Brevet FR2558664A1 — publié le 19850726

La présente invention concerne les répéteurs destinés à régénérer le signal d'un circuit de transmis- sion numérique sous-marin. Etant donné l'apparition des circuits numériques optiques à grande vitesse, il est important que les composants opto-électroniques soient convenablement protégés contre les conditions très sévères régnant sous les eaux. Il est important d'empêcher l'entrée de gaz et d'humidité et d'assurer une protection conve- nable entre les canaux du répéteur. Le brevetbritannique n 815 837 décrit un joint entre câbles électriques et, à première vue, il est semblable à une liaison moderne de télécommunications sous-marines dans la mesure o le répéteur de la liaison joue le rôle d'un joint formé entre des parties adjacentes de câbles de la liaison. Ce document décrit l'utilisation de boîtiers étanches (1) contenant des bobines de pupini- sation, mais les composants ne sont pas par ailleurs enfermés de manière étanche et l'arrangement ne se prête pas à la satisfaction des critères très divers fixés dans les installations modernes. L'invention concerne un arrangement qui permet une bonne protection, une excellente étanchéité et une grande souplesse pour la satisfaction des divers critères fixés par la conception des circuits. Plus précisément, l'invention concerne un répéteur numérique destiné à un circuit de transmission optique qui comporte un boîtier externe étanche et qui se caractérise en ce que, pour chaque paire de fibres du circuit, il comporte deux modules de régénéra- tion (20, 60), enfermés de manière étanche indépendamment et ayant-des composants électroniques et opto-électroniques assurant la régénération des signaux dans chacune des fibres, et un module supplémentaire d'alimentation (70), enfermé de manière indépendante et destiné à alimenter tous les modules de régénération. L'invention concerne aussi un répéteur numérique destiné à un circuit de transmission optique, comprenant un boîtier externe ayant une surface interne, ce répéteur étant óftaztérisé en ce qu'il est sous forme dJun A e l, modulaire (30, 60, 70) placé dans le boîtier contenant les composants électroniques et opto-électroniques (22, 23, 24, 25), l'ensemble étant enfermé de manière étanche, et des espaces sont délimités entre l'ensemble et la surface interne du boîtier (1), des conducteurs optiques (6, 7) étant disposés dans ces espaces afin qu'ils permettent l'échange des signaux optiques avec les composants opto-électroniques (8, 9) de l'ensemble. L'invention concerne aussi un répéteur optique destiné à un circuit immergé de transmission optique, comprenant un boîtier tubulaire résistant à la pression, une cloison résistant à la pression, à chaque extrémité, les cloisons étant fixées de façon amovible au boîtier, une garniture de passage de câble résistant à haute pression, fixée de façon amovible à chaque cloison, et un châssis placé à l'intérieur du boîtier, le châssis étant relié électriquement et optiquement aux. deux câbles passant dans les garnitures; ce répéteur est relié physiquement (90) à l'une des cloisons (2), et un dispositif d'alimentation optique (6a, 7a) et un dispositif d'alimentation électrique (4a). sont placés entre le châssis (100) et le câble (5) de l'autre cloison (3), les dispositifs d'alimentation (4a, 6a, 7a) étant maintenus dans un organe élastique enroulé en hélice (151), si bien que la cloison (2) et le châssis qui lui est fixé (30, 60, 70, 100) peuvent être retirés par l'extrémité, alors que l'intégrité des alimentations électrique et optique est conservée à l'autre extrémité. L'invention concerne aussi un répéteur optique destiné à un circuit immergé de transmission optique, comprenant un boîtier tubulaire résistant à la pression, des composants opto-électroniques placés dans le boîtier, une cloison résistant à la pression, fixée de façon amovible au boîtier, une garniture fixée de façon amo- vible dans la cloison, et un câble de queue fixé de manière étanche à la garniture, des fibres optiques erant montées entre le câble d'une part et les composants opto-électroniques du répéteur d'autre