Dispositif de détection et de mesure de déplacements de faible amplitude
La présente invention a pour objet un dispositif de détection et de mesure de déplacements de faible amplitude. Un tel dispositif peut être utilisé pour mesurer des déplacements continus ou vibratoires, sonores ou infrasonores.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif différentiel qui permette de sélectionner les vibrations ou les déplacements continus utiles et d'éliminer les déplacements parasites. Pour cela, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend deux capteurs de déplacements transformant chacun les déplacements détectés en signaux électriques deux amplificateurs amplifiant chacun les signaux reçus par l'un des capteurs et deux appareils producteurs de sons actionnés chacun à partir de l'un des amplificateurs.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple une forme d'exécution et diverses variantes du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 est un schéma de principe de ladite forme d'exécution;
La fig. 2, une vue en coupe partielle d'un capteur de déplacements ;
La fig. 3, une vue en coupe partielle d'une variante du capteur;
Les fig. 4 et 5 sont des schémas de principe mon trant le fonctionnement t des capteurs et des amplifi- cateurs.
La fig. 1 représente un appareil de détection et localisation de bruits dans le sol, par une méthode d'écoute stéréophonique.
Chaque capteur 1 recueille les vibrations transmises par le sol avec des intensités variables suivant l'éloignement de la source sonore. La faible énergie recueillie par chaque capteur est amplifiée par un amplificateur 10 séparé excitant des écouteurs 18 ou un haut-parleur indépendant reproduisant auditivement par stéréophonie dans leur rapport de puissance d'émission les signaux originaux, ce qui permet d'indiquer avec précision la direction de ladite émission. La détection des bruits avant t la localisation (ainsi que le tarage des deux ampli- ficateurs) est possible avec une sensibilité accrue par la mise en parallèle de deux capteurs et de deux canaux à l'entrée par un commutateur 7.
L'équilibrage de la sensibilité des deux amplificateurs 10 est possible par la balance constituée du potentiomètre linéaire 6. L'écoute avec les deux capteurs et amplificateurs équilibrés, produit un effet pseudo-stéréophonique.
Lorsque les deux capteurs 1 et les deux amplificateurs 10 sont indépendants par l'ouverture du commutateur 7 et si l'écoute est effectuée sur les écouteurs 20 montés en série aux bornes de chaque écouteur 18 toutes émissions de vibrations en phases ne sont pas perçues. Seules sont perçues les différences de tension ou d'amplitude provenant des deux capteurs et amplifiés par chaque amplificateur. La direction des bruits d'amplitude supérieure est indiquée par l'aiguille d'un galvanomètre 14 monté en pont sur l'alimentation négative (par exemple) des deux amplificateurs à partir de la source 19. L'équilibrage des débits d'alimentation des deux amplis est fait (capteurs débranchés) par le potentiomètre linéaire 15. L'indication 0 doit être recherchée sur le galvanomètre 14.
I1 est évident que la symétrie doit être recherchée dans le montage électrique ou électronique comprenant les résistances 1 1 et les condensateurs 12 et 23, et que les éléments capteurs amplificateurs ou écouteurs, seront appairés.
Avantageusement, les amplificateurs seront munis de transformateurs adapteurs d'impédances et de filtres correcteurs de fréquences suivant l'utiliisation et les résultats désirés.
Le dispositif décrit ci-dessus permet l'écoute simultanée et par deux opérateurs différents l'un en 20 en stéréophonie avec bruits ambiants et indication de direction, l'autre en 18, en différentielle, sans bruits ambiants.
