Brevet FR2270587A1 — publié le 19751205

La mesure de la distance parcourue par un bateau en cours de navigation constitue une des données de navigation à l'estime. Les lochs utilisés pour cette mesure sont constitués par une silice remorquée à l'carrière du bateau, entrainant un compteur totalisateur de nombre de tours d'hélice. Connaissant le pas de l'hélice on a ainsi une mesure de distancs. L'hélice remorquée étant assez mal commode on a plus récemment créé des capteurs à hélice placés directement sous la coque de bateau. L'hélice est en général couplee à un aimant- qui émet un signal utilisé pour le comptage de la distance. En dépit, de sa simplicité ce système présente un certain nombre d'inconvénients ; une hélice est caractérisée par son avance par tour ; cette grandeur nrest pas constante, elle est influencée par le coefficient de frottement de l'hélice sur son support, coefficient qui davient très important pour un capteur rétractable au travers d'un pass-coquo de faible dimension. Le coefficient de frottement n'a pas une valeur stable, il est soumis à la portance ou la trainée de l'hélice, fonction du mouvement relatif vaques-bateau et de l'incidence de l'angle formé par l'axe de l'hélice et la direction du déplacement llé aux angles de gites et de dérive qui perturbent l'écou- lement et pad conséquent la rotation de l'hélice ; il ne faut pas négliger non plus l'action des coquillages et la réaction éleetromagnétique due à la rotation de l'hélice. Enfin, les algues, les épaves, peuvent très facilement bloquer l'hélice. L'emploi d'un sab@e de protection en avant de lthélice n'est efficace que dans une certaine mesure contre les épaves, le problème des algues restant entier ; la train provoquée par cet accessoire provoque une erreur supplémentaire. FIG.1 FIG.2 6- Intégrateur numérique suivant la revendication 4 caractérisé par un comparateur émettant un nombre d'impulsions proportionnel à la vitesse au cours d'une exploration de la rampe. 7- Intégrateur numérique suivant les revendications 4 et 5 caractérisé par l'emploi d'un diviseur associé à un compteur totalisateur ayant une capait prédéterminée constante assurant l'intégration par accumulation successive des impulsions émises conformément au ei inregistrant la distance parcourut. 8- Loch suivant les revendications 1, 2* 4 > 5 6 et 7 caractérisé par la mesure de la distante parcourue 9- Loch suivant les revendications de 1 à 7 caractérisé par la combinaison simultanée de la distance parcourue et de la vitesse. 10-Loch suivant la revendicatian 9 caractérisi par un dispositif de mesure des faibles variations de vitesse au tour d'un point de la gamme. 11- Intégration numérique suivant les revendications 5 à 7 permettant l'intégration d'un signal analogique délivré par un capteur mesurant une grandeur physique tel que accéléromètre, wélocimètre, gyromètre, et délivrant simultanément cette information sous forme numérique ainsi que sa valeur intégrale sous cette mame forme. REVENDICATIONS 1- Loch à pression différentielleeSS-etstiné à la mesure de la vitesse et a l'intégration de la distance parcourue par un bateau, caractérisé par l'emploi d'une prise de pression sous-marine comportant 2 cavités octhcgonales effectuant les mesures des pressions statiques et dynamiques. 2- Lech à pression différentielle suivant la revendication 1 caractérisé par l'emploi dtin capteur de pression différen- tiells associé à la prise de pression sous-marine. 3- Indicateur de vitesse à pression différentielle suivant les revendications 1 et 2 caractériel par l'emploi d'un dispositif extracteur de racine carrée monté à la sortie du capteur et procurant une information linaire en fonction de la vitesse, 4- Loch à pression différentielle suivant les revendications 1 et 2 caractérisé par l'emploi d'un dispositif extracteur de racine carrée monté à la sortie du capteur et procurant une information linéaire en fonction de la vitesse. 