part, celui-ci ayant un support élastique enroulé qui porte les fibres optiques, si bien que la garniture peut être retirée de la cloison ou remontée sur celle-ci, le support s'allongeant ou se rétrécissant comme un ressort pendant ces manoeuvres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 représente une partie d'un répéteur optique selon un mode de réalisation de l'invention; les figures 1A, lB, 1C et 1D représentent des détails de la figure 1, à différentes échelles; la figure 2 représente, en perspective, une partie de l'appareil de la figure 1, à plus grande échelle; la figure 2A représente un détail de la figure 2; la figure 3 représente schématiquement une partie de la procédure de montage; la figure 3A représente un détail des disposi- tifs des figures 3, 4, 5 et 6 à plus grande échelle; la figure 4 représente schématiquement un autre aspect de la procédure de montage et d'essai; la figure 5 est une coupe schématique à plus grande échelle d'une extrémité du répéteur de la figure 1; et la figure 6 est une coupe schématique d'une partie de l'ensemble pendant la procédure de montage et d'essai, représentant plus précisément la garniture d'un câble sous-marin. La figure 1 représente un répéteur sous-marin qui comporte un bottier métallique 1 résistant à la pression, formé d'acier et fermé de manière étanche par des cloisons 2 et 3 à ses extrémités. Des câbles 4 et 5 à fibres optiques sont fixés aux cloisons qu'ils traversent de manière étanche et ont aussi un conducteur d'alimentation tel que 4a (figure 3A) destiné à trans- mettre de l'énergie électrique au répéteur afin que le circuit soit alimenté. La technique mise en oeuvre pour la coopération étanche du câble, du conducteur d'alimentation et des fibres avec la cloison, ainsi que d'autres caractéristiques de répéteur, sont décrites dans les demandes de brevets britanniques n 2 058 484, 84.01 447 et 84.01 432. Les cloisons 2 et 3 contiennent chacune une chambre étanche (non représentée) dans laquelle les fibres optiques 6 et 7 sont épissées et les fibres dépassent de la chambre sur un support 161 (figure ) passant dans la cloison radialement ou radialement et circonférentiellement, et suivant un trajet à courbure progressive, en direction longitudinale, vers le laser à semi-conducteur d'injection placé dans le boîtier 8 et la diode 9a de type PIN FET, et un boîtier amplifica- teur de réception 9b placé dans un ensemble 9. Les deux boîtiers et les ensembles sont enfermés herméti- quement. Le boitier 8 du laser coopère de manière étanche avec une ouverture 10 inclinée vers l'axe longitudinal du répéteur et mieux représentée sur la figure 2, et l'ensemble 9 a des fils 9c de connexion placés entre le boîtier amplificateur de réception 9b et le boîtier ou carter 21, l'ensemble coopérant hermétiquement avec les deux. La figure 2 représente un module 20 d'émission et de réception comportant un carter métallique 21 ayant huit faces à sa circonférence. Quatre des faces ou côtés 22, 23, 24 et 25 assurent les 'connexions élec- triques et optiques, soit des interconnexions entre ce module et le module adjacent ou coopérant, soit des connexions d'entrée ou de sortie d'énergie électrique ou de s.ignaux optiques, échangées avec le câble sous- marin 4 ou 5. Les quatre autres faces ou côtés 26, 27, 28 et 29 portent des dispositifs de transfert de chaleur 30, 31, 32 et 33, isolants électriques, condui- teurs de la chaleur et élastiques, assurant la formation d'un bon trajet de transmission de chaleur entre le module et le boîtier métallique 1. Chaque dispositif de transmission de chaleur tel que 30 comprend une partie 40 en forme de bottier formée d'un matériau isolant de l'électricité et conduc- teur de la chaleur, par exemple d'alumine, dont la partie inférieure 40 est fixée par exemple par une colle conductrice de la chaleur, à la face 26. Un élément 41 en U formé de laiton, ayant des fentes 42 dans les parois latérales 43 de l'élément 41, est placé à l'inté- rieur de la partie 40. La partie 41 est en bonne relation d'échange de chaleur avec la base du boîtier 40. Un certain nombre de lattes métalliques transversales