La fig. 2 représente un mode d'exécution d'un capteur électrodynamique constitué d'un boîtier support 1 fermé par un couvercle 29, en matière métallique, non magnétique de préférence, de poids et d'épaisseur relativement forts, constituant un boîtier étanche insonore, un contre-poids inerte et un blindage. L'étanchéité et la suspension souple sont assurés par des tamponsbouchons coniques 2. La tige centrale 3 de conduction des bruits du soi ou autre les transmet à l'organe sensible constitué d'un support 13, d'un aimant 26, d'une membranwsouple 25, d'une bobine 24 se déplaçant dans l'entre-fer du circuit magnétique, et d'un contre-poids 22 de forme, poids et volume appropriés à l'utilisation désirée, à la gamme de fréquences utiles.
Lorsqu'une vibration est transmise du sol ou d'une machine, par la tige 3 à l'organe sensible, la membrane 25 et le contre-poids 22 sont animés et animent la bobine mobile 24 solidaire d'une vibration égaie. Cel3e- ci se déplaçant dans le champ magnétique, détermine l'apparition aux bornes de sortie, dont l'une est solidaire du couvercle 29 et dont l'autre 28 traverse ce der- nier dans un tube isolé 27, d'une force électromotrice ou différence de potentiel, qui est appliquée aux bornes d'entrée du ou des amplificateurs. La méthode de loca lisation des bruits est basée sur la différence des effets produits sur les deux oreilles d'un opérateur par les ondes sonores provenant d'une même source.
Si la source sonore est à égale distance des - deux capteurs et sur un matériau homogène, le son arrive simultanément aux deux oreilles, sinon il y a une différence d'intensité.
Suivant la distance des deux capteurs, on peut apprécier pour chaque direction le décalage résultant de cette différence d'intensité et en définir la direction d'émission du son.
Les capteurs utilisés comme organe sensible pourront être électromagnétiques à reluctance variable, différentiels ou non, dynamiques, piézo-électriques, photoélectriques ou au charbon.
La fig. 3 représente une autre forme d'exécution du capteur dans laquelle l'organe sensible est constitué par deux couronnes 34 en caoutchouc souple conducteur.
Ce capteur présente l'intérêt de détecter ou contrôler tous phénomènes vibratoires ou continus. I1 pourra être relié à tout système d'amplificateur continu ou alternatif.
L'organe sensible 34 en caoutchouc conducteur se présente sous forme de pastilles ou bagues cylindriques serrées entre des électrodes métalliques 35, elles-mêmes serrées dans un bât rigide 8, isolé de l'organe sensible par des isolants souples 37 et du bâti par l'élément 7.
Une vis 32 fixée sur le couvercle 39 qui ferme le bâti 31 du capteur permet le réglage Ide la sensibilité du pont de Wheatstone. L'électrode médiane 35 reçoit les vibrations extérieures par l'intermédiaire d'une liaison centrale 6 et de la tige 3. La liaison mécanique entre l'ólé- ment 6 et l'électrode 5 peut se faire par ressort, clips, aimant ou autre.
Les fig. 4 et 5 représentent schématiquement le principe différentiel du capteur de la figure 3 et d'une autre forme d'exécution encore.
Les éléments sensibles 34 et 44 se comportent comme deux résistances variables travaillant en opposition.
A la fig. 4, l'électrode médiane 35 est reliée à un point de la tige 3 qui forme un ventre lorsque cette tige est soumise à des vibrations stationnaires. Ces vibrations peuvent être transmises à ladite prise médiane par le moyen d'un levier central ou latéral.
A la fig. 5, les résistances 44 sont modifiées selon la position de la liaison mobile 45 qui pivote autour d'un axe fiixe en regard des résistances 44. La tige 3 est directement reliée par une articulation à l'équipage mobile 45 de façon à le faire pivoter. Cet équipage est relié lui-même au pôle négatif de la source de courant.
Le dispositif décrit peut trouver un emploi en mécanique, dans le contrôle et la mesure de microdéplacements, le réglage de positions, la mesure d'épaisseur, de vibrations, de torsions ou de pressions, ainsi que dans les recherches sismiques, gravimétriques, telluriques, magnétiques. m peut trouver également un emploi pour la recherche de victimes enfermées dans des décombres lors de catastrophes telles que tremblements de terre, ainsi que pour la détection de fuite d'eau, l'auscultation et la mesure de vibrations anormales dans les sondages souterrains ou la construction des bâtiments.
