Brevet FR2168238A1 — publié le 19730831

La présente invention, due aux travaux de Messieurs BRAFMAN et GODEAU de la Société ERAP-ELF et de Messieurs LAVERLOCHERE et LECOMTE du Commissariat a l'Energie Atomique, a pour objet un procédé d'analyse à distance de la composition chimique d'un milieu et un dispositif mettant en oeuvre c procédé. L'invention trouve une application notamment dans la prospection des terrains uranifères ou dans la détection et le dosage "in situ" des éléments constitutifs des réservoirs pétrolifères. Une méthode connue pour effectuer l'analyse de la ccmposition chimique d'un milieu, consiste à détecter et à analyser les rayonnerlents issus de ce milieu, en particulier les rayonnements y . Si les terrains prospectés contiennent des minerais radioactifs, ce qui est le cas par exemple des terrains uranifères, le rayonnement est émis naturellement par le sol, dans d'autres cas, réservoirs pétrolifères notamment, un rayonnement n'est émis que sous l'action d'un rayonnement excitateur et sous la forme d'un rayonnement rétrodiffusé. Chaque élément se caractérisant par un rayonnement particulier (nature, amplitude, durée), l'analyse des rayOnnellents reçus permet la détection e.t le dosage des matériaux qui en sont à l'origine. Cependant, les procédés et dispositifs de l'art antérieur ne permettent de détecter et de doser qu'un seul élément, car ils sont basés essentiellement sur la détection de la présence d'un rayonnement spécifique Selon l'art antérieur on n'-Fctue donc pas à proprement parler une analyse de la composition chimique mais plutôt une détection de la présence d'un certain corps. Au contraire la présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant une analyse chimique globale de la composition d'un milieu; en méme temps elle prévoit un procédé et un dispositif qui permettent de réaliser cette analyse à distance1 loin du point de sondage. De façon plus précise l'invention a pour objet un procédé d'analyse à distance de la composition chimique d'un milieu situé au voisinage d'un point de sondage, caractérisé en ce qu'on recueille en ce point des rayonnements issus dudit milieu, on traduit ces rayonnements en signaux électriques, on détecte au moins une caractéristique desdits signaux, on code chacune desdites caractéristiques sous forme d'un signal digital, on-transmet sur un câble ledit signal digital et on effectue à l'autre extrémité du câble l'analyse desdits signaux digitaux. Dans une variante du procédé on émet en direction dudit milieu un rayonnement excitateur, les rayonnements issus du milieu étant consécutifs à cette excitation. L'invention concerne également un dispositif qui met en application ledit procédé, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part une sonde constituée par un détecteur de rayonnement et d'autre part un circuit de détection d'au moins une des caractéristiques desdits signaux électriques, un circuit de codage digital constitué par une pluralité de cellules et associé à un organe de lecture, un circuit de commande dudit organe de lecture, un connecteur de liaison au câble de transmission et à l'autre extrémité du câble un dispositif d'analyse. Suivant un mode de réalisation privilégié, la source d'emission du rayonnement excitateur est un génerateur de neutrons pulsé. Suivant un autre mode de réalisation, les signaux électriques étant des impulsions, l'analyseur est du type sélecteur digital multicanaux et ledit signal digital transmis représente l'adresse du canal de l'analyseur où l'impulsion correspondante doit être comptée. Les avantages et les caractéristiques de l'invention ressortiront mieux après la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif mais nullement limitatif. Cette description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente le schéma de principe du circuit selon l'invention, qui permet de former puis-de trans- mettre l'information digitale binaire; - la figure 2 représente un diagramme qui illustre les états logiques des différentes cellules du circuit de codage, qui en l'occarrei-lceen possède sept; - la figure 3 illustre le principe de la transmission du signal binaire dans deux cas particuliers, en parallèle (figure 3a) -et en série (figure 3b); - la figure 4 est l'illustration d'un exemple d'application de l'invention à l'analyse à distance de la composition chimique d'un milieu pétrolifère, avec activation neutronique. Le problème de la transmission des informations en vue de leur traitement comprend deux aspects: l'un est spécifique à la transmission, l'autre est lié à la répartition des organes de traitement entre d'une part les éléments situés au voisinage de la source des impulsions et d'autre part les équipements d'extrémité dont le rle est d'effectuer le traitement proprement dit. L'invention a précisément pour but de proposer une solution qui permet simultanément l'acheminement correct des informations et une répartition des organes s'adaptant mieux que jusqu'à présent aux exigences de la pratique. Les principes de l'invention, peuvent