telles que 44 comportent deux pattes 45 et 46 assurant le positionnement dans la fente 42 placée en regard, et des ressorts métalliques 47 repoussent les lattes 44 vers l'extérieur. La surface des lattes 44 est en appui contre la face interne du bottier 1 lorsque le module est placé dans ce dernier, avec une faible compression des ressorts 47. Le rôle des dispositifs de transmission de chaleur tels que 30 est d'assurer une élévation de température des composants électroniques et notamment de la diode laser, aussi faible que possible au-dessus de la température ambiante du boîtier 1 du répéteur qui se trouve au fond de la mer et qui est normalement proche de 4 C, sauf dans les zones tropicales ou en présence de courants marins importants. Les dispositifs de transmission de chaleur sont décrits plus en détail dans la demande précitée de brevet britannique n 84.01432. L'intérieur du carter 21 est divisé en deux régions par une cloison 50 qui en est solidaire. Ainsi, du côté du module 20 qui est caché sur la figure, une chambre circulaire correspond à celle qui est visible, mais elle a une profondeur plus de deux fois plus grande. La chambre visible loge le circuit de transmisei-on; la chambre cachée loge le circuit de réception et le circuit de surveillance. La cloison solidaire assure une bonne protection entre les parties d'émission et de réception du circuit. Le module est fermé de manière étanche et hermétiquement par soudage avec ou sans apport d'un couvercle métallique de chaque côté sur un rebord tel que 51 porté par le carter 21 du module, une atmosphère propre et inerte étant verrouillée à l'intérieur. Une diode PIN FET et un ensemble amplificateur de réception analogue à l'ensemble 9 représenté sur la figure 1, sont montés sur la face 24 du carter du module, en position diamétralement opposée à celle du boîtier 8 du laser. Le signal est reçu de B vers A dans la fibre 7a et le boîtier 8 du laser émet le signal régénéré dans le même sens, par la fibre 6. Les flèches représentées sur la fibre indiquent le sens du signal. Le module régénérateur 60 représenté sur la figure 1 est analogue au module 20, à tous égards, mais il reçoit et. émet de A vers B par l'intermédiaire des fibres 7 et 6a respectivement, et le circuit de surveillance répond en assurant une condition de retour de boucle à la suite d'un signal différent comparé à celui du module 20. Un module 70 d'alimentation est placé entre les deux modules 20 et 60 et reçoit de l'énergie du câble 40, et des diodes de Zener sont utilisées pour le prélèvement d'une tension d'alimentation des modules adjacents 20 et 60. Par ailleurs, la structure du module est analogue à celle des modules 60 et 20. Les trois modules 20, 60 et 70 sont serrés les uns contre les autres afin qu'ils forment un ensemble modulaire, à l'aide de boulons (non représentés) passant dans des trous tels que 48 (figure 2) et d'entretoises cylindriques placées sur les boulons et entre les modules. A chaque extrémité, une plaque isolante 80 de matière plastique ayant des trous 81 correspondant aux trous 48 est serrée (figure lB). La plaque 80 a un trou annulaire 82 qui, à une première extrémité (droite) coopère avec une saillie annulaire 83 formée sur une seconde plaque 84 de matière plastique isolante ou chargée de fibres de verre, afin qu'un joint torique élastique 85 soit serre entre elles. La plaque a aussi des fentes 81a alignées sur les espaces délimités entre les faces de modules 22, 23, 24, 25, et la surface interne du boîtier afin qu'elles portent le dispositif de connexion d'alimentation et des fibres optiques. La saillie 83 a une cavité annulaire 83a dans laquelle se loge en partie le joint torique 85. Des vis fixées dans des trous tels que 86 formés dans la plaque 84 se logent dans des trous 86a de la plaque 80 afin -que la plaque 84 soit fixée sur la plaque 80, mais avec un déplacement relatif radial mais non axial libre limité, malgré la force d'élasticité exercée par le joint torique , d'une manière telle que les dispositifs élastiques de transmission de chaleur ne sont pas détériorés par une compression excessive lorsque