Il présente les avantages suivants:
1. Elimination de toutes vibrations parasites et bruits indésirables, émis en phase.
2. Détection et amplification des bruits utiles après différentiation.
3. Contrôle différentiel par galvanomètre des oisoillations ou vibrations même de très faibles amplitudes. Le galvanomètre indique la direction des bruits captés.
4. Ecoute en stéréophonie par écouteurs ou hautparleurs.
5. Circuits limiteurs automatiques de puissance et de consommation sur signaux d'amplitudes plus fortes par réduction de tension de l'alimentation et par réglage automatique de dyamique.
6. Ecoute simultanée par deux opérateurs.
7. capteurs étanches à grande sensibilité, pas fragile, à partiie sensible isolée et suspendue.
Low amplitude displacement detection and measurement device
The present invention relates to a device for detecting and measuring low amplitude displacements. Such a device can be used to measure continuous or vibratory, sound or infrasonic movements.
The aim of the invention is to provide a differential device which makes it possible to select the vibrations or useful continuous displacements and to eliminate the parasitic displacements. For this, the device according to the invention is characterized in that it comprises two displacement sensors each transforming the movements detected into electrical signals two amplifiers each amplifying the signals received by one of the sensors and two sound-producing devices each actuated. from one of the amplifiers.
The appended drawing shows by way of example one embodiment and various variants of the device according to the invention.
Fig. 1 is a block diagram of said embodiment;
Fig. 2, a partial sectional view of a displacement sensor;
Fig. 3, a partial sectional view of a variant of the sensor;
Figs. 4 and 5 are block diagrams showing the operation of t sensors and amplifiers.
Fig. 1 represents an apparatus for detecting and locating noise in the ground, by a stereophonic listening method.
Each sensor 1 collects the vibrations transmitted by the ground with varying intensities depending on the distance from the sound source. The low energy collected by each sensor is amplified by a separate amplifier 10 driving earphones 18 or an independent loudspeaker soundly reproducing by stereophonics in their transmission power ratio the original signals, which makes it possible to accurately indicate the direction. of said program. The detection of noises before t localization (as well as the calibration of the two amplifiers) is possible with increased sensitivity by placing two sensors and two channels at the input in parallel using a switch 7.
The balancing of the sensitivity of the two amplifiers 10 is possible by the balance consisting of the linear potentiometer 6. Listening with the two balanced sensors and amplifiers produces a pseudo-stereophonic effect.
When the two sensors 1 and the two amplifiers 10 are independent by the opening of the switch 7 and if the listening is carried out on the earphones 20 mounted in series at the terminals of each earphone 18, any phase vibration emissions are not perceived. Only the differences in voltage or amplitude coming from the two sensors and amplified by each amplifier are perceived. The direction of the higher amplitude noises is indicated by the needle of a galvanometer 14 mounted as a bridge on the negative supply (for example) of the two amplifiers from the source 19. The balancing of the supply flows of the two amps is made (sensors disconnected) by the linear potentiometer 15. The indication 0 must be sought on the galvanometer 14.
I1 is obvious that symmetry must be sought in the electrical or electronic assembly comprising the resistors 1 1 and the capacitors 12 and 23, and that the sensor elements amplifiers or headphones, will be paired.
Advantageously, the amplifiers will be provided with impedance-adapting transformers and frequency-correcting filters depending on the use and the desired results.
The device described above allows simultaneous listening and by two different operators, one at 20 in stereophony with ambient noise and direction indication, the other at 18, in differential mode, without ambient noise.
