WO2023094334A1 - Procédé de mesure d'un niveau de remplissage d'une benne - Google Patents

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WO2023094334A1
WO2023094334A1 PCT/EP2022/082676 EP2022082676W WO2023094334A1 WO 2023094334 A1 WO2023094334 A1 WO 2023094334A1 EP 2022082676 W EP2022082676 W EP 2022082676W WO 2023094334 A1 WO2023094334 A1 WO 2023094334A1
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WO
WIPO (PCT)
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bucket
echo
ultrasound
height
ultrasound signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/082676
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English (en)
Inventor
Vivien ELIE
Didier GABET
Benoit Bourrel
Original Assignee
Birdz
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters

Definitions

  • the invention relates to the field of waste management. More specifically, the invention relates to a method for measuring the filling level of a skip intended to receive waste.
  • a skip generally comprises a support structure, such as support bars arranged against its internal walls. This support structure also returns an echo which disturbs the analysis of the echoes received by the receiver and can be considered, wrongly, as corresponding to a filling height of the bucket.
  • the invention is placed in this context, and aims to meet this need.
  • the subject of the invention is a method for measuring a filling level of a skip equipped with a measurement system comprising an ultrasonic transceiver, the method comprising the following steps: a . Prior transmission of a first ultrasonic signal in the empty skip and reception of an echo, called signature, of the first ultrasonic signal by the transceiver; b. Periodic emission in the bucket of a second ultrasound signal identical to the first ultrasound signal and reception of an echo of the second ultrasound signal by the transceiver; vs. For each received echo of a second ultrasound signal, determination of a height of waste contained in the bucket by means of said echo of the second ultrasound signal and of the signature echo.
  • the first ultrasonic signal emitted by the transmitter may comprise a first train of ultrasonic pulses each having a first given sound frequency and a first given intensity, the first train of pulses having a first given frequency.
  • the second ultrasonic signal emitted by the transmitter may comprise a second train of ultrasonic pulses each having a sound frequency identical to the first sound frequency and an intensity identical to the first intensity, the second train of pulses having a frequency identical to the second given frequency.
  • the duty cycle of the second ultrasound signal can be identical to the duty cycle of the first ultrasound signal.
  • the method may include a step of determining one or more height ranges, called excluded, from the echo signature, said height of waste contained in the dumpster being determined from said echo of the second ultrasonic signal excluding said excluded pitch range or ranges.
  • the step of determining the excluded pitch range or ranges may include a step of detecting at least one rising edge, followed by a falling edge, in the envelope of the signature echo and a step of estimating a lower bound and an upper bound of an excluded pitch range from said detected rising and falling edges.
  • a rising edge may be detected when the value of the signal exceeds a given threshold value
  • a falling edge may be detected when the value of the signal falls below a given threshold value.
  • the step of determining said height of waste contained in the bucket may comprise the detection of the first rising edge, in the envelope of said echo of the second ultrasound signal, located outside the zones corresponding to the said range(s) height excluded.
  • the method may include a step of weighting all or part of said echo of the second ultrasonic signal by a coefficient of weighting determined from the signal-to-noise ratio between said echo of the second ultrasound signal and said signature echo.
  • said coefficient may be a function, or even equal, of the ratio between the maximum value of said echo of the second ultrasonic signal and the maximum value of the signature echo.
  • the step of determining said height of waste contained in the bucket may include the detection of the first rising edge, in the envelope of said echo of the second weighted ultrasound signal.
  • the method may include a step of determining, by subtracting the signature echo from said echo of the second ultrasound signal, from a filtered signal, said height of waste contained in the bucket being determined by means of said filtered signal.
  • the step of determining said height of waste contained in the bucket may include the detection of the first rising edge, in the envelope of said echo of the filtered signal.
  • said step of determining the height of the waste contained in the dumpster may include: a. a step of determining a time of flight of each second ultrasonic signal by means of said first detected rising edge; b. a step of estimating the height of the waste from said determined flight time.
  • said time of flight can be determined by calculating the time separating the emission of a rising edge of said second ultrasound signal and the reception of said first rising edge detected from the echo of this second ultrasound signal. . It is thus possible to determine the distance traveled by an ultrasonic signal between the ultrasonic transmitter and an obstacle, such as waste, a wall of the dumpster or a structural element of the dumpster, then between the obstacle, on which this signal is reflected, and the ultrasonic receiver.
  • said waste height can be estimated directly by determining the abscissa of said rising edge.
  • the measurement system comprises an ambient temperature sensor in the bucket. If necessary, the ambient temperature in the bucket can be measured by this sensor and the acquisition frequency of the ultrasonic receiver is modified as a function of this measured temperature.
  • acquisition frequency is meant the sampling frequency of the ultrasound receiver.
  • said acquisition frequency can be modified as a function of said measured temperature and of a predetermined measurement step.
  • the propagation speed of sound in a medium is a function of the ambient temperature in this medium.
  • the ultrasonic receivers generally used are digital receivers, fitted with an analog-to-digital converter sampling the signals received, for the purpose of digital processing of these signals.
  • the sampling rate of this converter is thus directly linked to the measurement step of the system.
  • this measurement step is also dependent on the distance traveled by an ultrasound signal between two instants of acquisition, and therefore on the speed of this signal.
  • the measurement step for these two measurements is therefore distinct, which goes against the need for reliability of the desired measurement.
  • the ambient temperature can be measured at least during the emission of the first ultrasound signal, and possibly during each emission of the second ultrasound signal, and the acquisition frequency of the ultrasound receiver is modified according to this temperature measured before the step of receiving the echo of said first ultrasound signal, and if applicable, each emission of the second ultrasound signal as a function of said measured temperature. It is thus guaranteed that the measurement step for the acquisition of the signature echo is identical to the measurement step of the echo of each second ultrasound signal.
  • the measurement system includes a bucket movement sensor.
  • the method may include a step of detecting the end of the bucket emptying operation implemented by means of the measurements carried out by the motion sensor, the step of prior emission of a first signal ultrasound being renewed at the end of each detection of the end of an emptying operation. Thanks to this characteristic, we thus have an autonomous measurement system, capable of automatically renewing the acquisition of a signature echo.
  • the step of detecting an end of dumpster emptying operation may include a step of detecting an emptying operation of the dumpster followed by detection of a return to a state bucket rest.
  • the motion sensor may be an inertial type sensor, in particular an accelerometer, a gyrometer or a combination of these sensors, secured to the bucket.
  • the motion sensor may be a sensor arranged outside the bucket and whose position is fixed relative to the bucket, the sensor being for example of the distance sensor type.
  • said motion sensor is an accelerometer capable of measuring accelerations of the bucket along at least one axis, and in particular along three axes, including two horizontal axes and a vertical axis. If necessary, the measuring system can be attached to the bucket.
  • the step of detecting an end of emptying operation includes a step of determining a mobile standard deviation of at least one axial measurement, in particular of each of the axial measurements, of the acceleration of the bucket carried out by the accelerometer, an emptying operation being detected if a value of this moving standard deviation is greater than a given threshold value.
  • the moving standard deviation can be determined from moving averages of the axial measurements of the acceleration of the bucket carried out by the accelerometer. If desired, a maximum value may be set to determine the standard deviation used to determine this sliding standard deviation. It is thus possible to prevent high values of the measurements taken by the accelerometer from interfering with the analysis.
  • the mobile standard deviation for measurements taken at a time T by the accelerometer can be determined by means of the following equations:
  • M EA (T) T 1 .
  • M E (T — 1) Ho ⁇ (T) where ME,A(T) is the value of the moving average of an axial measurement, along an axis A, of the acceleration of the grab carried out by the accelerometer for a time T, ⁇ A(T) is the value of this axial measurement, along the axis A, at time T and n is the smoothing constant used for the calculation of this moving average, and
  • T E (T) where o E (T) is the value of the moving standard deviation of the various axial measurements of the acceleration of the bucket carried out by the accelerometer for a time T, ME,A(T) is the value of the moving average d 'an axial measurement, along an axis A, of the acceleration of the grab carried out by the accelerometer for a time T, ⁇ A(T) is the value of this axial measurement, along the axis A, at time T , o m ax is the maximum value fixed for the calculation of the standard deviation, and T 2 is the smoothing constant used for the calculation of this moving standard deviation.
