivent être agencés de manière à pouvoir subir les déformations de ce substrat, et cela pendant le plus longtemps possible, sans se dégrader.
De manière connue en soi, pour mettre en place des capteurs servant à
déterminer les valeurs de différentes grandeurs liées à un substrat, on positionne ces capteurs sur ou dans ce substrat ; on fixe les capteurs à celui-ci ; on déploie alors un faisceau de câbles auxquels doivent être fixés les capteurs, et on connecte individuellement chacun des capteurs aux câbles du faisceau de câbles. Cette opération est non seulement longue (et donc coûteuse), mais est également source d’erreurs de montage.
Par conséquent, il existe un besoin d’un système de montage d’un dispositif d’acquisition permettant de déterminer les valeurs de différentes grandeurs liées à un substrat déformable à partir d’informations produites par des capteurs, le système de montage permettant de monter ces capteurs de manière fiable et rapide, et permettant d’implanter les capteurs en surface ou à l’intérieur du substrat considéré, les capteurs devant être à même de subir les déformations du substrat dans ou sur lequel ils sont implantés sans être endommagés.
Selon le deuxième aspect de la présente divulgation, une réponse à ce besoin peut être apportée de deux manières, à savoir soit par un dispositif d’acquisition de surface, si les capteurs doivent être placés en surface, ou soit par un dispositif d’acquisition enfoui, si les capteurs doivent être intégrés à l’intérieur, du substrat considéré. Ces deux types de dispositifs d’acquisition sont présentés de manière plus complète plus loin.
Dans ces dispositifs d’acquisition, qu’ils soient de surface ou enfouis, chacun des capteurs peut être l’un quelconque des capteurs mécaniques ou non-mécaniques définis précédemment en relation avec la nappe de capteurs.
Plus précisément, la présente divulgation concerne spécifiquement le cas où les capteurs sont tels qu’il soit possible, à partir d’informations produites par lesdits capteurs, de calculer des mouvements du tapis en une pluralité de points parmi lesdits différents points du tapis.
Il est apparu en effet qu’à partir de mouvements en différents points du tapis, il est possible de déterminer différentes propriétés du substrat dans ou sur lequel le tapis est implanté.
Il peut être également possible par calcul inverse de déterminer la sollicitation qui a été appliquée au tapis de manière à produire le mouvement des capteurs qui a été déterminé ; la connaissance de cette sollicitation fournit alors à son tour des informations supplémentaires concernant la cause de cette sollicitation. Dans certains modes de réalisation, il est possible à partir des informations transmises par les capteurs d’obtenir directement des informations sur la cause de la sollicitation appliquée au tapis.
Le dispositif d’acquisition peut par exemple être placé en surface d’une chaussée, ou dans une couche supérieure d’une chaussée sur laquelle passent des véhicules. A partir des mouvements en différents points du tapis, que l’on peut déterminer lors du passage d’un véhicule, il est possible d’obtenir différentes informations sur le véhicule, comme sa vitesse, sa masse, la direction dans laquelle il se déplace, etc.
Selon que le dispositif d’acquisition est placé en surface du substrat déformable considéré ou intégré à l’intérieur de ce substrat, ses caractéristiques sont différentes.
Dans le cas du dispositif d’acquisition de surface, qui est conçu pour être disposé en surface d’un substrat étudié, le dispositif d’acquisition comprend un tapis formé principalement de matériau polymérique, des capteurs solidaires du tapis et fixés à celui-ci en différents points, et des pistes conductrices agencées de manière à permettre de connecter chacun desdits capteurs. Lesdits capteurs sont tels qu’il soit possible, à partir d’informations produites par lesdits capteurs, de calculer des mouvements du tapis en une pluralité de points parmi lesdits différents points du tapis. De plus, chaque capteur est protégé, au moins sur une première face du tapis par une couche dudit matériau polymérique, ledit matériau polymérique présentant un module de Young situé dans la plage de 50 MPa à 1 TPa, et de préférence situé dans la plage de 200 MPa à 800 MPa. La valeur du module de Young est préférentiellement déterminée par des essais de traction suivant la norme ISO 527-1 :2012 (fr).
Comme cela a été indiqué, les capteurs sont solidaires du tapis et fixés à celui-ci en différents points.
Le matériau polymérique doit être choisi tel que le tapis adhère fortement aux capteurs. Cette propriété est particulièrement souhaitable pour le dispositif d’acquisition de surface. Par conséquent, le matériau polymérique du dispositif d’acquisition de surface présente un coefficient de friction (COF) dynamique supérieur à 0,5, et de préférence supérieur à 1. Ce coefficient est mesuré sur acier standard, à 25 °C, en suivant la norme ASTM D1894.
A l’inverse, les matériaux ayant une très faible capacité d’adhésion, tels que le PTFE, ne sont pas adaptés dans ce cas pour constituer le matériau polymérique.
Le matériau polymérique du dispositif d’acquisition de surface peut par exemple être un élastomère thermoplastique polyuréthane, par exemple de type polyester ou polyether. Cet élastomère peut être non chargé, mais il peut aussi contenir des charges, notamment de renforcement mécanique, par exemple des charges de fibre de verre. Le matériau polymérique peut par exemple être l’un des composés élastomère uréthane PMC®-790 (PMC est une marque déposée) ou Smooth Cast®-310 (Smooth-Cast est une marque déposée).
De préférence le module de Young est situé dans la plage de valeurs indiquée ci- dessus pour toute température comprise entre -20° Cet +70 °C.
Du fait que son module de Young se trouve dans la plage de 50 MPa à 1 TPa, le matériau polymérique présente une élasticité importante. Grâce à cela, le tapis est apte à accompagner les déformations du substrat sur lequel le dispositif
d’acquisition est disposé. Cela permet que les informations transmises par les capteurs représentent fidèlement aussi bien les mouvements des points du tapis auxquels ils sont fixés que les mouvements du substrat au voisinage de ces points. Par conséquent, ces informations permettent de déterminer de manière précise la cause des sollicitations ayant produit ces mouvements du substrat, et donc du tapis qui accompagne le substrat.
L’épaisseur de la couche de matériau polymérique est définie en fonction de l’application visée.
Lors de la mise en place du dispositif d’acquisition, le tapis apporte par ailleurs une protection mécanique aux capteurs (qui peut être choisie plus ou moins grande en fonction de l’application visée), permettant ainsi de transporter les capteurs dans de bonnes conditions jusqu’à leur mise en place. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de prévoir une enveloppe rigide pour contenir le dispositif d’acquisition.
D’autres caractéristiques techniques peuvent être spécifiées pour le matériau polymérique pour assurer l’aptitude du dispositif d’acquisition de surface à fonctionner durablement :
- le matériau polymérique peut présenter un comportement élastique jusqu’à 0,1 % de déformation, voire de préférence jusqu’à 0,2%, voire de préférence jusqu’à 1 % ;
- le matériau polymérique peut présenter un comportement élastique jusqu’à au moins 0,2% de déformation pendant au moins 105 cycles, voire de préférence au moins 5.105 cycles voire au moins 106 cycles ; et/ou
- le matériau polymérique peut présenter un coefficient de dilatation thermique inférieur à 0,02%/° C, voire de préférence inférieurà 0,004%/° C voire à 0,002%/° C. Toutes les valeurs de paramètres caractérisant le matériau polymérique indiquées précédemment, ainsi que celles indiquées plus loin dans ce document, sont mesurées entre 18 ° C et 25 ° C.
Dans le cas du dispositif d’acquisition enfoui, qui est conçu pour être intégré au sein même du substrat considéré, le dispositif d’acquisition comprend un tapis formé principalement de matériau polymérique, des capteurs solidaires du tapis et fixés à celui-ci en différents points, et des pistes conductrices agencées de manière à permettre de connecter chacun desdits capteurs. Les capteurs sont tels qu’il soit possible, à partir d’informations produites par lesdits capteurs, de calculer des mouvements du tapis en une pluralité de points parmi lesdits différents points du tapis. De plus, chaque capteur est protégé, au moins sur une première face du tapis, par une couche dudit matériau polymérique, le matériau polymérique présentant une dureté Shore D supérieure à 20, et de préférence supérieure à 30. Grâce à la dureté importante de cette couche de matériau polymérique, le tapis présente une capacité élevée à résister aux pressions qui sont exercées sur le dispositif d’acquisition et ainsi, permet que le tapis assure efficacement la protection des capteurs.
Par ailleurs, la dureté Shore D du matériau polymérique est de préférence inférieure à 70. La dureté Shore D peut notamment être mesurée avec un duromètre conformément à la norme ASTM D2240.
De plus, le matériau polymérique du dispositif d’acquisition enfoui est apte à supporter sans dégradation irréversible une température au moins égale à 130°C pendant 20 minutes.
En outre ce matériau polymérique est de préférence apte à être exploité sans dégradation irréversible à une température au moins égale à 80 °C (Cette caractéristique est considérée comme vérifiée si aucune dégradation ou transformation irréversible du matériau polymérique ne peut être observée après 10 jours d’exposition à la température de 80 °C).
Le matériau polymérique du dispositif d’acquisition enfoui peut être par exemple un élastomère thermoplastique (en Anglais,‘thermoplastic elastomer’ ou TPE’) de type styrénique, de type vinyl, ou de type polyuréthane. Le matériau peut être par exemple de type Elastoprene (marque déposée) N50D-EE0, Irogran (marque déposée) A95P 5044, ou encore SOFPRENE T (marque déposée).