5- Loch suivant les revendications 1 à 3 ou 1 à 4 caractérisé par l'emploi d'un intégrateur numérique comportant une horloge de référence, un générateur de rampe en dent de scie caractérisé par une durée d'exploration constante du nombre de palier de la rampes effectuant l'intégration par le O icul du temps nécessaire à franchir una distance prédéterminée en fonction de la vitesse. L'intégration récurrent que nous avons décrit est également capable à partir d'une information de vitesse angulaire analogique de la traduire en information numérique et simultanément de réaliser l'intégration de cette vitesse en indiquant le déplacement, également sous forme numérique le choix de la fréquence d'horloge et de la tension de conversion permettant dtadapter parfaitement ces 2 mesures. D'une manière plus générale on peut b la fois convertir sous forme digitale l'information d'un capteur analogique et disposer simultanément de l'intégrale des informations également sous forme digitale. d'où une trèè grande précision ; cette méthode peut être appliquée à la fois à l'instrumentation et aux calculateurs. Parmi les applications du dispositif objet de l'invention, on peut citer l'emploi sur avion, en liaison avec un tube de Pitot ou un venturi, avec correction éventuelle de la température et de la pression qui ne posent pas ce problème particulier, csme sur le loch on dispose simultanément d'une échelle de vitesse linéaire et de la mesure de la distance parcourue. D'une matnière plus générale, cette invention s'applique aux mesures de vitesse de fluide liquide ou gazeux, faisant intervenir une mesure différentielle de pression (capteur 50us-marin, tube de Pitot, venturi, diaphragme...) en effectuant simultanément la mesure de la vitesse ou du débit l'intégration correspondante d'un un volume @@@@@ la quantité ccnsommbe. Ces mesures sent très courantes dans l'industrie. Toutes sortes. L'exploitation de ces mesures sont possibles sous différentes formes d'enregistrement, calculateur, commande d'asservissement ... Une autre application concerne le prélèvement de quantité prédéterminée avec précision pour des besoins d'analyse en particulier, dans les processus automatiques, le diviseur ou le totalisateur sont alors adaptés à cette fonction. La conduite automatique des controles de production thermique d'énergie ou de chauffage est une importante application. en particulier pour la mesure des imbrulés. = = mt Le nombre d'impulsions m produit à chaque exploration est totalisé dans le compteur totalisateur 17. Le diviseur 12 de capacité 2P qui le précède a pour but d'adapter lasortie de l'intégration numérique à l'étalonnage en distance du campteur totalisateur compte tenu des paramètres déjà mentionnés.En fait, le diviseur fait parti du compteur, il peut être des types les plus divers : binaire, décimal, asynchron-e, synchrone ou prédétrminé, le confomateur d'impulsions représenté en 13 à pour but d'assurer la sécurité du déclenchement du compteur totalisateur commandé par le transistor 16 que l'on peut éventuellement remplacer paoun thiristor ou un trias L'intégration de la distance s'effectue par récurrence en calculant l'intervalle de temps at nécessaire pour enregistrer une espace Aux :: constante en fonction de la vitesse, L'enregistrement dgune unité de distance sur le totalisateur à lieu lorsque la capacité du diviseur 2 est atteinte. L'intégration par récurrence réalise Le produit m dt réalise l'intégration de la vitesse par un calcuI récurrent. La méthode d'intégration numérique que nous venons de décrire est tout à fait général ; les capacités des compteurs réalisés en circuits intégrés atteignent 221, les temps d'horloge peuvent descendre à quelques ns, d'où la possibilité de récurrence très rapide avec un grand nombre de paliers sa valeur est constante et liée directement à l'horloge. L'exploration est répétitive et reprend le niveau O dès que la valeur 2n est atteinte. Désignons par e vB la tension analogique de la vitesse bateau appliqué à l'entrée 22 du comparateur 24 dont l'entrée 23 est reliée à la sortie du générateur de rampe donc à la tension en dent de scie. La comparateur change d'état d'équilibre lorsqu'il y a conIncidence entre le niveau de la cension analogique à intégrer de la vitesse du bateau e et du palier de dent de vh scie correspondant à ce niveau il décompose la durée d'exploration en deux périodes t1 et t2 correspondant 2 respectivement aux niveaux O et 1 du comparateur ; t1 = est une mesure de vb transformés en temps. La tension de sortie ec du comparateur 24 représentée figure 5 planche Il résulta du type de compteur utilisé (TTL ou cos-mos)- ; le principe de la présente invention est applicable à d'autres modèles. L'emploi des portes nand 25 et 26 cité également