  • TI a value greater than or equal to 70%, in particular greater than or equal to 80%, so as to eliminate the low-frequency acceleration measurements.
  • c 2 a value greater than or equal to 95%, in particular greater than equal to 99%, so that the sliding window for calculating the moving standard deviation is at least 40 seconds, or even at least 45 seconds, this period corresponding to the time required to empty a skip.
  • an end of emptying operation and in particular a return to a rest state of the bucket, may be detected when said mobile standard deviation falls below said given threshold value and at least one axial measurement, in particular each of the axial measurements, of the acceleration of the bucket carried out by the accelerometer remains below a given threshold value for a duration greater than a given threshold duration.
  • a timer can be reset when one of the axial measurements of the acceleration of the bucket carried out by the accelerometer exceeds a given threshold value, a return to a rest state being detected when the timer exceeds a given duration, for example a duration greater than or equal to 3 minutes, or even greater than or equal to 5 minutes.
  • a return to a state of rest of the bucket can be detected when another mobile standard deviation of at least one axial measurement, in particular of each of the axial measurements, of the acceleration of the bucket carried out by the a ccé rom be, determined for a sliding period of time shorter than that of the sliding standard deviation used for the detection of a dump operation, is lower than a given threshold value.
  • the prior transmission step comprises the prior transmission of at least two, in particular three, first ultrasound signals in the empty bucket according to two, in particular three, distinct transmission powers and the reception of at least two, in particular three , echoes, said signature, of these first signals;
  • the periodic transmission step comprises the periodic transmission in the bucket of at least two, in particular three, second ultrasonic signals identical to the first ultrasonic signals and the reception of at least two echoes, in particular three, of these second signals; vs. said height of waste contained in the dumpster is determined by means of the echo of the second ultrasonic signal associated with each transmission power and the signature echo associated with this transmission power.
  • the height of the waste contained in the skip is determined sequentially by means of the echoes of each of the second ultrasound signals associated with each transmission power, said echoes being ordered in this sequence according to the transmission powers which are associated with them. For example, the height of the waste is determined from the echo associated with the lowest transmission power, and in the event of failure of this determination, the height of the waste is determined from the echo associated with the next lowest transmission power, until a waste height is detected.
  • the ultrasound signals are transmitted successively according to their transmission power.
  • the measurement system comprises a transmitter-receiver of a light beam.
  • the method may include a step of periodically emitting a light beam and receiving an echo of this light beam by this transceiver and a step of determining a height of waste contained in the dumpster at the means of said echo of this light beam.
  • the emitter-receiver of said light beam can be an emitter-receiver of a laser beam.
  • each periodic emission of a light beam can be simultaneous with one of the periodic emissions of a second ultrasound signal.
  • This transceiver of a light beam being virtually devoid of a blind zone, it makes it possible on the one hand to obtain a reliable measurement of the filling level of the skip when this level is in the blind zone of the transceiver.
  • ultrasound In addition, it is possible to obtain a highly directional light beam, especially in the case of a laser transmitter, so that the transceiver can direct the light beam towards the bottom of the bucket and thus avoid the elements structure of this dumpster.
  • the use of a second transceiver makes it possible to confirm or invalidate the measurements carried out by the ultrasound transceiver.
  • the invention also relates to a system for measuring the filling level of a skip, comprising an ultrasound transceiver, a control unit of said transceiver and a calculation unit, the system of measurement being arranged to implement the measurement method according to the invention.
  • the measurement system may comprise an ambient temperature sensor in said dumpster and/or a dumpster movement sensor and/or a transmitter-receiver of a light beam, in particular capable of emitting a light beam in the dumpster.
  • FIG. 1 represents, schematically and partially, a sectional view of an empty skip, equipped with a system for measuring a filling level of this skip according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents, schematically and partially, a sectional view of the bucket of [Fig. 1] partially filled with waste;
  • FIG. 3 represents, schematically and partially, a method for measuring a filling level of a skip according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 4 represents, schematically and partially, echoes of ultrasonic signals received during the implementation of the method of [Fig. 3],
  • a bucket 1 intended to collect waste.
  • said dumpster may be intended to receive glass, cardboard, plastic bottles, bags of household refuse, green waste or even clothing.
  • the bucket 1 comprises a body 11 defining a bottom IIa and provided with an opening 12 intended to receive waste.
  • the body 11 is provided, on its internal wall, with structural elements 13, such as support bars.
  • the bucket In order to be able to measure, in real time, the filling level of the bucket 1, the bucket is equipped with a system 2 for measuring this filling level according to an embodiment of the invention.
  • the system 2 comprises an ultrasound transceiver 3, the transmitter being referenced 3a and the receiver being referenced 3b.
  • the transceiver 3 is arranged so as to be able to emit ultrasound signals within the body 11 and to be able to receive ultrasound signals propagating in the body 11.
  • the receiver 3b is a receiver fitted with a analog-digital converter for converting ultrasonic signals received by the sensor into digital data.
  • the system 2 comprises a temperature sensor 4, able to measure an ambient temperature within the bucket 1.
  • the system 2 comprises a movement sensor of the bucket, in the example described an accelerometer 5, capable of measuring accelerations of the bucket along three axes, including two horizontal axes and a vertical axis.
  • the system 2 comprises a transceiver 6 capable of transmitting and receiving a laser beam, this transceiver 6 being arranged so as to be able to transmit a laser beam within the body 11 and to be able to receive a laser beam propagating in the body 11.
  • the system 2 comprises a control unit 7a and calculation unit 7b.
  • the [Fig. 2] represents the dumpster 1 filled with waste D up to a level which it is desired to estimate.
  • the control unit 7a controls the transmitter 3a so that it emits an ultrasonic signal into the bucket 1, in the form of a train of ultrasonic pulses. Each ultrasonic pulse is then partially reflected by the waste D towards the receiver 3b, these reflections thus forming an echo of the ultrasonic signal emitted.
  • the analysis of the envelope of this echo by the calculation unit 7b makes it possible to detect a rising edge corresponding to the rising edge of the ultrasonic signal.
  • Calculation unit 7b can then determine a flight time of the ultrasonic signal between transmitter 3a and receiver 3b. The speed of sound being known, the calculation unit 7b can thus determine the distance separating the upper surface of the waste D from the transceiver 3 and therefore estimate the filling level of the bucket 1.
  • the transceiver 3 after emission of ultrasound, undergoes damped free oscillations, for a short period of time during which the intensity of these oscillations exceeds that of the echoes likely to be returned by an object in a zone ZA close to the transceiver 3.
  • the receiver 3b is blind in this zone ZA, which is defined by this short period of time.
  • the structural elements of the bucket 1, and in particular the support bar 13 also partially reflect the impulses ultrasound to receiver 3b.
  • the envelope of the echo of the ultrasonic signal therefore comprises a peak corresponding to this support bar.
  • this peak is then likely to be interpreted as a rising edge corresponding to the rising edge of the ultra-sound signal, and can therefore give rise to a false estimate of the filling level of skip 1.
  • the estimation of the distance separating the transceiver 3 from the upper surface of the waste is made from the time of flight of the ultrasonic signal and the speed of sound.
  • the speed of sound in a medium depends on the temperature of this medium, which is not taken into account in this estimate. Therefore, the actual fill level may be different from the fill level estimated using this method.
  • control unit 7a and calculation unit 7b implements a method for measuring a filling level of the bucket 1 according to an embodiment of the invention, which has been illustrated in [Fig.3],
  • control unit 7a controls the transmitter 3a for the emission of a first ultrasound signal in the empty bucket.
  • This step E1 is thus triggered by the control unit 7a, following a step E5′ of detecting the end of the bucket emptying operation implemented by means of the measurements carried out by the accelerometer 5.
  • the accelerometer 5 is capable of adopting a configuration for detecting movement of the bucket 1 and a configuration for continuous measurement of the accelerations of the bucket 1.
  • the Accelerometer 5 adopts motion detection configuration.
  • the accelerometer 5 detects, in a step E5, an acceleration of the bucket 1 greater than a given threshold, and therefore that the bucket 1 is moving, the accelerometer 5 then adopts, in a step E6, the continuous measurement configuration and transmits all the measurements that it acquires to the calculation unit 7b.