Les capteurs peuvent par exemple être soit placés sur une surface inférieure du tapis (ce qui désigne ici une surface qui est conçue pour être disposée en dessous du tapis lorsque celui-ci est mis en place), ou intégrés à l’intérieur même du tapis. Le point important est qu’une couche de matériau polymérique d’épaisseur suffisante soit disposée au-dessus des capteurs, lorsque le dispositif d’acquisition est mis en place pour être exploité et permettre la réalisation de mesures.
D’autres caractéristiques techniques peuvent être spécifiées pour le matériau polymérique pour assurer l’aptitude du dispositif d’acquisition enfoui à fonctionner durablement :
- le matériau polymérique peut présenter un comportement élastique jusqu’à au moins 0,05% de déformation, voire de préférence 0,1 %, voire 0,03% de déformation ;
- le matériau polymérique peut présenter un comportement élastique jusqu’à au moins une vitesse de déformation de 0,03%/s, voire de préférence jusqu’à 0,1 %/s voire jusqu’à 3%/s ; et/ou
- le matériau polymérique peut présenter un comportement élastique jusqu’à au moins 0,1 % de déformation pendant au moins 106 cycles, voire de préférence 107 cycles voire 108 cycles.
Enfin, il est souhaitable que le dispositif d’acquisition - de surface ou enfoui - soit apte à fonctionner (sans dégradation irréversible) dans une plage de température s’étendant de -20° C à 80 °C, voire de -30 °C à 80 °C.
Dans certains modes de réalisation, au lieu d’être constitué principalement par une couche d’un unique matériau polymérique, le tapis peut comporter plusieurs (au moins deux) couches, ces couches étant constituées de matériaux différents. Conformément à la présente divulgation, les couches sont choisies de telle sorte que le tapis soit formé principalement (en masse) de matériau polymérique.
Ces couches formées de différents matériaux sont choisies de telle sorte que, combinées ensemble, elles présentent des qualités mécaniques, chimiques, etc. équivalentes à celles indiquées précédemment pour le tapis.
Dans certains modes de réalisation, à l’interface entre deux couches du tapis, et/ou encore sur une ou sur les deux faces du tapis, le tapis peut comporter une couche en matériau non polymérique. Il peut par exemple comporter une plaque métallique (notamment en acier inoxydable ou en cuivre), de moins de 1 mm d’épaisseur, voire de moins de 500pm d’épaisseur, voire de moins de 200pm d’épaisseur ; et/ou une couche de mousse ou de colle en silicone.
Chacune des couches composant le tapis et indiquées ci-dessus peut ne pas s’étendre sur l’intégralité de la surface du tapis ; elle peut être formée
intégralement (monobloc, en un seule partie) ou en plusieurs parties. En particulier, chaque couche peut comporter un ou des passages pour exposer un ou des capteurs au substrat environnant, notamment dans le cas de capteurs chimiques.
Dans chacune des couches indiquées ci-dessus, le matériau polymérique ou non- polymérique peut être une mousse, ou au contraire être en matériau dense (ou plein). Une couche peut par exemple être formée en polyéthylène Plastazote (marque déposée) LD45 ou en silicone.
L’épaisseur de chacune des couches indiquées ci-dessus peut être inférieure à 2 cm, voire à 5 mm, voire même à 2 mm.
Dans certains modes de réalisation, le tapis comporte une ou plusieurs couches en matériau composite. Ce matériau composite peut être un matériau chargé de micro- ou de nano-fibres, notamment de verre ou de carbone ; et/ou un matériau chargé de micro- ou nano-particules, notamment métalliques.
Dans certains modes de réalisation, le tapis comporte une ou plusieurs couches adhésives. Le matériau adhésif peut ou non être un polymère. L’épaisseur de la couche adhésive peut être de préférence inférieure à 2 mm, voire à 0,5 mm, voire à 0,1 mm.
Dans les définitions du dispositif d’acquisition données précédemment (que ce soit le dispositif de surface ou le dispositif enfoui), par‘tapis’, on désigne ici un corps de faible épaisseur. Un tapis peut ainsi être constitué par une portion de bande, de ruban. Il peut être une portion de film de forme extérieure rectangulaire.
Comme indiqué précédemment, les capteurs du dispositif d’acquisition sont des capteurs choisis de telle sorte qu’il soit possible, à partir des informations qu’ils produisent, de déterminer les mouvements du tapis auquel les capteurs sont fixés en une pluralité de points parmi lesdits différents points du tapis (Ces points sont appelés par la suite‘points de détermination de mouvement’).
Cette détermination peut être faite de très nombreuses manières, en fonction des capteurs utilisés.
Ainsi par exemple, dans un mode de réalisation, les capteurs du dispositif d’acquisition sont des capteurs permettant de calculer la déformation du tapis aux points de détermination de mouvement. En effet à partir des valeurs de
déformation ainsi calculées, de manière connue en soi il est possible de
déterminer les mouvements du tapis en ces points.
Les mouvements du tapis peuvent être endogènes, c’est-à-dire causés par des changements de propriétés physique du matériau du substrat, ou exogènes, c’est- à-dire causés par une sollicitation appliquée à ce matériau. Cette sollicitation peut être par exemple, lorsque le substrat est un sol, le passage d’un véhicule sur ce sol. Cette sollicitation peut aussi être une variation de température, d’humidité, d’ensoleillement ou toute autre variation environnementale.
Dans un mode de réalisation, les capteurs du dispositif d’acquisition sont des capteurs fournissant en sortie des valeurs d’au moins une grandeur liée aux mouvements du tapis aux différents points de détermination de mouvement. Une grandeur liée aux mouvements du tapis est une grandeur qui varie lorsque le tapis est en mouvement ou dont la variation induit un mouvement du tapis.
Le fait qu’au moins une grandeur soit liée aux mouvements du tapis en différents point signifie qu’il est possible, généralement en utilisant un modèle numérique adéquat (du tapis et/ou du substrat), de calculer les valeurs des mouvements du tapis en ces point à partir des valeurs des grandeurs liée aux mouvements du tapis considérées.
Par exemple, dans certaines configurations, il est possible à partir de valeurs de températures dans un sol de déterminer les déformations, et par suite les mouvements, en différents points de ce sol. Dans ce cas, les capteurs du dispositif d’acquisition peuvent être constitués par des capteurs de température.
Ladite‘au moins une grandeur liée aux mouvements du tapis’ peut notamment être toute(s) grandeur(s) à partir de laquelle ou desquelles, par traitement numérique, il est possible de déterminer la déformation du substrat localement (en plusieurs points) ou globalement (dans une ou plusieurs portion(s) du substrat) et, à partir de cette ou ces informations, de calculer les mouvements du tapis aux points de détermination de mouvement du tapis.
Dans certains modes de réalisation, les capteurs du dispositif d’acquisition sont des capteurs permettant de déterminer en différents points du tapis la déformation selon un axe (par exemple l’axe normal à la surface du sol, l’axe tangent à la surface aligné à la direction du trafic sur le sol, l’axe tangent à la surface
perpendiculaire à la direction du trafic sur le sol), ou encore la dilatation
volumique, les cisaillements selon différents axes, les accélérations selon les différents axes, les moments angulaires selon les différents axes, les inclinaisons selon les différents axes.
De manière alternative ou en complément, un ou plusieurs des capteurs peu(ven)t être des capteurs aptes à mesurer des grandeurs qui sont liées à la déformation du substrat, mais sans cependant que cette relation soit explicite ou manifeste.
Ces grandeurs peuvent être l’humidité, la teneur en eau, la température, les concentrations en espèces chimiques, les concentrations en espèces gazeuses, etc.
Ces grandeurs peuvent être des informations de nature chimique (par exemple la concentration d’un gaz ou d’un analyte dans le substrat). En effet, les
concentrations de certaines espèces chimiques sont liées à la morphologie du milieu (par exemple sa porosité, l’organisation des couches du substrat), et la morphologie du milieu est un paramètre qui influe sur le comportement mécanique du substrat, et donc sur sa déformation ou son mouvement.
Un capteur du dispositif d’acquisition peut donc être notamment :
- un capteur de déformation (dilatation du volume) ; la déformation peut être mesurée dans ou plusieurs axes (x, y, z) ; un cas particulier de capteur de déformation est le capteur dit de « pression » (qui est usuellement un capteur de déformation monoaxe, orienté selon l’axe d’application de la pression) ; un autre cas particulier de capteur de déformation est un capteur de dilatation volumique (définie comme la somme de la déformation selon les axes x, y et z)
- un accéléromètre (accélération de la position de point(s) du volume
- un inclinomètre (qui mesure l’angle associé à un volume élémentaire)
- un gyromètre (qui mesure un moment angulaire)
- un capteur de cisaillement (qui mesure la variation de longueur dans une direction donnée (par exemple x) quand le volume élémentaire se déforme selon une autre direction (par exemple y)).