le boîtier subit des chocs. La plaque 84 peut coulisser dans le boîtier 1 du répéteur alors que la plaque 80 a un plus petit diamètre total, et le joint torique 85 joue le rôle d'un support élastique radial de l'ensemble modulaire , 60, 70, à l'extrémité droite. En outre, l'ensemble est verrouillé sur le flasque 90 d'extrémité de la cloison 2, par une bague de caoutchoucs 91 ayant deux gorges internes 92, 93 dans lesquelles les périphéries du flasque 90 et du flasque 94 du module 20 se logent (le flasque 94 n'est pas représenté sur la figure 2 mais il est fixé au carter 21). Une bague métallique annulaire 95 de serrage est fixée sur la bague de caout- chouc 91 afin que l'ensemble modulaire soit bloqué élastiquement sur la cloison, en direction axiale et en direction radiale. L'ensemble modulaire décrit assure la régéné- ration pour une paire de fibres, dans le câble 4 et , dans les deux sens, un second ensemble modulaire portant la référence générale 100 est analogue à celui décrit précédemment et permet la régénération pour une seconde paire de fibres du câble. Les deux ensembles modulaires sont verrouillés l'un sur l'autre par. une bague de caoutchouc 91 et une pince 95, de la même manière que le premier ensemble modulaire est verrouillé sur la cloison 2 et comme représenté sur la figure 1A. Dans le mode de réalisation de la figure 1, on a représenté deux ensembles modulaires seulement destinés à deux paires de fibres. En pratique, le boîtier 1 du répéteur peut loger un nombre d'ensembles plus importants, suivant le nombre de paires de fibres du circuit et la longueur du boîtier 1. Lors du montage du régénérateur, la cloison gauche 2 est préalablement montée avec les ensembles modulaires reliés et ils sont alors introduits dans le boîtier. L'extrémité droite est alors terminée par réalisation des épissures nécessaires entre les connexions d'alimentation en énergie et des fibres, et la cloison droite est alors fixée de manière étanche. Lors de la réparation d'un régénérateur, la cloison de gauche peut être retirée avec les ensembles modulaires, et la longueur de fibres et de câbles d'alimentation en énergie enroulés. en spirale est suffisante à droite pour que la cloison de gauche, avec les ensembles qu'elle porte, puisse être retirée en totalité. Le mode de réalisation décrit présente l'avan- tage de donner trois niveaux distincts d'étanchéité pour les composants opto-électroniques par rapport aux condi- tions externes régnant au fond de l'océan; deux joints sont formés dans la cloison et un joint supplémentaire est formé au niveau du module d'alimentation ou du module régénérateur particulier. Un autre avantage est la grande souplesse de conception, un ensemble modulaire supplémentaire pouvant être ajouté simplement pour chaque paire de fibres du circuit sans qu'il soit nécessaire de concevoir un régénérateur différent pour chaque circuit. Cette disposition présente aussi l'avan- S tage de permettre des essais individuels sous pression de chaque joint étanche et des essais électriques et optiques de chaque module avant montage. Les modules individuels sont blindés automatiquement si bien que les circuits électroniques de tous les modules sont bien protégés contre les autres modules. Le mode de réalisation décrit facilite aussi le montage et la réparation et en particulier des épis- sures formées entre le câble et le répéteur. La figure 3 représente ces caractéristiques d'une manière relativement schématique, et la figure 3A représente un détail de la figure 3. Sur la figure 3, le boîtier 1 du répéteur est représenté avec les deux cloisons 2 et 3. La cloison est en position dans le boîtier avec les deux ensembles modulaires de la figure 1 qui portent la référence générale 150 et qui sont fixés à la cloison 2 par la bague de serrage 95 comme décrit précédemment. Un support élastique de fibres 151 en U dont une partie est représentée plus en détail à plus grande échelle sur la figure 3A, le support étant en matière plastique moulé telle que le "Nylon" dans ce mode de réalisation, est placé entre la chambre sous pression de la cloison 3 et l'extrémité de