  • step E6 following detection of the acceleration of bucket 1 by accelerometer 5, calculation unit 7b initializes three moving average variables ME, X(0), ME, Y(0) and ME,Z(0) for each of the axial measurements ax, ay and az, along each of the horizontal axes X, Y and vertical Z, taken by the accelerometer.
  • Calculation unit 7b also initializes a moving standard deviation variable OE(0) to a value 0.
  • calculation unit 7b initializes a timer Tm.
  • the calculation unit 7b updates the value of the moving average variables, by means of the following equation:
  • M EX /Y/Z(T) T i- M EX /Y/Z(T ⁇ 1)+ oc x/y/z (T), u being equal, in this example, to 80%.
  • the calculation unit 7b then updates the mobile standard deviation variable, by means of the following equation: [0074] [Math.
  • step E7′ if one of the new measurements ax, ay and az carried out by the access key rom being 5 is greater than a given threshold value QTS, the timer is reinitialized by the calculation unit 7b.
  • step E8 the value of the mobile standard deviation variable OE(T) is compared with a given threshold value OTS. If this variable is greater than the given threshold value OTS, a dumping operation is therefore detected, step E7 then being repeated for the next measurement.
  • step E9 if the timer exceeds a given duration TTS, for example 5 minutes, a return to a rest state of the bucket 1, and therefore an end of emptying operation, is detected in step E5′. Otherwise, step E7 is repeated for the next measurement.
  • TTS a given duration
  • step E9 when said timer exceeds the given duration TTS, the accelerometer 5 again adopts the motion detection configuration, so as to reduce the overall electrical consumption of the measurement system 2.
  • the control unit 7a controls the transmitter 3a for the transmission of a first ultrasonic signal in the empty bucket. More specifically, in step El, the control unit 7a controls the transmitter 3a for the successive emission of three first ultrasound signals into the empty bucket according to three distinct emission powers, the first ultrasound signals being for example emitted in ascending order of their transmission powers.
  • each first ultrasound signal is formed by a train of ultrasound pulses, the duty cycle and/or intensity of which are determined as a function of the desired transmission power.
  • step E10 the temperature sensor 4 measures an ambient temperature T° in the bucket 1, and the control unit 7a modifies the acquisition frequency f of the receiver 3b, or more precisely the sampling frequency of the analog-digital converter of this receiver 3b, as a function of this ambient temperature T° and of a predetermined measurement step.
  • one of calculation 7b estimates a sound propagation speed as a function of said temperature T°, according to the following equation:
  • V sound a. T° + b, where V SO n is the speed of sound and a and b are predetermined constants. For example, a could be equal to 0.6 and b could be equal to 331.
  • the calculation unit determines the sampling frequency using the following equation:
  • f ech where f ech is the sampling frequency, V SO n is the speed of sound and p is a predetermined measurement step. For example, p could be equal to 0.01, to correspond to a measurement pitch of 10 mm.
  • a step El′ the receiver 3b successively receives three echoes, called signature, ESi of the first signals emitted during step El.
  • the first three signals are successively emitted then the three echoes are successively received.
  • the invention is not limited to this transmission-reception sequence and also applies to a sequence in which a first signal is transmitted, and the next first signal is not transmitted until the echo of the first signal was received.
  • each signature echo thus comprises an initial plateau, corresponding to the blind zone ZA of the transceiver 3 for the transmission power of the first ultrasound signal corresponding to this signature echo, a first peak corresponding to the support bar 13, and a second peak corresponding to the bottom IIa of the bucket 1.
  • the calculation unit 7b detects the initial plateau PI, the rising edge and the falling edge of the first peak P2 and the rising edge and the falling edge of the second peak P3 , by comparing the echo values to one or more given threshold values. Calculation unit 7b then determines limits of excluded height ranges ZPI, ZP2 and ZP3 by determining the abscissa of the values of the echo corresponding to these threshold values, by analysis of the time of flight of this echo.
  • each second ultrasonic signal is formed of a train of ultrasonic pulses whose number of pulses, the sound frequency of each pulse, the duty cycle of the train and/or the intensity of each pulse are identical. to those of one of the first ultrasound signals emitted in step El.
  • the emission power of this second signal is therefore identical to the emission power of the first signal to which it corresponds.
  • step E10 Equivalently to step E10, in a step Eli following step E3, the temperature sensor 4 measures an ambient temperature T° in the bucket 1, and the control unit 7a modifies the frequency of acquisition f of the receiver 3b as a function of this ambient temperature T° and of the same measurement step used in step E10.
  • step E3′ the receiver 3b successively receives three echoes ECi of the second signals emitted during step E3.
  • step El due to the adaptation of the acquisition frequency of the receiver 3b to the temperature T° of the bucket 1, the echoes ECi obtained at the end of this step E2' are invariant with this temperature T°.
  • steps E3, Eli and E3' are renewed periodically, for example every 60 minutes, so that you can obtain ECi echoes on a recurring basis.
  • the control unit 7a controls the laser transceiver 6 for the emission of a laser beam in the bucket 1.
  • This laser beam is a beam whose opening angle is substantially thin with regard to the dimensions of the skip 1.
  • the laser beam is therefore highly directional and directly reaches the waste D, without being reflected beforehand by the structural elements of the skip 1 It is then reflected by the waste D towards the laser transmitter-receiver 6, which therefore receives an echo L of this laser beam in a step E12′.
  • the calculation unit 7b can then determine, in a step E12′′, a height of waste D contained in the bucket 1 by means of said echo L, for example by analysis of the time of flight of the laser beam. This height can in particular be used to confirm or invalidate a measurement of the level of waste carried out from the echoes ECi, in steps which will now be described.
  • the calculation unit 7b thus eliminates the peaks corresponding to heights contained in the excluded height ranges ZPI, ZP2 and ZP3, by seeking the first rising edge not contained in these excluded zones. .
  • the calculation unit 7b tries to detect the first rising edge in the envelope of the echo ECi of the second signal having the lowest transmission power, and therefore the height, determined from the time of flight of this second signal, is outside the excluded pitch ranges ZPI, ZP2 and ZP3.
  • the calculation unit tries to detect the first rising edge in the envelope of the echo EC2 of the second signal presenting the second lowest transmission power and so on until effectively detect a rising edge.
  • the calculation unit 7b determines the height h of the upper surface of the waste D by determining the abscissa of this rising edge of the peak P4 which has been detected. This height h thus corresponds to the filling level of bucket 1.
  • the invention cannot be limited to the embodiments specifically described in this document, and extends in particular to all equivalent means and to any technically effective combination of these means. It may in particular be envisaged to emit a single first ultrasonic signal and a single second ultrasonic signal, or even a different number of first and second ultrasonic signals than that which has been described. It is also possible to envisage other modes of detecting an end of emptying operation of the bucket, and in particular embodiments employing other types of sensors than an accelerometer or employing other algorithms than the one which has been describe.

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Abstract

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

Description

Description
Titre de l'invention : PROCÉDÉ DE MESURE D'UN NIVEAU DE REMPLISSAGE D'UNE BENNE
[0001] L'invention concerne le domaine de la gestion des déchets. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de mesure d'un niveau de remplissage d'une benne destinée à recevoir des déchets.
[0002] Il existe un besoin pour connaître, de façon précise, la quantité de déchets contenus dans une benne ou un conteneur. Une illustration de ce besoin est la collecte centralisée des déchets, dans laquelle des camions à ordures se rendent dans des points de collecte centraux de façon régulière afin de vider les bennes de ces points de collecte. La connaissance de la quantité de déchets contenus dans ces bennes permet ainsi d'optimiser la tournée des camions à ordures, notamment afin que ces derniers puissent se rendre dans les points de collecte lorsque les bennes risquent de déborder avant la tournée suivante. Cette optimisation permet ainsi de diminuer le cout opérationnel, écologique, matériel et humain de ces tournées, en évitant des tournées inutiles.
[0003] Afin de répondre à ce besoin, il existe des systèmes à capteurs à ultrasons permettant de détecter la hauteur des déchets contenus dans une benne, par mesure du temps de vol aller-retour des ultrasons entre le capteur et les déchets. Lorsqu'une hauteur suffisante est détectée, le système peut émettre une requête de vidage de la benne, afin de déclencher une tournée.
[0004] Toutefois, le type de système à capteur à ultrasons ne permet pas en l'état d'obtenir une mesure fiable, du fait de différents inconvénients structurels de la benne et du capteur.