En plus des capteurs de la première liste ci-dessus, un capteur du dispositif d’acquisition peut être également :
- un capteur de température
- un capteur d’humidité
- un capteur de teneur en eau
- un capteur de concentrations en espèces chimiques
- un capteur de concentrations en espèces gazeuses
Généralement, lorsque le dispositif d’acquisition comporte un ou plusieurs capteurs de cette deuxième liste, il comporte de plus au moins un capteur de la liste précédente (la première liste) ; c’est l’ensemble de capteurs ainsi constitué qui permet le calcul des mouvements du tapis aux points de détermination de mouvement du tapis. Lorsque des capteurs des différents types énumérés ci-dessus sont fixés en différents points d’un tapis qui subit des déformations, il est possible à partir d’informations produites par les capteurs, de calculer des mouvements du tapis en ces différents points.
Grâce au fait que les capteurs sont intégrés (c’est-à-dire fixés) au tapis du dispositif d’acquisition, il est facile de les transporter et de les disposer sur l’objet ou sur le site sur lequel ils doivent être implantés. La plage de valeurs spécifiée pour le module de Young correspond à des matériaux relativement souples, pouvant subir des déformations : Le matériau du tapis accompagne les
déformations du substrat auquel il est fixé. Grâce à cela, les grandeurs acquises par les capteurs intégrés au tapis sont représentatives des déformations de ce substrat et permettent de calculer les mouvements du tapis aux points de détermination de mouvement.
De préférence, les pistes conductrices sont agencées de manière à permettre de connecter chacun des capteurs à une même extrémité ou à un même bord du tapis.
Dans un mode de réalisation, le dispositif d’acquisition comprend une nappe de capteurs telle que définie précédemment, ou plusieurs de ces nappes, connectées entre elles, directement ou par l’intermédiaire d’éléments de jonction. Dans ce cas, au moins un capteur de ladite pluralité de capteurs fait partie de la ou des nappe(s) de capteurs, et pour chacune des nappes de capteurs, le support de la nappe est fixé au tapis (en surface du tapis, ou à l’intérieur de celui-ci).
Le(s) support(s) de la ou des nappe(s) de capteurs peut notamment être ou du moins comprendre une ou plusieurs portion(s) de film fixée(s) sur une face du tapis ou intégrée(s) à l’intérieur de celui-ci.
Dans un mode de réalisation, au moins un desdits capteurs, et de préférence chacun de ceux-ci est disposé entre deux couches dudit matériau polymérique.
Par exemple, lorsque les capteurs sont agencés au sein d’une ou plusieurs nappe(s) de capteurs, cette ou ces nappes peuvent être agencées entre deux couches du matériau polymérique.
Dans cette configuration, comme le(s) capteurs n’est pas/ne sont pas placé(s) en surface, avantageusement il(s) n’est pas/ne sont pas exposé(s) aux agressions éventuelles (par exemple des sollicitations mécaniques si un objet appuie sur la surface sur laquelle est disposé le(s) capteur(s)), auxquelles il(s) pourrai(en)t être exposé(s) s’il(s) étai(en)t disposés en surface. Pour mettre en place le dispositif d’acquisition défini précédemment, il convient de solidariser celui-ci avec le substrat déformable dans lequel il est placé de telle sorte qu’il accompagne les déformations de ce substrat. Ce résultat peut être obtenu par tout moyen. Par exemple, le dispositif d’acquisition peut être collé sur ou dans le substrat, en prévoyant une couche d’adhésif sur sa surface externe lors de sa mise en place.
De préférence, le matériau polymérique est un matériau compatible avec le matériau constituant le substrat. Par exemple, dans des dispositifs d’acquisition destinés à mesurer les déformations de routes en bitume, le matériau polymérique est un matériau compatible avec le bitume.
Avantageusement, du fait de la valeur du module de Young du tapis, le dispositif d’acquisition est déformable. Inversement, le tapis apporte une protection certaine, et permet en outre de transporter les capteurs dans de bonnes conditions jusqu’à leur mise en place. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de prévoir une enveloppe rigide, par exemple une coque, pour contenir le dispositif d’acquisition.
SYSTEME DE MESURE
Un troisième aspect de la présente divulgation concerne un système de mesure susceptible d’être mis en oeuvre pour déterminer au moins un paramètre parmi une masse, une vitesse, une direction de circulation sur une surface, d’un objet roulant sur une surface libre d’un substrat, ou encore au moins un paramètre visco-élastique d’un matériau du substrat.
De manière connue en soi, il est possible de déterminer la masse d’un véhicule circulant sur une chaussée à l’aide de système de mesure de masse‘à la volée’ (Weigh-ln-Motion). Cependant, ces systèmes sont lourds, difficiles à mettre en oeuvre.
D’autre part, la vitesse d’un véhicule et sa direction de circulation peuvent être déterminés à l’aide par exemple d’un radar, ou éventuellement d’un lidar. Mais ces moyens doivent être déployés au-dessus de la surface de la chaussée, ce qui rend leur emploi délicat, notamment en milieu urbain.
Enfin, les paramètres visco-élastiques des matériaux constituant les chaussées ne peuvent généralement pas être déterminés in situ.
Il existe donc un besoin, pour l’un quelconque des paramètres cités
précédemment, d’un système de mesure plus simple à mettre en oeuvre que les systèmes connus, durable, bon marché, et peu susceptible d’être victime de vandalisme. L’objectif du troisième aspect de la présente divulgation est de proposer un système de mesure répondant à ce besoin.
Cet objectif est atteint grâce à un système de mesure comprenant
au moins un dispositif d’acquisition comportant une pluralité de capteurs, et un calculateur configuré pour pouvoir acquérir les signaux transmis par ledit dispositif d’acquisition, dans lequel :
le dispositif d’acquisition permet de disposer lesdits capteurs en surface ou au voisinage d’une surface libre d’un substrat permettant la circulation d’un objet roulant, de telle sorte que les capteurs soient solidaires de mouvements du substrat en une pluralité de points de celui-ci ;
lesdits capteurs sont tels qu’il est possible, lorsqu’ils sont rendus ainsi solidaires des mouvements du substrat en ces différents points, à partir des informations qu’ils produisent, de calculer des mouvements du substrat en ces différents points ; et
le calculateur est apte, à partir des informations transmises par les capteurs lorsqu’ils sont rendus ainsi solidaires des mouvements du substrat en ces différents points, à déterminer la ou les valeur(s) d’au moins une grandeur parmi :
• une masse totale ou par essieu, une trajectoire, une vitesse, un nombre d’essieux, un nombre de roues, un type, et/ou une signature, de l’objet roulant ;
• un état de vieillissement, un degré de gonflage, et/ou une empreinte, de(s) roue(s) de l’objet roulant ;
• des grandeurs représentatives de l’intégrité mécanique et chimique du substrat ;
• des grandeurs représentatives de la présence de pluie, de glace ou de neige sur le substrat ; et/ou
• des paramètres visco-élastiques ou plastiques, et/ou des paramètres
représentatifs de la morphologie, d’un matériau du substrat ;
et/ou à déterminer une ou des valeur(s) d’au moins une primitive et/ou une dérivée de ladite au moins une grandeur, et/ou une évolution dans le temps de ladite au moins une grandeur.
La ou les grandeurs susceptibles d’être déterminées par le calculateur peuvent être continues, discrètes ou binaires. Dans certains cas, la ou les grandeurs susceptibles d’être déterminées par le calculateur fournissent une information concernant le substrat ou son
environnement dans un certain volume de l’espace autour du système
d’acquisition. Dans ce cas, la taille de ce volume dépend au cas par cas de la grandeur considérée.
En ce qui concerne les grandeurs citées ci-dessus qui sont relatives au substrat :
L’intégrité mécanique ou chimique du substrat désigne l’état du substrat, comme par exemple son degré de fracturation, de fissuration dans le cas de substrats en béton ou bitumineux.
Les paramètres visco-élastiques ou plastiques du matériau du substrat sont des grandeurs représentatives des propriétés viscoélastiques ou plastiques du matériau du substrat, comme par exemple son module de Young, son module de Poisson, ses coefficients de viscosité pour les propriétés viscoélastiques, ou encore la dureté shore A pour les propriétés plastiques.
Le ou les paramètres représentatifs de la morphologie et de son évolution incluent la porosité totale, la porosimétrie (y compris la présence de fissures), la perméabilité aux gaz, la perméabilité aux liquides.
Tous les paramètres ci-dessus peuvent par ailleurs être relatifs à l’ensemble de l’épaisseur du substrat, ou à tout ou partie des couches qui le constituent (par exemple la couche de roulement, de fondation), ou encore à tout ou partie de ses sous-structures (lorsque le substrat ne se présente pas sous forme d’un empilement de couches).
Le calculateur peut comprendre une ou plusieurs carte(s) d’acquisition pour l’acquisition des signaux émis par les capteurs. Cette ou ces cartes peuvent éventuellement être intégrées au dispositif d’acquisition, et ainsi placées à proximité des capteurs.
Le calculateur peut comprendre de plus de manière large une ou plusieurs unités de calcul, disposées à proximité du dispositif d’acquisition ou au contraire distantes.
Selon le mode de réalisation, différents algorithmes peuvent être exécutés par le calculateur pour déterminer la ou les valeurs de grandeur(s) cherchée(s).
Dans un mode de réalisation, l’algorithme peut comporter des paramètres dont les valeurs sont calculées par apprentissage machine (‘machine learning’). Cet algorithme peut être ou du moins comprendre un réseau de neurones ou autre. L’apprentissage de cet algorithme est réalisé dans ce cas avec une base de données d’apprentissage comprenant en entrée, les signaux émis par les capteurs au cours d’un certain nombre de passages d’objets mobiles sur le dispositif d’acquisition, et en sortie, les valeurs de ladite au moins une grandeur lors de ces passages.
