Brevet FR2354589A1 — publié le 19780106

La présente invention a trait à un système de guidage automatique d'un véhicule au-dessus d'une structure allongée magnétique. Elle concerne, plus particulièrement, un système de guidage automatique de déplacement d'un véhicule sensiblement au-dessus d'une masse magnétique ayant une structure allongée et en suivant le tracé de cette structure. Un tel système, transporté en partie par un véhicule notamment sous-marin, utilise des moyens magnétiques permettant de détecter la perturbation transversale du champ magnétique terrestre apportée par la structure. Les moyens magnétiques fournissent une pluralité de signaux électriques représentatifs de cette perturbation transversale et ces signaux sont traités de manière à obtenir en sortie des signaux de commande capables de guider le déplacement du véhicule le long de la structure. La présente invention concerne plus particulièrement la localisation, la détection et le pistage du tracé emprunté par une canalisation sous-marine en acier, enterrée ou non, par exemple un pipe-line ou gazoduc. Un système de détection électromagnétique du type détecteur de mines, dit "poële à frire", est connu ; il permet, sur terre, de détecter des objets métalliques à faibles distances Cependant, ce système est dficilement applicable dans le cas d'utilisation considérée, car la portée de détection est alors entre 1 et 8 mètres dans un milieu conducteur, et en présence d'un véhicule porteur mztallique. La perturbation apportée par le pipe est généralement détectable par les procédés classiques de détection de masses magnétiques immergées en utilisant, par exemple, un magnétomètre. Cependant, dans le cas d'un pipe, la forme de la perturbation est très variable selon l'orientation géographique, la présence de champ permanent dont les caractéristiques varient d'un tronçon à un autre, la présence éventuelle d'une protection cathodique de la canalisation, les aimantations dûes à la soudure à l'arc, et les indications dlrectes fournies par un seul magnétomètre, utilisé en valeur absolue ou en gradient-mètre, ne suffissent pas à assurer le guidage d'un véhicule sous-marin porteur du magnétomètre. Il existe plusieurs types de magnétomètres et on peut citer les magnétomètres à résonance magnétique et les magnétometres du type flux-gate. Les magnétomètres à résonance, qui sont très sensibles, présentent l'inconvénient d'hêtre intolérants aux gradients élevés et obligent à détecter loin du pipe, ce qui est gênant dans la mesure où le véhicule sous-marin veut s > en approcher suffisamment près pour observer d'éventuels défauts et les localiser exactement pour permettre une intervention. D'autre part, les magnétomètres directionnels du type flux-gate, par exemple suivant la description donnée dans un brevet rrançais nO 1 388 894, doivent obligatoirement fonctionner en gradient-mètre, car le véhicule porteur est soumis à des mouvements de roulis-tangage ; il présente alors les inconvénients de nécessiter un support rigide et d'avoir à se prémunir contre des changements de phase dAs aux passages d'un tronçon du pipe à un autre. Il sera donc avantageux d'utiliser des magnétomètres de type flux-gate triaxiaux qui fournissent la va leur du module du champ magnétique mesuré selon un procédé connu dont on trouvera la description dans la demande de brevet français nO 74 41520. Ces magnétomètres consomment peu d'énergie et sont très tolérants au gradient de champ. Leur sensibilité est compatible avec le type de perturbation à détecter et ils peuvent travailler à une distance très faible de la masse magnétique. Brièvement dit, le système proposé comporte plusieurs magnétomètres de type flux-gate triaxiaux combinés avec un disposés tif de traitement des signaux électriques fournis par les magnétomètres ; les signaux de sortie résultants constituent-les signaux de commande imposant la route moyenne à suivre par le véhicule. Selon l'une des caractéristiques de la présente invention, un système de guidage d'un véhicule au-dessus d'une structure allongée magnétique est principalement caractérisé en ce qu'il comporte des moyens magnétiques de mesure de la perturbation transversale du champ magnétique terrestre créé par ladite structure et un dispositif de traitement des signaux électriques fournis par lesdits moyens magnétiques , en ce que dans la combinaison formant ledit système, lesdits moyens magnétiques sont constitués par N magnétomètres de type flux-gate triaxiaux supportés par ledit véhicule mesurant le module du champ magnétique et disposés symétriquement à gauche et à droite dudit véhicule,et en ce que ledit dispositif de traitement élabore deux signaux caractérisant ladite perturbation transversale respectivement mesurée à gauche et à droite dudit véhicule, et élabore à partir de ces signaux, d'une part la somme qcli fournit ltinformation assurant la détection de ladite structure, et d'autre part, la différence qui fournit l'information déterminant la commande du moyen de guidage dudit véhicule le long de et au-dessus de ladite structure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple en se référant aux figures annexées qui représentent La figure 1 : une vue synoptique du système proposé La figure 2 : un schéma synoptique d'une réalisation préférée du dispositif de traitement, complété