[0005] En effet, on constate d'une part l'existence d'une zone aveugle du capteur. L'émetteur-ré- cepteur, après émission des ultrasons, subit des oscillations libres amorties, pendant une courte période de temps durant laquelle l'intensité de ces oscillations surpasse celle des échos susceptibles d'être renvoyés par un objet en champ proche, rendant ainsi le récepteur aveugle dans la zone correspondant à cette période de temps.
[0006] D'autre part, une benne comporte généralement une structure de support, comme des barres de maintien agencées contre ses parois internes. Cette structure de support renvoie également un écho qui vient perturber l'analyse des échos reçus par le récepteur et peut être considéré, à tort, comme correspondant à une hauteur de remplissage de la benne.
[0007] Il existe ainsi un besoin permettant de fiabiliser la mesure de la hauteur des déchets contenus dans une benne par un système comportant un émetteur-récepteur à ultrasons.
[0008] L'invention se place dans ce contexte, et vise à répondre à ce besoin.
[0009] A ces fins, l'invention a pour objet un procédé de mesure d'un niveau de remplissage d'une benne équipée d'un système de mesure comportant un émetteur-récepteur à ultrason, le procédé comportant les étapes suivantes : a. Emission préalable d'un premier signal ultrason dans la benne vide et réception d'un écho, dit signature, du premier signal ultrason par l'émetteur-récepteur ; b. Emission périodique dans la benne d'un deuxième signal ultrason identique au premier signal ultrason et réception d'un écho du deuxième signal ultrason par l'émetteur-récepteur ; c. Pour chaque écho reçu d'un deuxième signal ultrason, détermination d'une hauteur de déchets contenus dans la benne au moyen dudit écho du deuxième signal ultrason et de l'écho signature.
[0010] On comprend ainsi que, grâce à l'invention, il est possible de calibrer au préalable les échos générés par la structure de la benne, lorsque cette benne est vide, ainsi que les perturbations de la zone aveugle. Ces échos signatures permettent ensuite de filtrer les échos reçus par la suite, lors de la mesure du niveau de remplissage de la benne, de sorte à pouvoir employer une méthode de détermination de la hauteur de déchets dans la benne qui soit robuste vis-à-vis des perturbations engendrés par la structure de la benne et par le capteur. Le niveau de remplissage de la benne peut ainsi être estimé de façon fiable.
[0011] Par exemple, le premier signal ultrason émis par l'émetteur peut comprendre un premier train d'impulsions ultrasonores présentant chacune une première fréquence sonore donnée et une première intensité donnée, le premier train d'impulsions présentant une première fréquence donnée. Le cas échéant, le deuxième signal ultrason émis par l'émetteur peut comprendre un deuxième train d'impulsions ultrasonores présentant chacune une fréquence sonore identique à la première fréquence sonore et une intensité identique à la première intensité, le deuxième train d'impulsions présentant une fréquence identique à la deuxième fréquence donnée. De façon alternative ou cumulative, le rapport cyclique du deuxième signal ultrason peut être identique au rapport cyclique du premier signal ultrason.
[0012] Dans un exemple de réalisation de l'invention, le procédé pourra comporter une étape de détermination d'une ou plusieurs plages de hauteur, dites exclues, à partir de l'écho signature, ladite hauteur de déchets contenus dans la benne étant déterminée à partir dudit écho du deuxième signal ultrason en excluant la ou lesdites plages de hauteur exclues.
[0013] De préférence, l'étape de détermination de la ou des plages de hauteur exclues pourra comporter une étape de détection d'au moins un front montant, suivi d'un front descendant, dans l'enveloppe de l'écho signature et une étape d'estimation d'une borne inférieure et d'une borne supérieure d'une plage de hauteur exclue à partir desdits fronts montant et descendant détecté. Par exemple, un front montant pourra être détecté lorsque la valeur du signal dépasse une valeur seuil donnée, et un front descendant pourra être détecté lorsque la valeur du signal passe en dessous d'une valeur seuil donnée.
[0014] Avantageusement, l'étape de détermination de ladite hauteur de déchets contenus dans la benne pourra comprendre la détection du premier front montant, dans l'enveloppe dudit écho du deuxième signal ultrason, situé en dehors des zones correspondantes à la ou audites plages de hauteur exclues.
[0015] Dans un autre mode de réalisation, le procédé pourra comporter une étape de pondération de tout ou partie dudit écho du deuxième signal à ultrason par un coefficient de pondération déterminé à partir du rapport signal à bruit entre ledit écho du deuxième signal à ultrason et ledit écho signature. Par exemple, ledit coefficient pourra être fonction, voire égal, du rapport entre la valeur maximale dudit écho du deuxième signal à ultrason et la valeur maximale de l'écho signature.
[0016] Avantageusement, l'étape de détermination de ladite hauteur de déchets contenus dans la benne pourra comprendre la détection du premier front montant, dans l'enveloppe dudit écho du deuxième signal ultrason pondéré.
[0017] Dans un autre exemple de réalisation de l'invention, le procédé pourra comporter une étape de détermination, par soustraction de l'écho signature audit écho du deuxième signal ultrason, d'un signal filtré, ladite hauteur de déchets contenus dans la benne étant déterminée au moyen dudit signal filtré.
[0018] Avantageusement, l'étape de détermination de ladite hauteur de déchets contenus dans la benne pourra comprendre la détection du premier front montant, dans l'enveloppe dudit écho du signal filtré.
[0019] Quel que soit le mode de réalisation, ladite étape de détermination de la hauteur des déchets contenus dans la benne pourra comporter : a. une étape de détermination d'un temps de vol de chaque deuxième signal ultrason au moyen dudit premier front montant détecté; b. une étape d'estimation de la hauteur des déchets à partir dudit temps de vol déterminé. [0020] Par exemple, ledit temps de vol peut déterminé par un calcul de la durée séparant l'émission d'un front montant dudit deuxième signal ultrason et la réception dudit premier front montant détecté à partir de l'écho de ce deuxième signal ultrason. Il est ainsi possible de déterminer la distance parcourue par un signal ultrason entre l'émetteur ultrason et un obstacle, comme un déchet, une paroi de la benne ou un élément de structure de la benne, puis entre l'obstacle, sur lequel ce signal est réfléchi, et le récepteur ultrason. En variante, ladite hauteur des déchets peut être estimée directement en déterminant l'abscisse dudit front montant.
[0021] Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de mesure comporte un capteur de température ambiante dans la benne. Le cas échéant, la température ambiante dans la benne peut être mesurée par ce capteur et la fréquence d'acquisition du récepteur à ultrason est modifiée en fonction de cette température mesurée. On entend par fréquence d'acquisition la fréquence d'échantillonnage du récepteur ultrason. De préférence, ladite fréquence d'acquisition peut être modifiée en fonction de ladite température mesurée et d'un pas de mesure de prédéterminé.
[0022] En effet, la vitesse de propagation du son dans un milieu est fonction de la température ambiante dans ce milieu. Et les récepteurs ultrasons généralement employés sont des récepteurs numériques, muni d'un convertisseur analogique numérique échantillonnant les signaux reçus, à des fins de traitement numérique de ces signaux. La vitesse d'échantillonnage de ce convertisseur est ainsi directement liée au pas de mesure du système. Par ailleurs, ce pas de mesure est également dépendant de la distance parcourue par un signal ultrason entre deux instants d'acquisition, et donc de la vitesse de ce signal. Or, si la vitesse du son varie entre deux mesures successives, par exemple du fait d'une variation de la température ambiante, le pas de mesure pour ces deux mesures est donc distinct, ce qui va à l'encontre du besoin de fiabilité de la mesure souhaité. Ces caractéristiques permettent ainsi de converser un pas de mesure du système de mesure constant et indépendant des variations de température ambiante.
[0023] Par exemple, la température ambiante peut être mesurée au moins lors de l'émission du premier signal ultrason, et éventuellement lors de chaque émission du deuxième signal ultrason, et la fréquence d'acquisition du récepteur à ultrason est modifiée en fonction de cette température mesurée avant l'étape de réception de l'écho dudit premier signal ultrason, et le cas échéant, de chaque émission du deuxième signal ultrason en fonction de ladite température mesurée. On garantit ainsi que le pas de mesure pour l'acquisition de l'écho signature est identique au pas de mesure de l'écho de chaque deuxième signal ultrason.