Dans un autre mode de réalisation, le calculateur détermine la ou les valeur(s) de ladite au moins une grandeur en exécutant un programme de minimisation ou de maximisation d’une fonctionnelle, ledit programme faisant appel à un sous- programme apte à déterminer une valeur calculée de mouvements du substrat au voisinage de positions desdits capteurs sous l’effet de sollicitations appliquées au substrat, ladite au moins une grandeur étant un paramètre du sous-programme, la valeur de la fonctionnelle étant fonction d’écarts entre des valeurs calculées de mouvements dudit substrat, calculées par ledit sous-programme dans l’hypothèse d’un passage de l’objet roulant sur la surface, et des valeurs mesurées de mouvements dudit substrat, déterminées à partir des signaux émis par les capteurs lors dudit passage de l’objet roulant, lesdits écarts étant calculés pour chacun des capteurs dont les mouvements sont évalués.
Avantageusement, à l’aide de moyens d’acquisition relativement simples permettant le calcul de mouvements du substrat dans lequel les capteurs sont fixés, ces capteurs étant susceptibles d’être disposés en surface du sol ou dans le sol, les traitements de données acquises indiqués ci-dessus permettent de déterminer la ou les valeurs de tout ou partie des grandeurs à déterminer indiquées précédemment.
Le nombre et la disposition des capteurs, et la fréquence d’acquisition des signaux des capteurs sont déterminés de manière à atteindre la précision voulue lors de la détermination de la ou des valeurs de la ou des grandeurs étudiée(s).
En ce qui concerne la disposition des capteurs, la distance moyenne entre capteurs peut être inférieure à la moitié voire au cinquième, ou encore au dixième, de la dimension caractéristique du phénomène étudié. Ainsi par exemple si l’on cherche à obtenir des informations sur le passage de véhicules sur une chaussée, la dimension caractéristique sera la taille de l’emprise au sol d’un pneu du véhicule sur la chaussée.
De même, la période moyenne d’acquisition peut être inférieure à la moitié voire au cinquième, ou encore au dixième, de la durée caractéristique du phénomène étudié. Dans l’exemple précédent, la durée caractéristique sera la durée de passage des pneus du véhicule sur les capteurs. Le dispositif d’acquisition peut notamment être un dispositif d’acquisition selon le deuxième aspect de la présente divulgation, tel que décrit précédemment.
Pour disposer d’une bonne sensibilité, et permettre la détection de véhicules circulant à vitesse élevée, le calculateur comporte de préférence une unité d’acquisition de données apte à acquérir les signaux émis par les capteurs à une fréquence d’au moins 80 Hz, de préférence d’au moins 250 Hz, plus
préférentiellement d’au moins 700 Hz.
Pour économiser l’énergie, le système de mesure comporte de préférence un système d’éveil, comportant au moins un capteur disposé en amont de la dite pluralité de capteurs (naturellement raccordé au calculateur), et le calculateur est configuré pour activer l’acquisition de signaux transmis par le ou les dispositifs d’acquisition en fonction d’un signal émis par le système d’éveil.
En complément du troisième aspect de la présente divulgation, selon un quatrième aspect, pour acquérir des informations concernant un substrat permettant la circulation d’objets roulants et/ou un objet roulant sur celui-ci, il est proposé une méthode de mesure (ou calcul) d’une ou plusieurs valeurs d’au moins une grandeur parmi
• une masse totale ou par essieu, une trajectoire, une vitesse, un nombre d’essieux, un nombre de roues, un type, et/ou une signature, de l’objet roulant ;
• un état de vieillissement, un degré de gonflage, et/ou une empreinte, de(s) roue(s) de l’objet roulant ;
• des grandeurs représentatives de l’intégrité mécanique et chimique du substrat ;
• des grandeurs représentatives de la présence de pluie, de glace ou de neige sur le substrat ; et/ou
• des paramètres visco-élastiques ou plastiques, paramètres représentatifs de la morphologie d’un matériau du substrat ;
et/ou de calcul de valeurs d’au moins une primitive et/ou une dérivée de ladite au moins une grandeur, et/ou d’une évolution dans le temps de ladite au moins une grandeur.
Cette méthode comporte les étapes suivantes : a) on dispose une nappe de capteurs telle que définie précédemment, de telle sorte que ladite pluralité de capteurs soit disposée en surface ou au voisinage d’une surface libre du substrat ;
b) lors d’un passage de l’objet roulant, on acquiert des signaux émis par lesdits capteurs ;
c) à l’aide du calculateur, on détermine la ou les valeurs de ladite au moins une grandeur.
Cette ou ces valeurs peuvent être déterminées soit à l’aide d’un réseau de neurones, soit en exécutant un programme de minimisation ou de maximisation d’une fonctionnelle, ledit programme faisant appel à un sous-programme apte à déterminer une valeur calculée de mouvements du substrat au voisinage de positions desdits capteurs sous l’effet de sollicitations appliquées au substrat, ladite au moins une grandeur étant un paramètre du sous-programme, la valeur de la fonctionnelle étant fonction d’écarts entre des valeurs calculées de mouvements dudit substrat, calculées par ledit sous-programme dans l’hypothèse d’un passage de l’objet roulant sur la surface, et des valeurs mesurées de mouvements dudit substrat, déterminées à partir des signaux émis par les capteurs lors dudit passage de l’objet roulant, lesdits écarts étant calculés pour chacun des capteurs dont les mouvements sont évalués.
Dans un mode de mise en oeuvre de la méthode, la nappe de capteur fait partie d’un dispositif d’acquisition selon le deuxième aspect de la présente divulgation, tel que défini précédemment.
Dans un mode de mise en oeuvre, la méthode comprend en outre une étape de mesure de la température au voisinage des capteurs ; et l’on effectue une correction lors de la détermination dudit au moins un paramètre, en fonction de la température.
Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes de la méthode de mesure présentée ci-dessus sont déterminées par des instructions de
programmes d’ordinateurs.
En conséquence, le quatrième aspect de la présente divulgation vise aussi un programme d’ordinateur sur un support d’informations, ce programme étant susceptible d’être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des portions, moyens, et/ou instructions de code de programme pour l’exécution des étapes de la méthode de mesure présentée ci-dessus lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Ce programme peut utiliser n’importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n’importe quelle autre forme souhaitable. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Le quatrième aspect de la présente divulgation vise aussi un support
d’informations non-volatiles lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur tel que défini précédemment. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme.
Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une clef USB ou un disque dur. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution de la méthode de mesure décrite précédemment.
Enfin, un cinquième aspect de la présente divulgation concerne un sol, équipé d’une nappe de capteurs, d’un dispositif d’acquisition ou encore d’un système de mesure tel que défini précédemment.
L’expression‘équipé de’ signifie que les capteurs respectivement de la nappe de capteurs, du dispositif d’acquisition ou encore du système de mesure indiqués précédemment sont fixés au sol (en surface de celui-ci, ou enfouis dans le sol - généralement à proximité de la surface).
Le sol peut être à l’intérieur ou à l’extérieur ; il peut être notamment une chaussée (une voie de circulation pour véhicules), un trottoir, ou autre. Le sol peut ainsi être tout support sur lequel passent des objets ou des personnes, de préférence en roulant, mais pas seulement - véhicules à chenilles, piétons...). Ces objets ou personnes peuvent appliquer une pression sur le sol assez importante - dans le cas de camions par exemple -, mais pas nécessairement (vélos, trottinettes...)
Le sol peut être en asphalte, en béton, ou autre ; il peut être en matériau compacté, ou en pavés, etc.
Dans un mode de réalisation, le sol comprend, parmi la pluralité de capteurs qu’il comporte, au moins un premier groupe de capteurs dont les capteurs sont disposés en surface du sol, ou disposés sous une couche superficielle du sol. Dans ce cas, dans un mode de réalisation les capteurs de ce premier groupe de capteurs sont intégrés dans un tapis collé sur une surface du sol, et
éventuellement fixé au sol de plus par des vis.
Dans ce cas, dans un mode de réalisation le sol est agencé de telle sorte qu’une surface supérieure du dispositif d’acquisition est située au-dessus du niveau du sol. Le sol peut alors comporter, en amont et/ou en aval du dispositif d’acquisition, une zone de roulement surélevée dont une surface supérieure est au même niveau que la surface supérieure du dispositif d’acquisition.
La zone de roulement peut notamment comporter au moins un tapis en matériau polymérique, ou une plaque rigide, notamment en bois.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L’invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d’exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
[Fig. 1 ] La figure 1 est une vue schématique, déjà présentée, d’une nappe de capteurs dans un mode de réalisation de la présente divulgation ;
[Fig. 2] La figure 2 est une vue schématique d’une nappe de capteur dans un mode de réalisation de la présente divulgation ;
[Fig. 3] La figure 3 est une vue schématique en coupe d’un dispositif d’acquisition dans un mode de réalisation de la présente divulgation ;
[Fig. 4A-4C] Les figures 4A, 4B et 4C sont des vues schématiques présentant trois agencements possibles pour les capteurs, dans un dispositif d’acquisition selon la présente divulgation ;
[Fig. 5] La figure 5 est une vue schématique en vue du dessus d’un dispositif de mesure selon la présente divulgation ;
[Fig. 6] La figure 6 est une vue schématique en perspective du système de mesure de la figure 5 ;
[Fig. 7] La figure 7 est un diagramme présentant les courbes de réponse, respectivement effective et simulée, du système de mesure des figures 5 et 6, lors du passage d’un véhicule sur la chaussée ; et
[Fig. 8] La figure 8 est un logigramme présentant les étapes d’une méthode de mesure selon la présente divulgation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Un exemple de réalisation d’un système de mesure 1000 selon la présente divulgation va maintenant être présenté dans deux modes de réalisation, en relation avec la figure 3 d’une part, et avec les figures 5 et 6 d’autre part.