être compris à l'aide de la figure 1. Cette figure représente un schéma de principe du circuit permettant la formation puis la transmission digitale binaire d'une caractéristique d'une impulsion électrique. Ce circuit comprend: une borne d'entrée E qui reçoit l'impulsion analogique 1 dont on veut transmettre une des caractéristiques; un circuit convertisseur 2, qui convertit la caractéristique choisie en une impulsion rectangulaire 7; une porte logique 5 de type ET, qui reçoit l'impulsion de commande 7 et les impulsions 4 issues de l'horloge 3; un compteur 6, qui, dans le cas de la figure 1, comprend sept cellules désignées C0, C1, C2 .... C6; un organe de lecture 8 schématiquement représenté par sept interrupteurs POW P1, P2 ....P et autant de connexions 6 de sortie Sot S1, S2, ... S6; un connecteur 10, qui relie les sorties S au câble de transmission 12; un circuit de commande 14 comprenant notamment un registre séquentiel, relié au convertisseur par la connexion 11; et commandant l'organe de lecture 8 par l'intermédiaire de la connexion 9 et la remise à zéro des cellules du compteur 6 par la connexion 15. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant: Le milieu dont on veut effectuer l'analyse chimique émet un rayonnement (naturel ou activé) qui est traduit, par des détecteurs non représentés, cn une suite d'impulsions électriques telles que celle désignée par 1. La caractéristique de l'impulsion 1 que l'on veut transmettre est convertie dans le convertisseur 2 en une impulsion rectangulaire 7 dont la durée est proportionnelle à la valeur de la caractéristique à transmettre.Dans une première variante de réalisation, la caractéristique que l'on désire transmettre est l'amplitude crête de l'impulsion analogique injectée en E; dans ce cas, le circuit 2 est donc un convertisseur amplitude-temps mais il est bien évident qu'on pourrait dans une autre variante et sans sortir du cadre de l'invention, transmettre par exemple la surface de l'impulsion; dans ce cas, le circuit 2 convertirait l'impulsion intégrée en un signal rectangulaire de durée proportionnelle au résultat de l'intégration. ='impulsion rectangulaire 7 issue du convertisseur 2 commande une porte 5 qui est du type ET et qui reçoit simultanément les impulsions 4 issues de l'horloge 3; à la sortie de la porte logique 5 on trouve donc une suite 13 d'impulsions dont le nombre représente la grandeur de la caractéristique choisie de l'impulsion 1.On a donc effectué à ce stade une conversion analogique-numérique de ladite caractéristique. Le nombre d'impulsions ayant traversé la porte 5 est compté, de manière classique, par le compteur binaire 6 qui comprend, ainsi qu'onl'asupposé sur la figure 1 et à titre purement explicatif mais nullement limitatif, sept cellules binaires; la caractéristique de l'impulsion est mémorisée dans le compteur 6 sous la forme d'un signal binaire à sept digits. L'organe de lecture 8 permet de lire le contenu des différentes cellules du compteur 6 à un moment déterminé par le circuit de- commande 14; la lecture du contenu des cellules 6 s'effectue schématiquement par la fermeture des interrupteurs PO, P1, P2 P6, dans l'ordre et à la cadence fixés par le circuit séquentiel contenu dans le circuit de commande 14.Après lecture, l'information contenue dans le compteur 6 apparat sur les sept connexions de sortie S et, par l'intermédiaire du connecteur 10, à l'entrée du câble de transmission 12. On comprendra mieux le fonctionnement de la transmission du contenu du compteur 6 en se reportant aux figures 2 et 3. Sur la figure 2, on a représenté à titre explicatif, un état particulier du compteur après comptage des impulsions 13; on a supposé pour cela que le nombre d'impulsions-comptées est 77, ce qui se traduit par le nombre binaire 1011001. Ce nombre binaire correspond à la valeur de la caractéristique de l'impulsion que l'on désire transmettre, par exemple à son amplitude crête. La transmission du contenu du compteur 6, est illustrée par la figure 3. Sur la figure 3a, on a supposé que le câble servant à la transmission comprend un nombre de conducteurs électriques isolés supérieur au nombre de bits à transmettre, c'est-à-dire dans le cas présent, supérieur à sept; les sept premiers conducteurs sont désignés par Ko, K17 K2 ..... K6; dans cette variante on peut relier chaque connexion de sortie S à l'un des conducteurs K du câble. Ces liaisons en parallèle s'effectuent à l'aide du connecteur 10. Sur la figure 3b au contraire, on a supposé que le câble de transmission ne possède qu'un conducteur isolé ou, ce qui revient au même, une pluralité de conducteurs électriques qu on aurait branchés en parallèle. Dans ces conditions, le connecteur 10 réunit toutes les connexions de sortie S au conducteur unique K. Dans le cas de la figure 3a la transmission du contenu du compteur 6, tel qu'il apparaît sur la figure 2, peut s'effectuer très simplement en fermant simultanément tous les interrupteurs PO, F1, P2 .... P6. Cette fermeture entraîne l'apparition d'impulsions de tension