[0024] Dans un mode de réalisation, le système de mesure comporte un capteur de mouvement de la benne. Le cas échéant, le procédé peut comporter une étape de détection d'une fin d'opération de vidage de la benne mis en œuvre au moyen des mesures réalisées par le capteur de mouvement, l'étape d'émission préalable d'un premier signal ultrason étant renouvelée à l'issue de chaque détection de la fin d'une opération de vidage. Grâce à cette caractéristique, on dispose ainsi d'un système de mesure autonome, capable de renouveler de façon automatique l'acquisition d'un écho signature.
[0025] Par exemple, l'étape de détection d'une fin d'opération de vidage de la benne pourra comporter une étape de détection d'une opération de vidage de la benne suivie d'une détection d'un retour à un état de repos de la benne.
[0026] Dans un exemple de réalisation, le capteur de mouvement pourra être un capteur de type inertiel, notamment un accéléromètre, un gyromètre ou une combinaison de ces capteurs, solidaire de la benne. En variante, le capteur de mouvement pourra être un capteur agencé à l'extérieur de la benne et dont la position est fixe par rapport à la benne, le capteur étant par exemple de type capteur de distance.
[0027] Avantageusement, ledit capteur de mouvement est un accéléromètre apte à mesurer des accélérations de la benne selon au moins un axe, et notamment selon trois axes, dont deux axes horizontaux et un axe vertical. Le cas échéant, le système de mesure peut être solidaire de la benne.
[0028] De préférence, l'étape de détection d'une fin d'opération de vidage comporte une étape de détermination d'un écart type mobile d'au moins une mesure axiale, notamment de chacune des mesures axiales, de l'accélération de la benne réalisée par l'accéléromètre, une opération de vidage étant détectée si une valeur de cet écart type mobile est supérieure à une valeur seuil donnée. En d'autres termes, on détermine en permanence un écart type mobile de la ou des composantes axiales des N dernières mesures réalisées par l'accéléro- mètre, pour en surveiller l'évolution. Il est ainsi possible d'observer le comportement vibratoire de la benne sur une période de temps glissante, lequel traduit un repos ou une opération de vidage de la benne.
[0029] Avantageusement, l'écart type mobile pourra être déterminée à partir de moyennes mobiles des mesures axiales de l'accélération de la benne réalisée par l'accéléromètre. Si on le souhaite, une valeur maximale pourra être fixée pour déterminer l'écart type employé pour déterminer cet écart type mobile. On peut ainsi éviter que des valeurs importantes des mesures réalisées par l'accéléromètre ne viennent perturber l'analyse.
[0030] Avantageusement, l'écart type mobile pour des mesures réalisés à un instant T par l'accéléromètre pourra être déterminé au moyen des équations suivantes :
[0031] [Math. 1]
[0032] ME A(T) = T1. ME(T — 1) H-o ^ (T), où ME,A(T) est la valeur de la moyenne mobile d'une mesure axiale, selon un axe A, de l'accélération de la benne réalisée par l'accéléromètre pour un instant T, ŒA(T) est la valeur de cette mesure axiale, selon l'axe A, à l'instant T et n est la constante de lissage employée pour le calcul de cette moyenne mobile, et
[0033] [Math.
[0034] TE(T)
Figure imgf000007_0001
où oE(T) est la valeur de l'écart type mobile des différentes mesures axiales de l'accélération de la benne réalisées par l'accéléromètre pour un instant T, ME,A(T) est la valeur de la moyenne mobile d'une mesure axiale, selon un axe A, de l'accélération de la benne réalisée par l'accéléromètre pour un instant T, ŒA(T) est la valeur de cette mesure axiale, selon l'axe A, à l'instant T, omax est la valeur maximale fixée pour le calcul de l'écart type, et T2 est la constante de lissage employée pour le calcul de cet écart type mobile.
[0035] De façon avantageuse, on pourra prévoir pour TI une valeur supérieure ou égale à 70%, notamment supérieure ou égale à 80%, de sorte à supprimer les mesures d'accélération de basse fréquence. De même, on pourra prévoir pourc2 une valeur supérieure ou égale à 95%, notamment supérieure à égale à 99%, de sorte que la fenêtre glissante de calcul de l'écart type mobile soit d'au moins 40 secondes, voire d'au moins 45 secondes, cette période correspondant au temps nécessaire pour procéder à un vidage d'une benne.
[0036] Le cas échéant, une fin d'opération de vidage, et notamment un retour à un état de repos de la benne, pourra être détectée lorsque ledit écart type mobile repasse en dessous de ladite valeur seuil donnée et qu'au moins une mesure axiale, notamment chacune des mesures axiales, de l'accélération de la benne réalisée par l'accéléromètre reste en dessous d'une valeur seuil donnée pendant une durée supérieure à une durée seuil donnée.
[0037] Par exemple, un minuteur pourra être réinitialisé lorsque l'une des mesures axiales de l'accélération de la benne réalisée par l'accéléromètre dépasse une valeur seuil donnée, un retour à un état de repos étant détecté lorsque le minuteur dépasse une durée donnée, par exemple une durée supérieure ou égale à 3 minutes, voire supérieure ou égale à 5 minutes. [0038] En variante, un retour à un état de repos de la benne pourra être détecté lorsqu'un autre écart type mobile d'au moins une mesure axiale, notamment de chacune des mesures axiales, de l'accélération de la benne réalisée par l'a ccé lé rom être, déterminé pour une période de temps glissante plus courte que celle de l'écart type mobile employé pour la détection d'une opération de vidage, est inférieure une valeur seuil donnée.
[0039] Dans un mode de réalisation de l'invention : a. l'étape d'émission préalable comporte l'émission préalable d'au moins deux, notamment trois, premiers signaux ultrason dans la benne vide selon deux, notamment trois, puissances d'émission distinctes et la réception d'au moins deux, notamment trois, échos, dit signature, de ces premiers signaux ; b. l'étape d'émission périodique comporte l'émission périodique dans la benne d'au moins deux, notamment trois, deuxièmes signaux ultrason identiques aux premiers signaux ultrasons et la réception d'au moins deux échos, notamment trois, de ces deuxièmes signaux ; c. on détermine ladite hauteur de déchets contenus dans la benne au moyen de l'écho du deuxième signal ultrason associé à chaque puissance d'émission et de l'écho signature associé à cette puissance d'émission.
[0040] Le cas échéant, on détermine la hauteur de déchets contenus dans la benne séquentiellement au moyen des échos de chacun des deuxièmes signaux ultrason associé à chaque puissance d'émission, lesdits échos étant ordonnés dans cette séquence selon les puissances d'émission qui leur sont associées. Par exemple, on détermine la hauteur des déchets à partir de l'écho associé à la plus petite puissance d'émission, et en cas d'échec de cette détermination, on détermine la hauteur des déchets à partir de l'écho associé à la plus petite puissance d'émission suivante, jusqu'à la détection d'une hauteur de déchets. De préférence, les signaux ultrasons sont émis successivement selon leur puissance d'émission.
[0041] Grâce à ces caractéristiques, il est possible de procéder à des mesures de niveau fiables selon différentes profondeurs. Les signaux de plus forte puissance permettent de détecter des niveaux de déchets profonds et très éloignés de l'émetteur-récepteur, mais présentent en revanche une zone aveugle plus longue, et ne peuvent ainsi détecter des niveaux de déchets proches de l'émetteur-récepteur. A l'inverse, les signaux basse puissance sont incapables de détecter des niveaux de déchets profonds mais, du fait de leur zone aveugle plus courte, peuvent adresser des niveaux de déchets proches de l'émetteur-récepteur.