Le système de mesure 1000 est un système de mesure susceptible d’être implanté dans une chaussée 50 sur laquelle circulent des véhicules 52, et qui permet de mesurer la masse de ces véhicules, leur vitesse, leur direction, ainsi que l’état de gonflage de leurs pneus 54.
Le système de mesure 1000 comporte principalement un calculateur 300 et deux dispositifs d’acquisition 100.
Pour mieux faire comprendre l’agencement de ce système de mesure 1000, les nappes de capteurs 10 intégrées aux dispositifs d’acquisition vont d’abord être présentées, puis les dispositifs d’acquisition 100 comprenant ces nappes de capteurs, et enfin le système de mesure 1000 dans son ensemble.
Un exemple de réalisation d’une nappe de capteurs 10 va tout d’abord être présenté en relation avec la figure 2.
La nappe 10 est formée principalement par un support constitué par un film plastique 20 relativement souple en polyimide, rectangulaire de dimensions 400 mm x 150 mm, et d’épaisseur environ 1 mm.
La nappe 10 présente un axe de symétrie X suivant sa direction longitudinale, et un axe Y suivant sa direction transverse dans le plan de la nappe (lorsque celle-ci est disposée à plat). L’axe X divise la nappe 10 en deux demi-plans
respectivement Y+ (Y>0) et Y-(Y<0). Seule la moitié de la nappe 10 située dans le plan Y+ va maintenant être décrite, l’autre moitié s’en déduisant par symétrie.
Sur le film 20 sont fixés, dans le demi-plan Y+, à des intervalles réguliers suivant la direction X, six capteurs de déformation piézo-résistifs 1 1 1 , 1 12, 1 13, 1 14, 1 15 et 1 16, notés collectivement capteurs 1 10. Chacun de ces capteurs piézo-résistifs émet, lorsque le substrat dans lequel il se trouve subit une déformation, un signal représentatif de cette déformation. A partir des signaux représentatifs des déformations du substrat, transmis par les capteurs 1 10, il est possible de calculer les mouvements du substrat aux points où sont disposés ces capteurs.
Dans le demi-plan Y+ sont formés deux ensembles de pistes conductrices S1 et S2. Le premier ensemble S1 comporte deux groupes H1 et H2 de pistes conductrices. Le premier groupe H1 de pistes conductrices comporte six paires de pistes conductrices. Chacune de ces paires de pistes conductrices est connectée d’une part à l’un des six capteurs 1 10, et d’autre part à une paire de bornes de connexion situées sur le premier côté L du film 20 (le côté X<0). Les six paires de bornes de connexion connectées au groupe H1 sur le premier côté L du film sont dénommées collectivement bornes LD1.
Le deuxième groupe H2 de pistes conductrices comporte également six paires de pistes conductrices. Chacune de ces paires de pistes conductrices est connectée tout d’abord à une paire de bornes de connexion situées sur le premier côté L du film. Les six paires de bornes de connexion connectées au groupe H2 sur le côté L du film sont dénommées collectivement bornes LD2. De plus, chacune des six paires de pistes conductrices du groupe H2 est également connectée à une paire de bornes de connexion situées sur le deuxième côté R du film. Les six paires de bornes de connexion connectées au groupe H2 sur le deuxième côté R du film sont dénommées collectivement bornes RD1.
Les six paires de bornes de connexion RD1 de la nappe 10 sont configurées pour être connectées aux six paires de bornes de connexion LD1 d’une nappe 10B adjacente. Plus généralement, le deuxième côté R ou côté droit de la nappe 10 est configuré pour être assemblé au premier côté L ou côté gauche d’une nappe 10B identique à la nappe 10 placée à droite de cette dernière.
Dans ce but, lorsque deux nappes 10 identiques sont placées l’une à la suite de l’autre (le côté droit de la nappe de gauche étant en face du côté gauche de la nappe de droite), les bornes de connexion RD1 de la nappe de gauche sont alignées avec (et configurées pour être connectées avec) les bornes de connexion LD1 de la nappe de droite.
Le deuxième ensemble S2 de pistes conductrices comporte également deux groupes de pistes conductrices. Les deux pistes du premier groupe sont raccordées à un capteur de température KT et à une première paire de bornes de connexion situées sur le premier côté L du film 20. Les deux pistes du deuxième groupe relient une paire de bornes de connexion situées sur le premier côté L du film 20 à une deuxième paire de bornes de connexion situées sur le deuxième côté R du film 20. Les bornes de la deuxième paire de bornes de connexion sont configurées pour être connectées aux bornes de la première paire de bornes de connexion d’une nappe 10 identique à la nappe 10 et placée à droite de cette dernière. L’agencement de la nappe 10 permet donc de connecter en série deux nappes 10 identiques, de manière à collecter sur le premier côté de la nappe 10 située la plus à gauche les signaux émis par les 28 capteurs des deux nappes.
La nappe 10 comporte en outre deux couches de blindage 30, 32, qui vont être présentées en relation avec le dispositif d’acquisition 100 (Fig.3).
La nappe 10 présentée peut être fabriquée en usine. Le procédé de fabrication peut notamment être celui décrit dans le document WO2015150676.
Un premier exemple de réalisation d’un dispositif d’acquisition 100 d’un système de mesure 1000 selon la présente divulgation va maintenant être présenté en relation avec la figure 3.
Dans ce mode de réalisation, le système de mesure 1000 comporte deux dispositifs d’acquisition 100 identiques, enfouis côte à côte dans à quelques centimètres sous la surface d’une chaussée 50.
Les dispositifs d’acquisition 100 sont ainsi protégés par la couche superficielle 51 de la chaussée 50. Ce mode de mise en oeuvre assure une protection élevée des dispositifs d’acquisition 100.
Chaque dispositif d’acquisition 100 comporte une nappe de capteurs 10 du type présenté en relation avec la Fig.2.
En vue du dessus, les dispositifs 100 sont disposés côte à côte dans la direction perpendiculaire ou direction transverse à la direction de roulement ; l’axe X des nappes de capteurs 10 est dirigé suivant cette direction transverse. La distance entre les points centraux des dispositifs 100 est calculée pour correspondre sensiblement à la voie (distance entre roues d’un même essieu) d’un véhicule.
Chaque dispositif d’acquisition 100, qui est du type‘dispositif d’acquisition en surface’, comprend un tapis 150 qui est surmoulé autour d’une nappe de capteurs 10. Ce tapis 150 est constitué principalement par une bande en polyuréthane (un exemple de matériau polymérique) de forme rectangulaire.
Les différentes couches constituant le dispositif d’acquisition 100 sont
représentées par une section de détail de la figure 3. La nappe 10 est surmoulée entre deux couches de polyuréthane 152, 154, qui constituent un tapis au sens de la présente divulgation. La nappe 10 quant à elle présente successivement, en allant du bas vers le haut, une première plaque de blindage 30 (constituée par un film métallique conducteur de l’électricité), les capteurs et pistes conductrices (les capteurs 1 15 et 1 16 sont représentés sur la section de détail), le film 20
constituant le support de la nappe 10, et une deuxième plaque de blindage 32 (également constituée par un film métallique conducteur de l’électricité). La présence des plaques de blindage réduit la sensibilité du dispositif d’acquisition aux perturbations électromagnétiques.
Dans l’exemple présenté, les dispositifs d’acquisition 100 sont fabriqués en usine par surmoulage de nappes de capteurs 10, avant d’être implantés en surface de la chaussée 50. Avantageusement, le conditionnement des capteurs 110 et KT au sein d’un tapis tel que le tapis 150 assure la protection mécanique des capteurs et, au moment de leur implantation dans la chaussée, leur positionnement relatif.
Dans l’exemple présenté, le dispositif d’acquisition 100 inclut une nappe de capteurs 10. Cependant, un dispositif d’acquisition peut être réalisé à partir de capteurs qui ne sont pas supportés par un film tel que le film 20, mais sont directement fixés au tapis 150 à base de matériau polymérique. Par exemple, un dispositif d’acquisition conforme à la présente divulgation peut être réalisé en surmoulant un faisceau de câbles (comme pistes conductrices) reliés à des capteurs dans un matériau polymérique possédant les caractéristiques requises indiquées précédemment.
Dans le cas d’un dispositif d’acquisition devant être placé en surface, et donc plus exposé à des variations de température qu’un dispositif d’acquisition enfoui, le polyuréthane présente de préférence un coefficient d’expansion
thermique compris entre 70 % et 130 % de celui du matériau composant l’enveloppe (ou coque) de protection des capteurs de la nappe de capteurs 10.
Un deuxième mode de réalisation du système de mesure 1000 va maintenant être présenté en relation avec les figures 4A-4C, 5 et 6 (les figures 4A-4C présentent trois variantes de ce mode de réalisation).