Fig. 2 shows an embodiment of an electrodynamic sensor consisting of a support housing 1 closed by a cover 29, made of metallic material, preferably non-magnetic, of relatively high weight and thickness, constituting a soundproof sealed housing, a inert counterweight and shielding. The tightness and the flexible suspension are ensured by conical plugs 2. The central rod 3 of conduction of the noises of the self or other transmits them to the sensitive member consisting of a support 13, a magnet 26, a membranwsouple 25, a coil 24 moving in the gap between the magnetic circuit, and a counterweight 22 of shape, weight and volume appropriate to the desired use, to the range of useful frequencies.
When a vibration is transmitted from the ground or from a machine, by the rod 3 to the sensitive member, the membrane 25 and the counterweight 22 are animated and animate the mobile coil 24 integral with an even vibration. This moving in the magnetic field, determines the appearance at the output terminals, one of which is integral with the cover 29 and the other 28 of which passes through the latter in an insulated tube 27, of an electromotive force or potential difference, which is applied to the input terminals of the amplifier (s). The noise localization method is based on the difference in the effects produced on the two ears of an operator by sound waves coming from the same source.
If the sound source is equidistant from the two sensors and on a homogeneous material, the sound reaches both ears simultaneously, otherwise there is a difference in intensity.
Depending on the distance between the two sensors, the offset resulting from this difference in intensity can be assessed for each direction and the direction of sound emission can be defined.
The sensors used as a sensitive member can be electromagnetic with variable reluctance, differential or not, dynamic, piezoelectric, photoelectric or carbon.
Fig. 3 shows another embodiment of the sensor in which the sensitive member consists of two rings 34 of flexible conductive rubber.
This sensor has the advantage of detecting or controlling all vibratory or continuous phenomena. It can be connected to any DC or AC amplifier system.
The sensitive member 34 of conductive rubber is in the form of cylindrical pellets or rings clamped between metal electrodes 35, themselves clamped in a rigid frame 8, isolated from the sensitive member by flexible insulators 37 and from the frame by the 'item 7.
A screw 32 fixed on the cover 39 which closes the frame 31 of the sensor allows the adjustment of the sensitivity of the Wheatstone bridge. The middle electrode 35 receives the external vibrations by means of a central connection 6 and the rod 3. The mechanical connection between the element 6 and the electrode 5 can be made by spring, clips, magnet or other.
Figs. 4 and 5 schematically represent the differential principle of the sensor of FIG. 3 and of yet another embodiment.
Sensitive elements 34 and 44 behave like two variable resistors working in opposition.
In fig. 4, the middle electrode 35 is connected to a point of the rod 3 which forms a belly when this rod is subjected to stationary vibrations. These vibrations can be transmitted to said midpoint by means of a central or lateral lever.
In fig. 5, the resistors 44 are modified according to the position of the movable link 45 which pivots about a fixed axis opposite the resistors 44. The rod 3 is directly connected by an articulation to the movable assembly 45 so as to make it pivot. . This crew is itself connected to the negative pole of the current source.
The device described can find use in mechanics, in the control and measurement of micro-displacements, the adjustment of positions, the measurement of thickness, vibrations, torsions or pressures, as well as in seismic, gravimetric, telluric research, magnetic. m may also find employment in the search for victims trapped in rubble during disasters such as earthquakes, as well as for water leak detection, auscultation and measurement of abnormal vibrations in underground soundings or the construction of buildings.
It has the following advantages:
1. Elimination of all parasitic vibrations and unwanted noise emitted in phase.
2. Detection and amplification of useful noises after differentiation.
3. Differential control by galvanometer of the birds or vibrations, even at very low amplitudes. The galvanometer indicates the direction of the noises picked up.
4. Listening in stereo through earphones or loudspeakers.
5. Automatic power and consumption limiting circuits on signals of higher amplitudes by reducing the power supply voltage and by automatic dynamic adjustment.
6. Simultaneous listening by two operators.
7. Waterproof sensors with high sensitivity, not fragile, with sensitive part isolated and suspended.