par les diagrammes des signaux fournis par l'horloge du dispositif ; et La figure 3 : une courbe illustrant un exemple d'image de la perturbation observée. La figure I montre une représentation synoptique du système. La perturbation du champ magnétique transversale au pipe 7, est mesurée au moyen de plusieurs magnétomètres 1, six sur la figure, disposés sur une base-support 2 perpendiculaire à l'axe du véhicule porteur autopropulsé 3 ; ce véhicule comporte de préférence tous les équipements nécessaires à sa propre navigation à une altitude de l'ordre de quelques mètres au-dessus du fond, et indispensables à la connaissance de sa position par rapport au bâti ment de surface 5 auquel il est relié par un eâble électrique 4. Par ce câble 4 transitent notamment les différents signaux de commande nécessaires au guidage du véhicule 3 ainsi que les signaux des données mesurées par les magnétomètres. Les magnétomètres 1 sont disposés symétriquement par rapport à l'axe du véhicule 3, sur des bras de la base-support 2, repliables par exemple, situés de chaque côté du véhicule. Ces magnétomètres sont équidistants : leur nombre et leur.intervalle de séparation sont choisis de manière à échantilloner spatialement la perturbation du champ magnétique transversale au pipe 7. Un dispositif de traitement 6, disposé dans le bâtiment de surface 5, élabore deux signaux VG et VD qui sont caractéristiques de la perturbation transversale existante respectivement à gauche et à droite du véhicule ; ceci est réalisé en prenant en compte séparémment les signaux électriques issus des magnétomètres 1 situés à gauche et à droite du véhicule 3. Le guidage du véhicule au-dessus du pipe 7 est obtenu par l'intermédiaire de signaux de commande résultant de l'élaboration dans le dispositif de traitement 6, d'une part d'un signal somme VG + VD et d'autre part d'un signal différence VG - VD. Le signal somme fournit l'informatiofl permettant de vérifier au cours du pistage si le contact avec le pipe est maintenu, tandis que le signal différence fournit l'information permettant l'orientation du véhicule par tout moyen de guidage convenable, par exemple, un gouvernail 8. Un schéma synoptique d'une réalisation préférée du dispositif de traitement est représentée sur la tigure 2. Les signaux M1, M2,... Mi,...MN, indiqués dans le bloc 20 et provenant des N magnétomètres 1 disposés sur la base-support 2, N étant un nombre pair, sont traités séquentiellement grâce à un multiplexeur 21 à la cadence T d'un signal So produit par une horloge 22;à une cadence N fois plus faible, fournie par un signal Sw de l'horloge 22 , on détermine dans un générateur e moyennes 23 la valeur moyenne Mm des signaux telle que Après soustraction en 24 et détection en 25, on obtient soit des écarts quadratiques centrés (Mi - Mm)2 si la détection est quadratique, soit des écarts centrés en valeur absolue (Mi 1 Mm1 si la détection est linéaire.Ces écarts sont ensuite séparés en deux groupes qui correspondent respectivement aux magnétomètres 1 situés à gauche et à droite du véhicule. Chaque groupe de signaux est intégré respectivement en 26 et 27 pendant une durée t pour fournir les signaux VG et VD représentatifs de la quantité dt dans le cas d'une détection quadratique, et dt dans le cas d'une détection linéaire. La vitesse du véhicule est maintenue aussi constante que possible. Les signaux VG et VD sont disponibles en sortie à une cadence en temps qui est égale à la durée d'intégration ; compte tenu de la vitesse du véhicule, cette durée est choisie suffisamment petite pour éviter tout risque de perdre le pipe-line. D'autre part, par soustraction en 28 et addition en 29 des signaux intégrés, on obtient après division en 30 un premier signal différence (VG - VD) / (VG + VD) dont la valeur est utilisée dans un circuit d'asservissement pour commander la route du véhicule. D'autre part et simultanément, par comparaison en 31 du signal somme VG + VD avec une valeur préétablie de seuil, appliqué à la borne 32, on obtient un deuxième signal permettant de juger s1il y a toujours, ou non, la présence du pipe et produire un signal d'alerte en cas de depassement. Cette valeur de seuil est déterminée par les caractéristiques magnétiques du pipe qui dépendent de ses dimensions, du matériau, etc. et,elle est réajustable au cours du pistage. Ainsi en sortie du dispositif de traitement 6, on obtient deux signaux qui sont envoyés dans un dispositif conventionnel de commande de navigation et d'alerte 33. Avantageusement, la visualisation des écarts centrés sur l'écran cathodique X, Y d'un indicateur 34 permet une vérification permanente des mesures effectuées et le guidage manuel du véhicule en cas de perte de contact avec le pipe. Suivant une variante du dispositif, on élabore les écarts par rapport à une valeur Mo d'un champ de référence, préalablement mesuré loin du pipe, soit (M. - M0 Y2 ou JMi - Mol . Le dispositif peut être muni avantageusement des deux possibilités d'élaborerles écarts par rapport à la valeur moyenne du champ Mm et par rapport à la valeur du champ de référence M . D'autres traitements des signaux M. peuvent être réalisés. En particulier on peut, par exemple, regrouper différemment les écarts obtenus, permettant d'obtenir un signal de différence caractérisant bien la perturbation magnétique