Dans ce mode de réalisation, le système 1000 comprend un calculateur 300, deux dispositifs d’acquisition 100, et un élément intercalaire 170.
Chacun des dispositifs 100 comporte un tapis 150 dans lequel sont surmoulées deux nappes de capteurs 10A,10B (appelées collectivement nappes 10) sensiblement identiques à la nappe de capteurs 10 présentée précédemment. La seule différence est qu’au lieu de comporter deux rangées de six capteurs, chacune des nappes de capteurs 10A,10B comporte deux rangées R1 ,R2 de huit capteurs (Fig.4A).
Dans chaque dispositif 100, les deux nappes 10A,10B sont connectées l’une à l’autre de telle sorte que les bornes de connexion du bord droit R de la nappe 10A (à gauche sur la Fig.5) soient connectées aux bornes de connexion du bord gauche L de la nappe 10B (à droite sur la Fig.5). Les bornes de connexion du bord gauche L de chaque dispositif d’acquisition 100 sont connectées par des fils 105 au calculateur 300.
En ce qui concerne la disposition des capteurs, de manière générale dans un dispositif d’acquisition (Figs.4A-4C), les capteurs peuvent être fixés au support suivant une disposition matricielle alignée (Fig.4A) ou en quinconce (Figs. 4B-4C).
Différentes valeurs de distance peuvent être choisies pour le pas d’une rangée à l’autre ou d’une colonne à l’autre de la matrice de capteurs :
Le pas transversal Px (distance entre deux capteurs dans la direction X
perpendiculaire à la direction de roulement) peut être inférieur à 50 cm, voire à 25 cm, voire à 10 cm;
Le pas longitudinal Py (distance entre deux rangées de capteurs dans la direction Y parallèle à la direction de roulement) peut être inférieur à 50 cm, voire à 25 cm, voire à 10 cm;
Les capteurs peuvent être disposés en quinconce (Figs.4A-4C): les capteurs d’une ligne ne sont pas alignés sur les capteurs de la ligne suivante ; par exemple sur la Fig.4B, le capteur de la rangée R2 est placé à la moitié de la distance entre les capteurs de la rangée FM . Le décalage d’une rangée à l’autre entre rangées de capteurs peut varier de manière quelconque en fonction de l’application. Il peut par exemple être égal à 1 /3 du pas longitudinal Py (comme représenté sur la Fig.4C), ou à 1 /4 de cette distance, etc.
La disposition en quinconce peut former un motif sur N lignes (N > 2) :
- si N=2 (motif sur deux lignes, ou quinconce de degré 2) : toutes les lignes paires sont identiques entre elles et les lignes impaires également, mais lignes paires et impaires sont décalées ;
- si N > 2 (motif sur N lignes ou quinconce de degré N) : les lignes de même indice k modulo N sont identiques (pour chaque valeur fixée de k=0... N-1 , les lignes d’indice n=N*p+k sont identiques quelle que soit la valeur de p entier).
Inversement les lignes k pour k=0... N-1 sont généralement toutes décalées deux à deux dans la direction transverse. La Fig.4C représente des capteurs disposés en quinconce sur 3 lignes (quinconce de degré 3).
Il s’ensuit que la densité des capteurs sur la nappe peut être d’au moins un capteur tous les 0,25m2, voire 0,1 m2, voire 0,01 m2.
Sur les figures 4A-4C et 5, les capteurs 1 10 sont symbolisés par des croix. Sur la Fig.4A, les capteurs sont implantés en matrice alignée. Sur la Fig.4B, ils sont implantés en quinconce de degré 2 ; sur la Fig.4C, ils sont implantés en quinconce de degré 3 et le motif est formé sur trois lignes qui se répètent.
Dans ce mode de réalisation, les dispositifs d’acquisition 100 sont implantés sur la surface supérieure de la chaussée (Figs.5, 6), ce qui assure une moindre protection des dispositifs d’acquisition, mais permet une implantation plus facile, qui peut se faire sur une chaussée existante, en rétrofit.
Dans ce mode de réalisation, chacun des dispositifs d’acquisition 100 est à la fois collé, et vissé par des vis 130, sur la chaussée 50.
De plus, des plaques (en bois ou en matériau polymérique) 140, 142, 144 et 146 sont également fixées sur la chaussée 50 en amont et en aval du sens de roulement des véhicules sur la chaussée 50.
Ces plaques sont de même épaisseur que les dispositifs d’acquisition 100 afin que les surfaces supérieures des dispositifs d’acquisition (qui sont situées légèrement au-dessus du niveau de la chaussée 50), soient au même niveau que la surface supérieure des plaques 140, 142, 144 et 146.
Par conséquent, ces plaques ont pour effet que les véhicules sont en déplacement à une altitude constante lorsqu’ils roulent sur les dispositifs d’acquisition, et inversement à cet instant-là ne sont pas soumis à des accélérations verticales qui viendraient fausser les mesures.
Par ailleurs, le calculateur 300 est connecté aux capteurs des dispositifs
d’acquisition auxquels il est relié.
Sur le plan matériel, le calculateur 300 est un dispositif de calcul, en l’occurrence un ordinateur. Le calculateur 300 peut soit être disposé au voisinage des dispositifs d’acquisition, soit être distant de ceux-ci. Il peut par exemple être un serveur distant, relié aux dispositifs d’acquisition par un réseau comme internet ou autre. Les traitements de données effectués par le serveur 300 peuvent être faits en temps réel, ou être différés.
L’architecture matérielle du calculateur 300 est illustrée schématiquement sur la figure 5. Il comprend notamment un processeur 320, une mémoire vive 330, une mémoire morte 340, ainsi qu’une unité d’acquisition de données 310.
L’unité d’acquisition de données 310 est capable d’acquérir les signaux émis par les capteurs des dispositifs 100 en parallèle à une fréquence de 800 Hz. Cette fréquence d’acquisition élevée permet de disposer d’informations riches sur les déformations du sol lors du passage d’un véhicule, ce qui permet d’augmenter la précision des résultats fournis.
La mémoire morte 340 du calculateur 300 constitue un support d’enregistrement conforme à l’invention, lisible par le processeur 320 et sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur conforme à la présente divulgation, comportant des instructions pour l’exécution des étapes d’une méthode de mesure selon la présente divulgation. Ces étapes sont décrites ci-dessous en référence à la figure 8.
Le système de mesure 1000 comporte en outre des capteurs de déformation 160 situés à la surface des planches 140 et 142, en amont des dispositifs d’acquisition, et qui sont raccordés au calculateur 300. Le calculateur 300 est configuré pour activer l’acquisition des signaux par les dispositifs d’acquisition lorsque les signaux émis par les capteurs de pression 160 signalent l’arrivée d’un véhicule. En combinaison avec les capteurs 160, il constitue ainsi un système d’éveil pour le système de mesure 1000. Inversement, en l’absence de véhicules, les capteurs des dispositifs d’acquisition 100 sont mis en mode de veille.
Un exemple de mise en oeuvre de la méthode de mesure de paramètres selon la présente divulgation va maintenant être présenté en relation avec les figures 7 et 8.
La mise en oeuvre de cette méthode suppose la mise en place préalable d’une nappe de capteurs en surface ou au voisinage d’une surface libre d’un substrat permettant la circulation d’un objet roulant.
Dans le cas présent, le système de mesure 1000 tel que représenté sur les figures 5 et 6 est disposé sur la chaussée 50 (étape a).
Le calculateur 300 est alors activé.
Lors d’un passage d’un véhicule sur les planches 140 et 142, les capteurs de pression 160 transmettent des signaux de pression au calculateur 300. Sur la base de ces signaux, le calculateur 300 détecte l’arrivée du véhicule et active les capteurs 1 10 des différents dispositifs d’acquisition 100.
Au passage du véhicule, chacun de ces capteurs émet une série de signaux en fonction du temps, à une fréquence de 800 Hz, ces signaux étant représentatifs des déformations du sol environnant le capteur.
Ces signaux sont acquis par l’unité d’acquisition 310 du calculateur 300 (étape b), et transmis au processeur 320. A l’aide du calculateur 300, on détermine ensuite les paramètres suivants : masse, vitesse et direction de circulation du véhicule, ainsi que les paramètres visco- élastiques du matériau constituant la chaussée 50 (étape c).
Cette détermination est faite en exécutant le programme de mesure P stocké dans la mémoire morte 340 du calculateur 300.
Dans ce mode de réalisation, ce programme est un programme de minimisation de fonctionnelle.
Ce programme fait appel à un sous-programme de simulation S. Ce sous- programme S permet, à partir de valeurs de différentes grandeurs relatives au véhicule (sa masse, le type de ses pneus (simple-, double)) et aux conditions de passage du véhicule sur les dispositifs d’acquisition du système de mesure 1000 (vitesse, position, angle de passage du véhicule au-dessus des capteurs), et à partir enfin de coefficients visco-élastiques de la chaussée 50, de calculer la déformation du substrat environnant chacun des capteurs de déformation lors du passage du véhicule. Les valeurs de ces grandeurs (les grandeurs relatives au véhicule, à ses conditions de passage, et les coefficients visco-élastiques de la chaussée) sont les paramètres que l’on cherche à déterminer ; chacun de ces paramètres est donc un paramètre du sous-programme S.