sur les seuls conducteurs K associés aux cellules dont l'état logique est 1, et qui sont dans le cas imaginé sur la figure 2, les cellules CO, C2, C3 et C6. Seuls les conducteurs K07 K2, K3 et K6 sont donc parcourus par une impulsion dont la durée dépend de la durée de fermeture des interrupteurs P et dont l'amplitude dépend des éléments du compteur 6 et d'éventuels amplificateurs non représentés.On voit tout l'intérêt que présente une telle variante qui permet de transmettre en parallèle, toutes les informations contenues dans le compteur 6, et qui conduit par conséquent à une vitesse de transmission de l'information très grande. Au contraire, dans le cas de la figure 3b la lecture du contenu du compteur 6 s'effectue séquentiellement par fermeture successive des interrupteurs P. C'est ce qui est représenté à la droite de la figure 3b où l'on voit le train d'impulsions traduisant le contenu des cellules du compteur 6. La forme exacte de ce train d'impulsions dépend du circuit séquentiel contenu dans l'organe de commande 14; il a, sur la figure 3b, et sans que cela constitue une restriction à l'invention, la forme d'un signal impulsionnel avec remise à zéro entre deux impulsions. Ce signal traduit là encore, en langage binaire, le nombre 77. Dans cette variante, la durée de la lecture du contenu du compteur 6 est naturellement beaucoup plus élevée que celle correspondant au cas de la figure 3a. Néanmoins, même dans ce dernier cas, le procédé selon l'invention et le dispositif qui en fait application, permettent de transmettre l'information de manière beaucoup plus rapide que ne le ferait un procédé à transmission numérique, qui nécessiterait, en l'occurrence, la transmission de 77 impulsions. Selon l'invention, on a en effet à transmettre au maximum sept impulsions séparées par sept intervalles et un bit de synchronisation non représenté sur les figures 3a et 3b, soit au total 15 intervalles de niveau logique 0 ou 1. La description qui précède ne mentionne pas explicitement un certain nombre de circuits qui ne caractérisent pas vraiment l'invention et qui sont par ailleurs connus de l'homme de l'art. C'est ainsi qu'il est évident qu'après lecture du compteur 6, on doit prévoir un circuit de remise à zéro du contenu des différentes cellules de ce compteur. Cette remise à zéro peut s'effectuer par exemple à partir des organes contenus dans le circuit 14 et par la connexion 15. On n'a pas mentionné non plus la détermination de l'instant de lecture par rapport à l'instant d'arrivée de l'impulsion; cette détermination peut se faire à partir d'une horloge contenue dans le circuit 14 et après un certain retard à partir de l'instant d'arrivée de l'impulsion analogique. Cet instant d'arrivée peut etre détecté par un circuit non représenté sur la figure mais qui peut prendre la forme, par exemple, d'un discriminateur. Cependant, si le train d'impulsions analogiques est un train périodique, on peut se dispenser d'utiliser un tel circuit discriminateur et n'utiliser, pour la lecture, qu'une horloge au rythme d'arrivée des impulsions analogiques. Enfin il est bien évident pour l'homme de l'art que la transmission du signal digital doit comporter, en plus du train d'impulsions (parallèle ou série) représenté sur la figure 3a ou 3b, des bits de synchronisation, qui permettent de recevoir ces trains et d'en extraire l'information. Ces bits de synchronisation peuvent être créés à partir du circuit 14. Le dispositif convertisseur analogique-numériquedigital tel qu'il est proposé, ne possède naturellement pas un temps de réponse infiniment court. I1 est donc nécessaire, pour que toutes les impulsions incidentes puissent être traitées, que le taux d'arrivée des impulsions analogiques à convertir, ne soit pas supérieur à l'inverse du temps mort du système convertisseur global. Pour un taux supérieur, il conviendrait, avant de traiter le signal analogique par les procédés qu'on vient de décrire, d'utiliser au préalable, un dispositif comportant une mémoire tampon afin de réduire le taux d'arrivée des impulsions.On peut utiliser dans ce cas le procédé et le dispositif qui ont fait l'objet d'une autre demande de brevet par le demandeur, et qui permettent de transformer un train d'impulsions aléatoires en un train d'impulsions périodiques, dont la période peut être ajustée aux performances des dispositifs de traitement. Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un exemple d'utilisation du dispositif selon l'invention, dans une chaîne de sondage par activation neutronique. Sur cette figure une sonde 20 est constituée de manière classique par un générateur de neutrons pulsé 22, un écran 24, un scintillateur 26, un photomultiplicateur 28; les impulsions électriques provenant de la sonde 20 sont éventuellement traitées (notamment amplifiées) par un circuit 32 puis transmises vers un dispositif de codage 34 qui est le dispositif selon l'invention.La transmission d'une des caractéristiques des impulsions émises par la sonde 20 s'effectue à travers le câble 38 entre le dispositif 34 et les appareils d'analyse, schématiquement représentés par 36; l'ensemble de la sonde 20, du circuit 32 et du dispositif selon l'invention 34 est situé dans un trou de forage 40, et à une distance z du sol, qui peut atteindre plusieurs milliers de mètres. Le câble 38 est destiné avant tout à supporter ces appareillages et à assurer l'alimentation électrique cies divers organes de la sonde. C'est donc un câble qui possède de très bonnes qualités mécaniques mais qui n'est pas adapté à la transmission de signaux électriques.La remontée en surface des informations recueillies au niveau de la couche de côte z, peut néanmoins s'effectuer par ce câble, malgré ses qualités électriques médiocres, grâce au procédé et au dispositif selon l'invention. Dans cette application, la caractéristique de l'impulsion que l'on utilise est souvent son amplitude crête. Le circuit 34 est donc réalisé suivant la variante correspondante indiquée plus haut. Le traitement des signaux consiste schématiquement à effectuer la spectrométrie des amplitudes, à comparer le résultat de cette mesure à des spectres de référence et à en déduire la présence et le dosage de certains éléments constitutifs des réservoirs pétrolifères. Cette spectrométrie peut s'effectuer au moyen d'un analyseur 36 du type sélecteur multicanaux. Chaque canal du sélecteur est repéré par une adresse et chaque impulsion, suivant son amplitude, vient se ranger dans un des canaux de l'analyseur, sous forme d'un "coup". Dans le cas particulier où l'on s'est placé pour effectuer la description du dispositif de la figure 1, le compteur 6 possède sept cellules et permet donc d'obtenir à sa sortie, un signal binaire à sept digits pouvant traduire les 128 premiers nombres (27=128). Le nombre affiché dans le compteur 6 étant proportionnel à la valeur de la caractéristique de l'impulsion que l'on désire transmettre, le signal digital binaire transmis par le câble 38 représente donc l'adresse du canal de l'analyseur 36 ou l'impulsion correspondante doit être comptée. On voit don-c que l'utilisation du dispositif 34 selon l'invention permet, dans la chaîne de spectrométrie de la figure 4, d'utiliser directement en surface un appareil analyseur de type multicanaux dépourvu-de circuit d'entrée déterminant l'adresse de l'impulsion à compter. Dans le cas particulier envisagé cet analyseur 36 doit naturellement posséder au moins 128 canaux. Si le taux d'arrivée des impulsions Issues de la sonde est très élevé, on peut utiliser ainsi qu'on l'a expliqué, un dispositif comprenant une mémoire tampon, ce dispositif pouvant être du type de celui décrit dans la demande de brevet mentionnée plus haut. REVENDICATIONS 10) Procédé d'analyse à distance de la composition chimique d'un milieu situé au voisinage d'un point de sondage, caractérisé en ce qu'on recueille en ce point des rayonnements issus dudit milieu, on traduit ces rayonnements en signaux électriques, on détecte au moins une caractéristique desdits signaux, on code chacune desdites caractéristiques sous forme d'un signal digital, on transmet sur un câble ledit signal digital et on effectue à l'autre extrémité du câble l'analyse desdits signaux digitaux. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on émet en direction dudit milieu un rayonnement excitateur, les rayonnements issus du milieu étant consécutifs à cette excitation. 30) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part une sonde constituée par un détecteur de rayonnement et d'autre part un circuit de détection d'au moins une des caractéristiques desdits signaux électriques, un circuit de codage digital constitué par une pluralité de cellules et associé à un organe de lecture, un circuit de commande dudit organe de lecture, un connecteur de liaison au câble de transmission et à l'autre extrémité du câble un dispositif d'analyse. 40) Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ladite sonde comporte en outre un générateur de rayonnement excitateur. 50) Dispositif selon la revendication 4 dans lequel ledit générateur est un générateur de neutrons pulsé. 60) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que les signaux électriques étant des impulsions, l'analyseur est du type sélecteur digital multicanaux et-en ce que ledit signal digital transmis représente l'adresse-du canal de l'analyseur où l'impulsion correspondante doit être comptée. 70) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que, les signaux électriques étant des impulsions et la caractéristique à transmettre étant l'amplitude desdites impulsions, le circuit de codage comprend un convertisseur amplitude temps, une horloge et une porte logique qui reçoit les signaux émis par l'horloge et qui est commandée par les signaux émis par le convertisseur. 8 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que ledit câble de transmission étant constitué d'une pluralité de conducteurs isolés en nombre supérieur au nombre de bits à transmettre, ledit connecteur relie chaque cellule du c recuit de codage à l'un desdits conducteurs du câble.