transversale au pipe. D'autres réalisations du dispositif de traitement sont possibles, notamment avec des circuits numériques, les signaux Mi étant convertis en échantillons numériques. Le dispositif de traitement s'apparente alors à un calculateur. Suivant une réalisation, la longeur L de la base-support 2 des magnétomètres 1 est de l'ordre de grandeur de la largeur B de la perturbation magnétique transversale au pipe ; une longeur X de quelques mètres convient. L'échantillonnage spatial de la perturbation est fonction du nombre N de magnétomètres qui est choisi, pour que les écarts mesurés soient représentatifs et caractérisent la forme de cette perturbation comme par exemple, illustré sur la figure 3. Ce choix est avantageusement réalisé en ajustant le nombre de paires de magnétomètres en service. Le véhicule sous-marin 3 effectuant l'observation du pipe 7 navigue à faible vitesse, de l'ordre de quelques noeuds. En admettant un rayon de courbure minimal du pipe de 50 mètres environ et une erreur latérale de pistage de l'ordre d'un mètre, la durée t d'intégration est inférieure à 2 secondes pour une vitesse maximale de 10 noeuds. Par ailleurs l'échantillonnage temporel, à la période T, des signaux Mi est choisi de telle manière que la distance parcourue par le véhicule porteur soit pratiquement négligeable pendant la durée NT. On ainsi décrit un système simple capable d'effectuer le pistage d'une masse allongée magnétique, par exemple un pipe-line sous-marin l'information permettant ce pistage est obtenue sans imposer au véhicule porteur sous-marin un mouvement particulier qui peut être difficilement compatible avec les autres équipements du véhicule tels que des caméras de télévision ; la route moyenne du véhicule sera proche du pipe et parallèle à celui-ci avec des déplacements transversaux faibles par rapport à lui ; le système est passif vis à vis du pipe le système fonctionne pour toute forme de la perturbation magnétique transversale et pour toutes variations longitudinales de cette perturbation l'alignement des magnétomètres sur leur support et la rigidité de ce support ne sont pas critiques; la fiabilité est bonne, les magnétomètres étant de fabrication courante. Il est à noter que le système est, moyennant des adaptations, applicable à des véhicules terrestres, notamment du type dit à "coussin d'air" et que la masse magnétique peut etre un cabale armé anteir8. REVENDICAXIONS 1. Système de guidage d'un véhicule au-dessus d'une structure allongée magnétique, caractérisé en ce qutil comporte des moyens magnétiques de mesure de la perturbation transversale du champ magnétique terrestre créé par ladite structure (7), et un dispositif de traitement (6) des signaux électriques (M.) fournis par lesdits moyens magnétiques, en ce que dans la combinaison formant ledit système, lesdits moyens magnétiques sont constitués par N magnétomètres (1) de type flux-gate triaxiaux supportés (2) par ledit véhicule (3) mesurant le module du champ magnétique, et disposés symétriquement à gauche et à droite dudit véhicule et en ce que ledit dispositif de traitement 46) élabore deux signaux (VG et VD) caractérisant ladite perturbation transversale respectivement mesurée à gauche et à droite dudit véhicule, et élabore, d'une part la somme (VG + VD) qui fournit l'information assurant la détection de ladite structure, et, d'autre part, la différence (VG - VD)/( VG + VD) qui fournit l'information déterminant la commande du moyen de guidage (8) dudit véhicule le long de et au-dessus de ladite structure. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement (6) comporte un générateur de moyennes (23) permettant d'obtenir la valeur moyenne des signaux fournis par les N magnétomètres et (20) > un multiplexeur (21) des signaux fournis, un soustracteur (24) / un détecteur (25) élaborant séquentiellement les écarts, (M. - M 2 i m ou Mi - Mm 1 entre le signal échantillonné (Mi) et le signal moyen (Mm)* 3.Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement (6) comporte un multiplexeur (21), un soustracteur (24), et un détecteur (25) élaborant séquentiellement les écarts (M. - Mo)2 ou iMi - M0J , Mo étant la valeur d'un champ magnétique de référence. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits signaux caractérisant la mesure faite à gauche et à droite (VG et VD) sont obtenus par intégration (26, 27) dans le temps desdits écarts qui correspondent respectivement aux signaux échantillonnés M. des magnétomètres (1) situés à gauche et à droite du véhicule (3), la durée d'intégration étant choisie pour assurer une cadence des informations de ladite somme (VG + VD) et de la différence (VG ~ VD)/ (VG + 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits magnétomètres (1) sont équidistants entre eux et symétriques par rapport à I'axe du véhicule (3), et en ce que leur distance de séparation et leur nombre N sont choisis pour que ladite perturbation transversale du champ magnétique terrestre soit suffisamment échantillonée spatialement 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit véhicule (3) est un véhicule sous marin. 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit véhicule (3) est un véhicule du type à "coussin d'air". 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des paires des magnétomètres (1) en service est ajustable.