l'ensemble modulaire 150. Sur la figure 3A, l'organe en U 152 débouche vers l'extérieur et contient les quatre fibres (ou plus). Un second canal 153 est délimité à la surface radialement interne du support pour le logement du conducteur 4 d'alimentation en énergie, et des éléments en saillie 154 retiennent le conducteur 4a dans le canal 153. Le support 161 est exactement identique au support 151, mais son diamètre externe est plus petit et il est plus court car il ne doit s'ouvrir que sur la longueur z indiquée sur la figure 6, correspondant à la distance x mais bien inférieure à la distance y. Dans le canal 152 en U du support 151, quitre fibres optiques sont disposées, deux (6a et 7a) étant représentées sur la figure 1 pour les ensembles modulaires , 60 et 70, et les deux autres (non représentées sur la figure 1) étant destinées à transmettre les signaux échangés avec l'ensemble modulaire 100. Le support 151 en U permet le montage des 0 ensembles modulaires fixés à la cloison 2 dans le carter 1 comme représenté sur la figure 3 lorsque la cloison 3 se trouve en dehors du carter. Les fibres de l'extré- mité B des ensembles modulaires peuvent être retirées du carter et fixées par les garnitures dans la chambre sous pression de la cloison à l'extrémité "B". Ce support 151 peut s'étirer sur la distance x, permettant ainsi cette opération. En outre, lorsque l'ensemble a été mis en place et lorsque la cloison 3 est en coopération étanche avec le carter 1, l'enlèvement de la cloison 2 peut être souhaitable afin que la totalité de l'ensemble modulaire soit exposée par l'extrémité A comme représenté sur la figure 4, par exemple au cours d'essais. Le support en U permet cette opération par allongement élastique de la distance y, tout en permettant une connexion optique et une alimentation électrique complètes par l'intermédiaire de la cloison 3, si bien que les essais peuvent être exécutés. - En outre, un second et un troisième support en U de plus petit diamètre que le support 151 sont montés dans chaque chambre sous pression aux extrémités A et B. La figure 5 représente un tel support, portant la référence 161 et placé dans la chambre 162 sous pression de la cloison 2. Ce support est fixé à une première extrémité d'une chambre 163 de formation d'épis- sures portée à l'arrière de la garniture 164. Celle-ci est fixée de façon amovible dans l'ouverture centrale de la cloison 2 par des vis telles que 166. Le diamètre de l'ouverture 165 est légèrement supérieur au diamètre externe du support 162 si bien que la garni- ture, avec le support qui y est fixé, peut être intro- duite ou retirée, et l'épissure ou raccordement des fibres peut être réalisé par exemple en 168 de manière que les fibres du câble 167 soient connectées aux fibres 6 et 7, reliées au laser et à la photodiode. Ainsi, le support 161 s'allonge élastiquement et la chambre contenant les épissures peut être retirée par l'ouver- ture 165 jusqu'à un emplacement qui se trouve en dehors de la cloison comme représenté sur la figure 6. Lorsque la formation des épissures est terminée, la garniture est remise en place- et les spires du support 161 se referment. Le diamètre de l'ouverture 165 est suffisam- ment grand pour que le rayon minimal de flexion des fibres dans le support 161 ne soit pas dépassé (vers les petites valeurs). REVENDICATIONS 1. Répéteur numérique destiné à un circuit de transmission optique, comprenant un boîtier externe étanche, caractérisé en ce que, pour chaque paire de fibres du circuit, il comporte deux modules régénérateurs (20, 60) enfermés indépendamment de manière étanche, ayant des composants électroniques et opto-électroniques destinés à la régénération des signaux de toutes les fibres, et un module supplémentaire d'alimentation (70) enfermé indépendamment de manière étanche et destiné à assurer l'alimentation de tous les modules de régénéra- tion. 2. Répéteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un module de régénération (20) a une cloison transversale de séparation (20), un circuit électronique de réception d'un côté de la cloison (50) et un circuit électronique d'émission de l'autre côté de la cloison. 