à titre d'illustration sont fonction du type de compteur utilisé, les réserves ci-dessus étant étalement applicables, ces portes permettent d'inverser le niveau de tl et de t 2 ep figure 6. La porte 26 reçoit simultanément les signaux de l'horloge et de la porte 25, il en résulte le signal es figure 7 planche II qui démontre que la porte à laisser passer un nonbre d'impulsions d'horloge correspondant à la durée #t t; lorsque t2 est à O l'horloge est bloquée jusqu'à la fin de la durée d'exploration T. Le nombre d'impulsions ainsi produites est par consttuction un multiple entier m du nombre de palier analysé avant la coïncidence ; m est proportionnel à la tension d'ntrée, donc à la vitesse bateau. m est la mesure sous forme numérique de la vitesse bateau m - Ke1 = E (VB) en introduisant la durée s'@@@@@@tion T obtient ainsi une tension el qui est fonction linéaire de la vitesse. 1 h La constante K peut, en outre, faire intervenir une certaine amplification du signal pour être compatible avec les caractéristiques de l'intégrateur. L'extraction de la racine carrée est réalisée sn 7. Le circuit 8, est un convertisseur délivrant les deux tensions synétiques nécessaires au fonctionnement du circuit 7 L'extraction de la racine carrée peut s'effectuer par plusieurs procédés, citons notamment : générateur de fonctions simulant la fonction requise par anprQximation de droites succéssives déclenchées à différents niveaux par des diodes, par modulation, par amplificateurs logarithmiques, par méthode numérique, la mesure de la vitesse est effectuée en valeur analogique sur un moniteur de l'appareil en 15 et à distance sur le répétiteur de pont en l, la valeur numérique de la vitesse est également disponible (cf p 5 ≈30). La figure 2 planche I représente le convertisseur analoguedigital intégrateur I1 comprend un générateur de signaux rectangulaires 18 dont la fréquence jouant le rible d'horloge la durée de la période th est choisie judicieusement pour faire correspondre l'étalonnage de la vitesse bateau avec le compteur totalisateur de distance comme indiqué ci-après, si l'on désire une précision très élevée cette horloge peut titre pilotée par quartz, la fréquence étant obtenue par une division appropriée; il alimente un compteur d'impulsion 21 de 2n bits monté en générateur de rampe ; les commandes automatiques de remise 9 zéro et de comptage sont assurés par l'ensemble logique OU-NON lg et la bascule O : 20 schématisé à titre d'exemple. La figure 3 de la planche II représente la tension de sortie eh de l'horloge, la figure 4 montre que l'on dispose d'une analyse en dent de scie de la tension de sortie du générateur de rampe e gr ; cette tension comprend 2n paliers de durée th ; la durée d'=xpfoiration de la dent de scie T est : T=2n th actuelle et dss circuits intégrés La figura 1 représente le schéma d'ensemble des fonctions du loch a pression différentielle. La prise de pression sous-marins 1 figure 1 dont le montage est illustré plus en détail figure 8 planche II, est rétractable de l'intérieur du bateau, grace au passe-coque 27. La sens de déplacement du bateau est figuré en 28 grace aux 2 cavités octhogonales captent la pression statique due à l'immersion p1 : 29 et la pression dynamique @2 : 3030, à l'aide de la cavité perpendiculaire au déplacement du bateau t 31. La pression differentielle à pour valeur b étant la vitasse relative du bateau, me le passe spécifique de l'eau à la température # et g l'accélération de la apesanteur. Le capteur de pression différentielle 2 figure 1 est raccordé aux sertis 32 -33-figure 8 pl II de la prise de o;I pression sous- marine, procure une information électrique e: e = So dP ou S est la sensibilité du capteur. e Tous les dispositifs utilisés dans les capteurs de pression différentielle peuvent être mis en oeuvre ; l'exemple de la figure 1 suppose l'emploi d'un capteur à transformateur différentiel. La tension a est obtenus par exemple à partir du régulateur 3 alimentant éventuellement un oscillateur 4 suivi d'un potentiomètre de réglage 5 et d'un amplificateur de puissance 6 ; dans cet exemple la capteur délivre une information analogique de la pression La mesure de la vitesse est obtenue à partir des relations précédentes par extraction de la racine carrée de la vitesse est COPY. qui à uns certaine constante près/celle de la ténsion on