[0042] Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de mesure comporte un émetteur- récepteur d'un faisceau lumineux. Le cas échéant, le procédé peut comporter une étape d'émission périodique d'un faisceau lumineux et réception d'un écho de ce faisceau lumineux par cet émetteur-récepteur et une étape de détermination d'une hauteur de déchets contenus dans la benne au moyen dudit écho de ce faisceau lumineux. Par exemple, l'émetteur-récepteur dudit faisceau lumineux peut être un émetteur-récepteur d'un faisceau laser. Avantageusement, chaque émission périodique d'un faisceau lumineux peut être simultanée à l'une des émissions périodiques d'un deuxième signal ultrason. Cet émetteur-récepteur d'un faisceau lumineux étant quasiment dépourvu de zone aveugle, il permet d'une part d'obtenir une mesure fiable du niveau de remplissage de la benne lorsque ce niveau se trouve dans la zone aveugle de l'émetteur-récepteur ultrason. En outre, il est possible d'obtenir un faisceau lumineux fortement directif, en particulier dans le cas d'un émetteur laser, de sorte que l'émetteur-récepteur peut orienter le faisceau lumineux vers le fond de la benne et éviter ainsi les éléments de structure de cette benne. Enfin, l'utilisation d'un deuxième émetteur-récepteur permet de confirmer ou d'infirmer les mesures réalisées par l'émetteur-récepteur ultrasons.
[0043] L'invention a également pour objet un système de mesure d'un niveau de remplissage d'une benne, comportant un émetteur-récepteur à ultrason, une unité de contrôle dudit émetteur-récepteur et une unité de calcul, le système de mesure étant agencé pour mettre en œuvre le procédé de mesure selon l'invention.
[0044] Avantageusement, le système de mesure peut comporter un capteur de température ambiante dans ladite benne et/ou un capteur de mouvement de la benne et/ou un émetteur- récepteur d'un faisceau lumineux, notamment apte à émettre un faisceau lumineux dans la benne.
[0045] La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent :
[0046] [Fig. 1] représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d'une benne vide, équipée d'un système de mesure d'un niveau de remplissage de cette benne selon un mode de réalisation de l'invention ;
[0047] [Fig. 2] représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe de la benne de la [Fig. 1] partiellement remplie de déchets ;
[0048] [Fig. 3] représente, schématiquement et partiellement, un procédé de mesure d'un niveau de remplissage d'une benne selon un mode de réalisation de l'invention ; et
[0049] [Fig. 4] représente, schématiquement et partiellement, des échos de signaux ultrasons reçus lors de la mise en œuvre du procédé de la [Fig. 3],
[0050] Dans la description qui suit, les éléments identiques, par structure ou par fonction, apparaissant sur différentes figures conservent, sauf précision contraire, les mêmes références.
[0051] On a représenté en [Fig. 1] une benne 1 destinée à collecter des déchets. De façon non limitative, ladite benne peut être destinée à recevoir du verre, du carton, des bouteilles en plastique, des sacs d'ordures ménagères, des déchets verts ou encore des vêtements.
[0052] Dans l'exemple décrit, la benne 1 comporte un corps 11 définissant un fond lia et muni d'une ouverture 12 destinée à recevoir des déchets. Le corps 11 est pourvu, sur sa paroi interne, d'éléments de structure 13, comme des barres de soutien.
[0053] Afin de pouvoir mesurer, en temps réel, le niveau de remplissage de la benne 1, la benne est équipée d'un système 2 de mesure de ce niveau de remplissage selon un exemple de réalisation de l'invention.
[0054] Le système 2 comporte un émetteur-récepteur à ultrason 3, l'émetteur étant référencé 3a et le récepteur étant référencé 3b. L'émetteur-récepteur 3 est agencé de sorte à pouvoir émettre des signaux ultrason au sein du corps 11 et à pouvoir recevoir des signaux ultrason se propageant dans le corps 11. Il est à noter que le récepteur 3b est un récepteur muni d'un convertisseur analogique-numérique permettant de convertir des signaux ultraso- nores reçus par le capteur en données numériques.
[0055] Le système 2 comporte un capteur de température 4, apte à mesurer une température ambiante au sein de la benne 1.
[0056] Le système 2 comporte un capteur de mouvement de la benne, dans l'exemple décrit un accéléromètre 5, apte à mesurer des accélérations de la benne selon trois axes, dont deux axes horizontaux et un axe vertical.
[0057] Le système 2 comporte un émetteur-récepteur 6 apte à émettre et recevoir un faisceau laser, cet émetteur-récepteur 6 étant agencé de sorte à pouvoir émettre un faisceau laser au sein du corps 11 et à pouvoir recevoir un faisceau laser se propageant dans le corps 11.
[0058] Afin de contrôler les différents capteurs et procéder à l'estimation d'un niveau de remplissage de la benne 1, le système 2 comporte une unité de contrôle 7a et de calcul 7b.
[0059] La [Fig. 2] représente la benne 1 remplie de déchets D jusqu'à un niveau que l'on souhaite estimer.
[0060] Selon l'art antérieur de la présente demande, l'unité de contrôle 7a contrôle l'émetteur 3a pour qu'il émette dans la benne 1 un signal ultrasonore, sous la forme d'un train d'impulsions ultrasonores. Chaque impulsion ultrasonore est alors partiellement réfléchie par les déchets D vers le récepteur 3b, ces réflexions formant ainsi un écho du signal ultrasonore émis. L'analyse de l'enveloppe de cet écho par l'unité de calcul 7b permet de détecter un front montant correspondant au front montant du signal ultrasonore. L'unité de calcul 7b peut alors déterminer un temps de vol du signal ultrasonore entre l'émetteur 3a et le récepteur 3b. La vitesse du son étant connue, l'unité de calcul 7b peut ainsi déterminer la distance séparant la surface supérieure des déchets D de l'émetteur-récepteur 3 et donc estimer le niveau de remplissage de la benne 1.
[0061] Cette méthode présente toutefois plusieurs inconvénients, qui vont maintenant être exposés.
[0062] D'une part, l'émetteur-récepteur 3, après émission des ultrasons, subit des oscillations libres amorties, pendant une courte période de temps durant laquelle l'intensité de ces oscillations surpasse celle des échos susceptibles d'être renvoyés par un objet dans une zone ZA proche de l'émetteur-récepteur 3. En d'autres termes, le récepteur 3b est aveugle dans cette zone ZA, laquelle est définie par cette courte période de temps.
[0063] D'autre part, comme illustré sur la [Fig. 2], les éléments de structure de la benne 1, et notamment la barre de soutien 13, réfléchissent également partiellement les impulsions ultrasonores vers le récepteur 3b. L'enveloppe de l'écho du signal ultrasonore comporte donc un pic correspondant à cette barre de soutien. Lorsque le niveau de remplissage de la benne 1 se trouve en dessous de cette barre de soutien 13, ce pic est alors susceptible d'être interprété comme un front montant correspondant au front montant du signal ultra- sonore, et peut donc donner lieu à une estimation faussée du niveau de remplissage de la benne 1.
[0064] Enfin, il est à noter que l'estimation de la distance séparant l'émetteur-récepteur 3 de la surface supérieure des déchets est réalisée à partir du temps de vol du signal ultrasonore et de la vitesse du son. Or, la vitesse du son dans un milieu dépend de la température de ce milieu, laquelle n'est pas prise en compte dans cette estimation. Dès lors, le niveau de remplissage réel peut être différent du niveau de remplissage estimé grâce à cette méthode.
[0065] Afin de pallier ces différents inconvénients, l'unité de contrôle 7a et de calcul 7b met en oeuvre un procédé de mesure d'un niveau de remplissage de la benne 1 selon un exemple de réalisation de l'invention, qui a été illustré en [Fig.3],
[0066] Dans une étape El, l'unité de contrôle 7a contrôle l'émetteur 3a pour l'émission d'un premier signal ultrason dans la benne vide.
[0067] Cette étape El est ainsi déclenchée par l'unité de contrôle 7a, à la suite d'une étape de détection E5' d'une fin d'opération de vidage de la benne mise en oeuvre au moyen des mesures réalisées par l'accéléromètre 5.
[0068] Afin de permettre cette détection, l'accéléromètre 5 est apte à adopter une configuration de détection de mouvement de la benne 1 et une configuration de mesure continue des accélérations de la benne 1. Lorsque la benne 1 est au repos, l'accéléromètre 5 adopte la configuration de détection de mouvement. Lorsque cet accéléromètre 5 détecte, dans une étape E5, une accélération de la benne 1 supérieure à un seuil donné, et donc que la benne 1 est en mouvement, l'accéléromètre 5 adopte alors, dans une étape E6, la configuration de mesure continue et transmet toutes les mesures qu'il acquiert à l'unité de calcul 7b.