3. Répéteur selon la revendication 2, caracté- risé en ce qu'un module (20) comporte un couvercle, une paroi latérale (51) dépassant du périmètre de la cloison transversale (50), le couvercle étant soudé à la paroi latérale. 4. Répéteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un module de régénération (20) a un boîtier à laser à semiconducteur (8, 10) passant de manière étanche dans une paroi du module. 5. Répéteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un module de. régénération a un bottier (9) à diode photosensible à semi-conducteur destinée à recevoir un signal, monté sur le module, le bottier (9) étant fixé de manière étanche. 6. Répéteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les modules (20, 60, 70) sont fixés côte à côte et montés à une première extrémité sur une cloison à haute pression (2) qui est fixée de manière étanche sur le bottier (1). 7. Répéteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend des espaces délimités entre un module et la surface interne du boîtier, dans lequel les conducteurs optiques et les conducteurs électriques sont disposés afin qu'ils transmettent les signaux optiques et électriques échangés avec les modules. 8. Répéteur selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il comporte des conducteurs optiques d'entrée disposés dans l'un desdits espaces, des conduc- teurs optiques de sortie disposés dans un autre desdits espaces, et l'un et l'autre des espaces sont diamétra- lement opposés par rapport au boîtier. 9. Répéteur selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il comprend une bague de serrage (90) fixant un module (30) à la cloison à haute pression (2). 10. Répéteur numérique destiné à un circuit de transmission optique comprenant un boîtier externe ayant une surface interne, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble modulaire (30, 60, 70) placé dans le boîtier et portant les composants électroniques et opto-électroniques, l'ensemble est enfermé de manière étanche, et des espaces (22, 23, 24, 25) sont délimités entre l'ensemble et la surface interne du boitiei (1) et des conducteurs optiques (6, 7) sont placés dans ces espaces afin qu'ils transmettent les signaux optiques échangés avec les composants opto- électroniques (8, 9) de l'ensemble. 11. Répéteur optique destiné à un circuit de transmission optique immergé, comprenant un boîtier tubulaire résistant à la pression, une cloison résistant à la pression à chaque extrémité, fixée de façon amovible au boîtier, une garniture de câble résistant à la pres- sion, fixée de façon amovible dans chaque cloison, et un châssis placé à l'intérieur du boîtier, le châssis étant relié électriquement et optiquement aux deux câbles dans les garnitures, caractérisé en ce qu'il est connecté physiquement (90) à l'une des cloisons (2), en ce que le dispositif d'alimentation optique (6a, 7a) et le dispositif d'alimentation électrique (4a) sont placés entre le châssis (100) et le câble (5) 4anS l'autre cloison (3), les dispositifs d'alimentation (4a, 6a, 7a) étant maintenus dans un organe élastique spiralé (151), si bien que la cloison (2) et le chassis qui y est fixé (30, 60, 70, 100) peuvent être retirés de la première extrémité avec conservation, à l'autre extrémité, de l'intégrité des circuits d'alimentation électrique et optique. 12. Répéteur optique destiné à un circuit de transmission optique immergé comprenant un boîtier tubulaire résistant à la pression, des composants opto- électroniques placés dans le boîtier, une cloison résis- tant à la pression, fixée de façon amovible au boîtier, une garniture fixée de façon amovible à la cloison et un câble coopérant de façon étanche avec la garniture, des fibres optiques étant connectées entre le câble d'une part et les composants opto-électroniques du répéteur d'autre part, caractérisé en ce qu'un support élastique spiralé (161) porte la fibre optique (6, 7), si bien que la garniture (164) peut être retirée de la cloison (2) ou placée dans la cloison, le support (161) s'allongeant ou se rétrécissant comme un ressort pendant ces manoeuvres.