Le sous-programme S permet donc, lorsqu’un véhicule passe au-dessus des dispositifs d’acquisition, de calculer la déformation au voisinage du capteur qui se produit sous l’effet du poids du véhicule.
D’autre part, les valeurs transmises par les capteurs et acquises à l’étape a) représentent les valeurs effectives de la déformation du substrat autour de chacun des capteurs qui se produit lors du passage du véhicule (ou du moins des valeurs représentatives de ces valeurs de déformation).
Le principe de l’algorithme est de chercher à minimiser l’écart entre les
déformations du sol mesurées par les capteurs et les déformations du sol, ces dernières étant quant à elles fonction des valeurs des paramètres que l’on cherche à déterminer.
Le programme P vise donc à minimiser la fonctionnelle E définie de la manière suivante :
Pour chaque capteur, on définit une erreur de capteur Ecapteur comme étant égale à : /l l Psim l - l Pmes l l
Ecapteur l | p I
Figure imgf000035_0001
V I rmes I dans laquelle Psim et Pmes sont les valeurs maximales de déformation
respectivement simulées (calculées à l’aide du sous-programme de simulation S) et mesurées (déterminées à partir des valeurs transmises par les capteurs).
L’erreur de capteur est illustrée par la Fig.7. Cette figure représente un diagramme dans lequel sont représentées en ordonnée :
- la valeur du signal Pmes transmis par le capteur, à savoir une valeur de déformation exprimée en me, et
- la valeur du signal Psim calculé.
Le temps est représenté en abscisse.
La fonctionnelle E a alors pour valeur :
capteur-
Figure imgf000035_0002
où N+1 est le nombre total de capteurs du système de mesure 1000.
La valeur de la fonctionnelle E est donc fonction des écarts entre les valeurs calculées de déformation dudit substrat, calculées par le sous-programme S en fonction des caractéristiques retenues pour le passage du véhicule sur la chaussée (masse du véhicule, nombre d’essieux, nombre de pneus, vitesse, position sur la chaussée, direction de déplacement, ...), et les valeurs mesurées de déformation dudit substrat, déterminées à partir des signaux émis par les capteurs lors du passage du véhicule, ces écarts étant calculés pour chacun des capteurs.
Le programme P permet de déterminer les valeurs des paramètres cherchés qui minimisent la valeur de la fonctionnelle E. Le programme P peut utiliser tout algorithme connu de minimisation de fonctionnelle non linéaire. Il peut par exemple utiliser l’algorithme de Levenberg-Marquardt, ou d’autres algorithmes similaires.
Le programme P fournit donc les valeurs cherchées, ce qui permet d’obtenir de manière simple des informations complètes sur les véhicules passant sur la chaussée 50.
Dans un autre mode de mise en oeuvre, l’algorithme utilisé par le programme P est un algorithme dont les paramètres sont déterminés par apprentissage machine. Dans ce cas, la fonctionnelle E peut être utilisée comme fonction à minimiser lors de l’apprentissage effectué par l’algorithme (Cette fonction est appelée fonction de‘perte’, ou‘Loss function’, dans le cas où l’algorithme est un réseau de neurones).
Par exemple, le système de mesure peut comporter un programme P constituant un réseau de neurones artificiels, entraîné à calculer certaines grandeurs relatives à un véhicule passant sur une chaussée (par exemple, la masse et la vitesse de celui-ci).
L’apprentissage du programme P se déroule de la manière suivante :
Dans un premier temps, les données nécessaires à la phase d’apprentissage du réseau de neurones sont collectées et regroupées au sein d’une base de données d’apprentissage. Une stratégie de collecte de données est mise en oeuvre afin d’assurer que la base d’apprentissage contienne des données suffisamment variées, qui couvrent l’ensemble du domaine de mise en oeuvre voulu pour le système de mesure.
La base de données d'apprentissage doit être suffisamment large et variée pour assurer que les variables calculées par le réseau de neurones présentent la précision voulue.
Ces données peuvent par exemple être collectées en réalisant des acquisitions des valeurs produites par les capteurs du ou des dispositifs d’acquisition du système de mesure, dans tout ou partie des circonstances suivantes :
Plusieurs passages d’un même véhicule (par exemple un camion), la masse du véhicule restant constante ;
Plusieurs passages d’un même véhicule, avec des masses différentes aux différents passages ;
Plusieurs passages d’un même véhicule, la masse du véhicule restant constante, mais dans des conditions différentes : heures différentes, température, hygrométrie, etc., différents.
Lors du passage d’un véhicule, pour chaque capteur du ou des dispositifs d’acquisition du système de mesure, une séquence de valeurs de sortie du capteur produites à des intervalles de temps successifs est enregistrée.
Simultanément, la ou les grandeurs que l’on souhaite que le réseau de neurones apprenne à déterminer pour le véhicule sont enregistrées. Par exemple, à chaque passage on enregistre de plus la masse et la vitesse du véhicule. Dans la base de données d’essais, ces dernières valeurs sont classées avec les séquences des valeurs de sortie des capteurs du système de mesure acquises lors du passage du véhicule.
Une fois la base de données d’apprentissage constituée, un ou plusieurs modèles (un modèle est constitué par un programme informatique susceptible d’être exécuté par un ordinateur, qui réalise une fonction fournissant en sortie la ou les valeurs de variables que doit déterminer le système de mesure, à partir des valeurs de sorties des capteurs de celui-ci) peuvent être entraînés en
apprentissage supervisé grâce à la base de données. Ces modèles peuvent être de manière générale des modèles d’apprentissage machine (‘machine learning’), fondés sur tout type de méthode mathématique, et notamment des modèles d’apprentissage profond (‘deep learning’), qui mettent en oeuvre un réseau de neurones profond.
Les hyperparamètres du modèle utilisé, notamment du réseau de neurones le cas échéant, peuvent être optimisés de manière classique par des méthodes de type ‘grid search’.
D’autre part, dans certains modes de réalisation les caractéristiques sous-jacentes principales (‘features’) des signaux temporels produits par les capteurs, et fournis au modèle en entrée sont préalablement identifiées. Le modèle est alors défini en prenant en compte les caractéristiques ainsi identifiées. Cette procédure permet d’augmenter la précision du modèle.
Dans certains modes de réalisation dans lesquels le modèle est fondé sur un ou plusieurs réseau(x) de neurones, l’ensemble des valeurs de sortie des capteurs, aux différents instants d’acquisition successifs, est fourni en entrée au modèle.
Des tests sont effectués pour évaluer la qualité de l’apprentissage et veiller à éviter un surapprentissage.
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Claims

Revendications
1. Dispositif d’acquisition (100), comprenant :
un tapis (150) formé principalement de matériau polymérique ;
des capteurs (1 10) solidaires du tapis (150) et fixés à celui-ci en différents points ; et
des pistes conductrices (G1 A,G1 B) agencées de manière à permettre de connecter chacun desdits capteurs (110) ;
lesdits capteurs (1 10) étant tels qu’il soit possible, à partir d’informations produites par lesdits capteurs, de calculer des mouvements du tapis en une pluralité de points parmi lesdits différents points du tapis ; et
chaque capteur étant protégé, au moins sur une première face du tapis (150), par une couche dudit matériau polymérique, ledit matériau polymérique présentant un module de Young situé dans la plage de 50 MPa à 1 TPa, et un coefficient de friction (COF) dynamique supérieur à 0,5, et de préférence supérieur à 1.
2. Dispositif d’acquisition selon la revendication 1 , dont le matériau
polymérique présente un comportement élastique jusqu’à 1 % de déformation.
3. Dispositif d’acquisition selon la revendication 1 ou 2, dont le matériau polymérique présente un comportement élastique jusqu’à au moins 0,2% de déformation pendant au moins 105 cycles.
4. Dispositif d’acquisition selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dont le matériau polymérique présente un coefficient de dilatation thermique inférieur à 0,01 %/°C.
5. Dispositif d’acquisition (100), comprenant :
un tapis (150) formé principalement de matériau polymérique ;
des capteurs (1 10) solidaires du tapis (150) et fixés à celui-ci en différents points ; et
des pistes conductrices (G1 A,G1 B) agencées de manière à permettre de connecter chacun desdits capteurs (110) ;
lesdits capteurs (1 10) étant tels qu’il soit possible, à partir d’informations produites par lesdits capteurs, de calculer des mouvements du tapis en une pluralité de points parmi lesdits différents points du tapis ; et chaque capteur étant protégé, au moins sur une première face du tapis (150), par une couche dudit matériau polymérique, ledit matériau polymérique :
- présentant une dureté Shore D supérieure à 20 ; et
- étant apte à supporter sans dégradation irréversible une température au moins égale à 130°C pendant 20 minutes.
6. Dispositif d’acquisition selon la revendication 5, dont le matériau polymérique présente un comportement élastique jusqu’à au moins 0,5% de déformation.
7. Dispositif d’acquisition selon la revendication 5 ou 6, dont le matériau
polymérique présente un comportement élastique jusqu’à au moins une vitesse de déformation de 0,03%/s.
8. Dispositif d’acquisition selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dont le matériau polymérique présente un comportement élastique jusqu’à au moins 0,1 % de déformation pendant au moins 106 cycles.