[0069] Dans l'étape E6, à la suite de la détection de l'accélération de la benne 1 par l'accéléromètre 5, l'unité de calcul 7b initialise trois variables de moyenne mobile ME,X(0), ME,Y(0) et ME,Z(0) pour chacune des mesures axiales ax, ay et az, selon chacun des axes horizontaux X, Y et vertical Z, réalisées par l'accéléromètre. L'unité de calcul 7b initialise également une variable d'écart type mobile OE(0) à une valeur 0. Enfin, l'unité de calcul 7b initialise un minu- teur Tm.
[0070] Par la suite, dans une étape E7, pour chaque nouvelle mesure ax, ay et az réalisée par l'accéléromètre 5, l'unité de calcul 7b met à jour la valeur des variables de moyenne mobile, au moyen de l'équation suivante :
[0071] [Math. 3]
[0072] ME X/Y/Z(T) = Ti- ME X/Y/Z(T ~ 1) +ocx/y/z (T), u étant égal, dans cet exemple, à 80%.
[0073] L'unité de calcul 7b met ensuite à jour la variable d'écart type mobile, au moyen de l'équation suivante : [0074] [Math.
[0075] o-£(r)
Figure imgf000012_0001
T2 étant égal, dans cet exemple, à 99%.
[0076] Parallèlement à l'étape E7, dans une étape E7', si l'une des nouvelle mesure ax, ay et az réalisée par l'a ccé lé rom être 5 est supérieure à une valeur seuil donnée QTS, le minuteur est réinitialisé par l'unité de calcul 7b.
[0077] Dans une étape E8, la valeur de la variable d'écart type mobile OE(T) est comparé à une valeur seuil donnée OTS. Si cette variable est supérieure à la valeur seuil donnée OTS, une opération de vidage est donc détectée, l'étape E7 étant alors renouvelée pour la mesure suivante.
[0078] Dans le cas contraire, dans une étape E9, si le minuteur dépasse une durée donnée TTS, par exemple de 5 minutes, un retour à un état de repos de la benne 1, et donc une fin d'opération de vidage, est détecté dans l'étape E5'. Sinon, l'étape E7 est renouvelée pour la mesure suivante.
[0079] A l'issue de l'étape E9, lorsque ledit minuteur dépasse la durée donnée TTS, l'accéléromètre 5 adopte de nouveau la configuration de détection de mouvement, de sorte à diminuer la consommation électrique globale du système de mesure 2.
[0080] Comme décrit précédemment, à l'issue de l'étape E5', lors de la détection d'une fin d'opération de vidage, l'unité de contrôle 7a contrôle l'émetteur 3a pour l'émission d'un premier signal ultrason dans la benne vide. Plus précisément, dans l'étape El, l'unité de contrôle 7a contrôle l'émetteur 3a pour l'émission successive de trois premiers signaux ultrason dans la benne vide selon trois puissances d'émission distinctes, les premiers signaux ultrason étant par exemple émis par ordre croissant de leurs puissances d'émission. Dans l'exemple non limitatif décrit, chaque premier signal ultrason est formé d'un train d'impulsions ultraso- nores, dont le rapport cyclique et/ou l'intensité sont déterminés en fonction de la puissance d'émission souhaitée.
[0081] Dans une étape E10 succédant à l'étape El, le capteur de température 4 mesure une température ambiante T° dans la benne 1, et l'unité de contrôle 7a modifie la fréquence d'acquisition f du récepteur 3b, ou plus précisément la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique-numérique de ce récepteur 3b, en fonction de cette température ambiante T° et d'un pas de mesure prédéterminé.
[0082] A titre d'exemple non limitatif, l'une de calcul 7b estime une vitesse de propagation du son en fonction de ladite température T°, selon l'équation suivante :
[0083] [Math. 5]
[0084] Vson = a. T° + b, où VSOn est la vitesse du son et a et b sont des constantes prédéterminées. Par exemple, a pourra être égale à 0,6 et b pourra être égale à 331.
[0085] L'unité de calcul détermine alors la fréquence d'échantillonnage à l'aide de l'équation suivante :
[0086] [Math. 6] [0087] fech = OÙ fech est la fréquence d'échantillonnage, VSOn est la vitesse du son et p un pas de mesure prédéterminé. Par exemple, p pourra être égal à 0,01, pour correspondre à un pas de mesure de 10 mm.
[0088] Dans une étape El', le récepteur 3b reçoit successivement trois échos, dit signature, ESi des premiers signaux émis lors de l'étape El. Dans l'exemple décrit, les trois premiers signaux sont successivement émis puis les trois échos sont successivement reçus. L'invention n'est pas limitée à cette séquence d'émission-réception et s'entend également pour une séquence dans laquelle un premier signal est émis, et le premier signal suivant n'est pas émis que lorsque l'écho du premier signal a été reçu.
[0089] La benne 1 étant vide, chaque écho signature comporte ainsi un plateau initial, correspondant à la zone aveugle ZA de l'émetteur-récepteur 3 pour la puissance d'émission du premier signal ultrason correspondant à cet écho signature, un premier pic correspondant à la barre de soutien 13, et un deuxième pic correspondant au fond lia de la benne 1.
[0090] Du fait de l'adaptation de la fréquence d'acquisition du récepteur 3b à la température T° de la benne 1, les échos ESi obtenus à l'issue de cette étape El' sont invariants avec cette température T°.
[0091] Dans une étape E2, pour chacun de ces échos ESi, l'unité de calcul 7b détecte le plateau initial PI, le front montant et le front descendant du premier pic P2 et le front montant et le front descendant du deuxième pic P3, en comparant les valeurs de l'écho à une ou plusieurs valeurs seuils données. L'unité de calcul 7b détermine alors des bornes de plages de hauteur exclues ZPI, ZP2 et ZP3 en déterminant l'abscisse des valeurs de l'écho correspondant à ces valeurs seuils, par analyse du temps de vol de cet écho.
[0092] Dans une étape E3, l'unité de contrôle 7a contrôle l'émetteur 3a pour l'émission successive, dans la benne 1, de trois deuxièmes signaux ultrason identiques aux premiers signaux ultrasons. En d'autres termes, chaque deuxième signal ultrason est formé d'un train d'impulsions ultrasonores dont le nombre d'impulsions, la fréquence sonore de chaque impulsion, le rapport cyclique du train et/ou l'intensité de chaque impulsion sont identiques à ceux de l'un des premiers signaux ultrasons émis à l'étape El. La puissance d'émission de ce deuxième signal est donc identique à la puissance d'émission du premier signal auquel il correspond.
[0093] De façon équivalente à l'étape E10, dans une étape Eli succédant à l'étape E3, le capteur de température 4 mesure une température ambiante T° dans la benne 1, et l'unité de contrôle 7a modifie la fréquence d'acquisition f du récepteur 3b en fonction de cette température ambiante T° et du même pas de mesure utilisé à l'étape E10.
[0094] Dans une étape E3', le récepteur 3b reçoit successivement trois échos ECi des deuxièmes signaux émis lors de l'étape E3. Comme pour l'étape El, du fait de l'adaptation de la fréquence d'acquisition du récepteur 3b à la température T° de la benne 1, les échos ECi obtenus à l'issue de cette étape E2' sont invariants avec cette température T°.
[0095] Il à relever que les étapes E3, Eli et E3' sont renouvelées périodiquement, par exemple toutes les 60 minutes, de sorte à pouvoir obtenir des échos ECi de façon récurrente.
[0096] Dans une étape E12, en parallèle de l'étape d'émission E3, l'unité de contrôle 7a contrôle l'émetteur-récepteur laser 6 pour l'émission d'un faisceau laser dans la benne 1. Ce faisceau laser est un faisceau dont l'angle d'ouverture est sensiblement mince au regard des dimensions de la benne 1. Le faisceau laser est donc fortement directif et atteint directement les déchets D, sans être réfléchi au préalable par les éléments de structure de la benne 1. Il est alors réfléchi par les déchets D vers l'émetteur-récepteur laser 6, qui reçoit donc un écho L de ce faisceau laser dans une étape E12'. L'unité de calcul 7b peut alors déterminer, dans une étape E12", une hauteur de déchets D contenus dans la benne 1 au moyen dudit écho L, par exemple par analyse du temps de vol du faisceau laser. Cette hauteur pourra notamment être utilisée pour confirmer ou infirmer une mesure du niveau de déchet réalisée à partir des échos ECi, dans des étapes qui font être décrites maintenant.