9. Dispositif d’acquisition selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant au moins une première et une deuxième nappe de connexion (10A,10B) ;
chaque nappe de connexion comprenant :
un support (20) fixé au tapis (150), et présentant un premier bord (L) et un deuxième bord (R) opposés ; et
au moins un premier ensemble de N groupes G, de piste(s) conductrice(s) formée(s) en surface du support et/ou dans le support, N étant au moins égal à 2 ; chaque nappe de connexion étant agencée de telle sorte que, dans la nappe de connexion :
- chaque piste conductrice d’un groupe G1 de piste(s) conductrice(s) est reliée à une borne de connexion d’un groupe LC1 de borne(s) de connexion située(s) au premier bord (L) du support ;
- au moins un capteur de ladite pluralité de capteurs est fixé au support, et est connecté à au moins une piste du premier groupe G1 de piste(s) conductrice(s) ; et
- pour chaque valeur de i allant de 2 à N :
. dans chaque groupe G, de piste(s) conductrice(s), au moins une, et de préférence chaque piste conductrice est reliée à une borne de connexion d’un groupe LC, de borne(s) de connexion située(s) au premier bord du support et à une borne de connexion d’un groupe RCM de borne(s) de connexion située(s) au deuxième bord du support ; et
. les bornes de connexion des groupes LCM de borne(s) de connexion située(s) au premier bord (L) du support sont configurées pour être connectées aux bornes de connexion des groupes RCM de borne(s) de connexion située(s) au deuxième bord (R) du support ;
les deux nappes de connexion étant connectées l’une à l’autre au moins par la connexion des bornes de connexion du groupe RC1 de borne(s) de connexion de la première nappe de connexion (10A) aux bornes de connexion du groupe LC1 de borne de connexion de la deuxième nappe de connexion (10B).
10. Dispositif d’acquisition selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins un desdits capteurs (1 10), et de préférence chacun de ceux-ci est disposé entre deux couches dudit matériau polymérique.
11. Dispositif d’acquisition selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dont le matériau polymérique est un matériau compatible avec le bitume.
12. Système de mesure (1000), comprenant :
au moins un dispositif d’acquisition (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 1 1 , et
un calculateur (300) configuré pour pouvoir acquérir les signaux transmis par les capteurs dudit au moins un dispositif d’acquisition (100) ;
le calculateur étant apte, lorsque lesdits capteurs (110) sont disposés en surface ou au voisinage d’une surface libre d’un substrat permettant la circulation d’un objet roulant (52), à partir des informations transmises par les capteurs, à déterminer une ou des valeur(s) d’au moins une grandeur parmi :
• une masse totale ou par essieu, une trajectoire, une vitesse, un nombre d’essieux, un nombre de roues, un type, et/ou une signature, de l’objet roulant ;
• un état de vieillissement, un degré de gonflage, et/ou une empreinte, de(s) roue(s) de l’objet roulant ;
• des grandeurs représentatives de l’intégrité mécanique et chimique du substrat ;
• des grandeurs représentatives de la présence de pluie, de glace ou de neige sur le substrat ; et/ou
• des paramètres visco-élastiques ou plastiques, paramètres représentatifs de la morphologie, d’un matériau du substrat ; et/ou à déterminer une ou des valeur(s) d’au moins une primitive et/ou une dérivée de ladite au moins une grandeur, et/ou une évolution dans le temps de ladite au moins une grandeur.
13. Sol (50), notamment chaussée, équipé d’un dispositif d’acquisition (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , ou d’un système de mesure (1000) selon la revendication 12.
14. Sol selon la revendication 13, dans lequel ladite pluralité de capteurs (1 10) comporte au moins un premier groupe de capteurs disposés en surface du sol, ou disposés sous une couche superficielle du sol.
15. Sol selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le tapis (150) du ou d’un dispositif d’acquisition est collé sur une surface du sol et optionnellement fixé au sol par des vis (130).
16. Sol selon l’une quelconque des revendications 13 à 15, agencé de telle sorte qu’une surface supérieure du dispositif d’acquisition est située au-dessus du niveau du sol, et comporte, en amont et/ou en aval du dispositif d’acquisition, une zone de roulement surélevée (140,142,144,146) dont une surface supérieure est au même niveau que la surface supérieure du dispositif d’acquisition (100).
PCT/FR2020/050898 2019-05-28 2020-05-28 Dispositif d'acquisition, systeme de mesure et sol WO2020240139A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR1905652 2019-05-28
FR1905652A FR3096773B1 (fr) 2019-05-28 2019-05-28 Dispositif d’acquisition, système de mesure et sol

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020240139A1 true WO2020240139A1 (fr) 2020-12-03

Family

ID=67999860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2020/050898 WO2020240139A1 (fr) 2019-05-28 2020-05-28 Dispositif d'acquisition, systeme de mesure et sol

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3096773B1 (fr)
WO (1) WO2020240139A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113588073A (zh) * 2021-08-05 2021-11-02 山东省路桥集团有限公司 一种可移动式的噪声监测装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4799381A (en) * 1988-02-21 1989-01-24 Cmi International, Inc. Vehicle road sensor
US5463385A (en) * 1989-05-03 1995-10-31 Mitron Systems Corporation Roadway sensor systems
US20140345955A1 (en) * 2012-01-11 2014-11-27 Kistler Holding Ag Sensor package for wim sensor and wim sensor
WO2015150676A1 (fr) 2014-03-31 2015-10-08 Institut Français Des Sciences Et Technologies Des Transports, De L'aménagement Et Des Réseaux Dispositif d'acquisition, procede de fabrication de celui-ci, procede de mesure de force.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4799381A (en) * 1988-02-21 1989-01-24 Cmi International, Inc. Vehicle road sensor
US5463385A (en) * 1989-05-03 1995-10-31 Mitron Systems Corporation Roadway sensor systems
US20140345955A1 (en) * 2012-01-11 2014-11-27 Kistler Holding Ag Sensor package for wim sensor and wim sensor
WO2015150676A1 (fr) 2014-03-31 2015-10-08 Institut Français Des Sciences Et Technologies Des Transports, De L'aménagement Et Des Réseaux Dispositif d'acquisition, procede de fabrication de celui-ci, procede de mesure de force.
US20170138804A1 (en) * 2014-03-31 2017-05-18 Institut Francais Des Sciences Et Technologies Des Transports, De L'aménagement Et Des Réseaux An acquisition device, a method of fabricating it, and a method of measuring force

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113588073A (zh) * 2021-08-05 2021-11-02 山东省路桥集团有限公司 一种可移动式的噪声监测装置

Also Published As

Publication number Publication date
FR3096773B1 (fr) 2021-06-11
FR3096773A1 (fr) 2020-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3084418B1 (fr) Méthode de détection acoustique de l&#39;état de la route et du pneumatique
EP3681739B1 (fr) Methode d&#39;evaluation de la fermete d&#39;un sol
EP3025119B1 (fr) Systeme de mesure de l&#39;epaisseur d&#39;une couche de gomme d&#39;un pneumatique
EP1417465B1 (fr) Methode de determination de caracteristiques d&#39;un pneumatique a partir des contraintes
EP1969311B1 (fr) Procede de mesure du profil en trois dimensions d&#39;un sol et dispositif pour sa mise en oeuvre
WO2020240139A1 (fr) Dispositif d&#39;acquisition, systeme de mesure et sol
FR2995426A1 (fr) Methode de simulation des charges aerodynamiques instationnaires sur une structure externe d&#39;avion.
EP0675472A1 (fr) Dispositif de détection de données relatives au passage de véhicules sur une chaussée
Cebon et al. A study of road damage due to dynamic wheel loads using a load measuring mat
Adjonou et al. Etude de la dynamique spatiale et structure des forêts denses sèches reliques du Togo: implications pour une gestion durable des aires protégées
FR2625808A1 (fr) Dispositif de detection de passage de vehicules ou pietons sur une chaussee a film piezo-electrique ou resistif
EP4016026A1 (fr) Capteur de force
FR3065075A1 (fr) Dispositif pour la verification des pneumatiques
CA2370459A1 (fr) Mesures d&#39;adherence entre une roue de vehicule et la chaussee
EP3612834A1 (fr) Optimisation de la distribution spatiale de moyens de mesure de la qualite de l&#39;air
FR3016231A1 (fr) Detecteur routier piezoelectrique multizone a densite variable d&#39;elements piezoelectriques
EP1785287B1 (fr) Système de caractérisation de l&#39;action d&#39;un pneumatique d&#39;un véhicule sur le sol et du sol lui-même
WO2022029382A1 (fr) Procede d&#39;estimation de l&#39;etat d&#39;usure d&#39;un pneumatique
EP3256836B1 (fr) Dispositif et procede de captage d&#39;au moins une espèce chimique comprenant un capteur chimique et procédé de fabrication d&#39;un tel capteur chimique
EP0860693A1 (fr) Piste d&#39;essai multi-adhérence
Mayoraz Comportement mécanique des milieux granulaires sous sollicitations cycliques: application aux fondations de chaussées
D’Amato Apport d’une base de données d’éboulements rocheux obtenue par scanner laser dans la caractérisation des conditions de rupture et processus associés
EP1594103B1 (fr) Dispositif de simulation de perte d&#39;adhérence pour véhicule automobile
EP2305359B1 (fr) Aire de jeux recouverte d&#39;un sol en elastomere
FR2790834A1 (fr) Systeme d&#39;imagerie magnetique par reseau matriciel de magnetometres

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20743193

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20743193

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1