[0097] On a représenté en [Fig. 4] les échos ECi, EC2 et EC3 reçus à l'issue de l'étape E3'. Il est à relever que, du fait de l'étape Eli, l'abscisse de ces échos est une échelle de distance, dont l'unité est le pas de mesure p.
[0098] On retrouve, sur chacun de ces échos, un plateau PI correspondant à la zone aveugle ZA, un premier pic P2 correspondant à la barre de soutien 13, et un deuxième pic P3 correspondant au fond lia de la benne 1. Ces échos contiennent par ailleurs un pic P4 correspondant à la surface supérieure des déchets D, ce pic P4 étant inférieur au pic PI. Comme expliqué précédemment, il n'est donc pas possible en l'état de détecter un front montant de ce pic P4 dans ces échos, pour déterminer la hauteur de la surface supérieure des déchets D, dans la mesure où on ne pourra détecter que le front montant du pic P2. Toutefois, on dispose désormais des plages de hauteurs exclues ZPI, ZP2 et ZP3 permettant de discriminer les pics Pl, P2 et P3 lors de l'analyse des échos.
[0099] Dans une étape E4, l'unité de calcul 7b procède ainsi à une élimination des pics correspondant à des hauteurs contenus dans les plages de hauteur exclues ZPI, ZP2 et ZP3, en cherchant le premier front montant non contenu dans ces zones exclues. A ces fins, l'unité de calcul 7b essaye de détecter le premier front montant dans l'enveloppe de l'écho ECi du deuxième signal présentant la plus petite puissance d'émission, et donc la hauteur, déterminée à partir du temps de vol de ce deuxième signal, est en dehors des plages de hauteur exclues ZPI, ZP2 et ZP3. En cas d'échec de cette détection, l'unité de calcul essaye de détecter le premier front montant dans l'enveloppe de l'écho EC2 du deuxième signal présentant la deuxième plus petite puissance d'émission et ainsi de suite jusqu'à effectivement détecter un front montant. En cas de succès de la détection, dans une étape E4', l'unité de calcul 7b détermine alors la hauteur h de la surface supérieure des déchets D en déterminant l'abscisse de ce front montant du pic P4 qui a été détecté. Cette hauteur h correspond ainsi au niveau de remplissage de la benne 1.
[0100] Il est à noter qu'à chaque vidage de la benne, ce vidage, et en particulier la fin de ce vidage, fera l'objet d'une détection par le système de mesure 2, grâce aux étapes E5 jusqu'à E5' du procédé. De la sorte, les étapes El et suivantes du procédé sont ainsi renouvelées de façon récurrente.
[0101] La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixée, à savoir fiabiliser la mesure de la hauteur des déchets contenus dans une benne par un système comportant un émetteur-récepteur à ultrasons, notamment en proposant un procédé de mesure dans lequel les échos ultrasons générés par la structure de la benne et les perturbations générées par les oscillations libres amorties de l'émetteur-récepteur sont calibrées afin d'être prise en compte lors de la mesure de la hauteur des déchets.
[0102] En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens. On pourra en particulier envisager d'émettre un seul premier signal ultrason et un seul deuxième signal ultrason, ou encore un nombre différent de premier et de deuxième signaux ultrasons que celui qui a été décrit. On pourra également envisager d'autres modes de détection d'une opération de fin de vidage de la benne, et notamment des modes de réalisation employant d'autres types de capteurs qu'un accéléromètre ou employant d'autres algorithmes que celui qui a été décrit.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de mesure d'un niveau de remplissage d'une benne (1) équipée d'un système de mesure (2) comportant un émetteur-récepteur (3) à ultrason, le procédé comportant les étapes suivantes : a. (El) Emission préalable d'un premier signal ultrason dans la benne vide et (El') réception d'un écho (ESi), dit signature, du premier signal ultrason par l'émetteur- récepteur ; b. (E3) Emission périodique dans la benne d'un deuxième signal ultrason identique au premier signal ultrason et (E3') réception d'un écho (ECi) du deuxième signal ultrason par l'émetteur-récepteur ; c. (E4, E4') Pour chaque écho reçu d'un deuxième signal ultrason, détermination d'une hauteur (h) de déchets contenus dans la benne au moyen dudit écho du deuxième signal ultrason et de l'écho signature.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (E2) de détermination d'une ou plusieurs plages de hauteur (ZPI, ZP2, ZPS), dites exclues, à partir de l'écho signature (ESi), ladite hauteur (h) de déchets contenus dans la benne (1) étant déterminée à partir dudit écho (ECi) du deuxième signal ultrason en excluant la ou lesdites plages de hauteur exclues.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication précédente, le système de mesure (2) comportant un capteur (4) de température ambiante dans la benne (1), dans lequel la température ambiante (T°) dans la benne est mesurée par ce capteur et dans lequel la fréquence d'acquisition (f) du récepteur à ultrason (3b) est modifiée en fonction de cette température mesurée.
[Revendication 4] Procédé selon l'une des revendications précédentes, le système de mesure comportant un capteur de mouvement de la benne (5), caractérisé en ce qu'il comporte une étape (E5') de détection d'une fin d'opération de vidage de la benne (1) mis en œuvre au moyen des mesures (ax, ay, az) réalisées par le capteur de mouvement , l'étape (El) d' émission préalable d'un premier signal ultrason étant renouvelée à l'issue de chaque détection de la fin d'une opération de vidage.
[Revendication 5] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit capteur de mouvement est un accéléromètre (5) apte à mesurer des accélérations (ax, ay, az) de la benne (1) selon au moins un axe (X, Y, Z) et dans lequel l'étape (E5') de détection d'une fin d'opération de vidage comporte une étape (E7) de détermination d'un écart type mobile (OE(T)) d'au moins une mesure axiale, de l'accélération de la benne réalisée par l'accéléromètre, une opération de vidage étant détectée si une valeur de cet écart type mobile est supérieure à une valeur seuil donnée (OTS).
[Revendication 6] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel une fin d'opération de vidage est détectée lorsque ledit écart type mobile ((OE(T)) repasse en dessous de ladite valeur seuil donnée (OTS) et qu'au moins une mesure axiale (ax, ay, az) de l'accélération de la benne (1) réalisée par l'accéléromètre (5) reste en dessous d'une valeur seuil donnée (CÏTS) pendant une durée supérieure à une durée seuil donnée (Trs).
[Revendication 7] Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape (El) d'émission préalable comporte l'émission préalable d'au moins deux premiers signaux ultrason dans la benne (1) vide selon deux puissances d'émission distinctes et la réception d'au moins deux échos (ESi), dit signature, de ces premiers signaux ; et dans lequel l'étape d'émission (E3) périodique comporte l'émission périodique dans la benne d'au moins deux deuxièmes signaux ultrason identiques aux premiers signaux ultrasons et la réception d'au moins deux échos (ECi, ECz, EC3) de ces deuxièmes signaux ; dans lequel on détermine ladite hauteur (h) de déchets contenus dans la benne au moyen de l'écho du deuxième signal ultrason associé à chaque puissance d'émission et de l'écho signature associé à cette puissance d'émission, et dans lequel on détermine la hauteur de déchets contenus dans la benne séquentiellement au moyen des échos de chacun des deuxièmes signaux ultrason associé à chaque puissance d'émission, lesdits échos étant ordonnés dans cette séquence selon les puissances d'émission qui leur sont associées.
[Revendication 8] Procédé selon l'une des revendications précédentes, le système de mesure (2) comportant un émetteur-récepteur (6) d'un faisceau lumineux, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (E12) d'émission périodique d'un faisceau lumineux et ( E 12' ) réception d'un écho (L) de ce faisceau lumineux par cet émetteur-récepteur et une étape (E12") de détermination d'une hauteur (h) de déchets contenus dans la benne (1) au moyen dudit écho de ce faisceau lumineux.
[Revendication 9] Système de mesure (2) d'un niveau de remplissage d'une benne (1), comportant un émetteur-récepteur (3) à ultrason, une unité de contrôle (7a) dudit émetteur- récepteur et une unité de calcul (7b), le système de mesure étant agencé pour mettre en oeuvre le procédé de mesure selon l'une des revendications précédentes.
[Revendication 10] Système de mesure selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (4) de température ambiante dans ladite benne, un capteur de mouvement de la benne (5) et un émetteur-récepteur (6) d'un faisceau lumineux.
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