Brevet FR2634307A1 — publié le 19900119

Dispositif de transmission d'informations et/ou d'instructions à large bande passante entre un élément mobile dans un plan et un poste de contrôle La présente invention concerne un dispositif de transmission d'informations et/ou d'instructions à large bande passante et/ou de localisation entre un élément mobile dans un plan et un poste de contrôle de cet élément. La demanderesse a déjà proposé dans sa demande de brevet français n 8617 425 du 12 décembre 1986 un dispositif de transmission d'informations et/ou d'instructions à large bande passante entre un véhicule ferroviaire et un poste de contrôle de trafic, et dans sa demande de brevet français n 8703 734 du 18 mars 1987 un dispositif de transmission d'informations et/ou d'instructions entre des véhicules routiers et un poste de contrôle. Ces dispositifs ne s'appliquent toutefois qu'à des transmisssions entre un tube creux formant guide d'ondes en hyperfréquences et un véhicule suivant une voie de circula- tion sensiblement parallèle au tube creux et à faible distance de celuici, avec des débattements latéraux ne pouvant dépasser quelques dizaines de centimètres. Ils ne permettaient pas la transmis- sion d'informations et/ou d'instructions entre un poste de contrôle et un élément mobile dans un plan, pouvant se trouver à des distances du tube creux formant guide d'ondes variant de façon importante, par exemple de plusieurs mètres. La présente invention a pout but de permettre une transmission d'informations et/ou d'instructions de ce genre, notamment dans le cas de liaisons entre un poste de contrôle et un pont roulant ou télémanipulateur en milieu dangereux. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend a) un tube creux fixe formant guide d'ondes en hyperfréquences, muni d'une fente médiane continue, b) un tube creux mobile, porteur de l'élément mobile et formant guide d'ondes en hyperfréquences, dont l'axe forme un angle avec celui du tube creux fixe, et assujetti à se déplacer en translation parallèle à la fente médiane continue du tube creux fixe, et muni - 2 d'une antenne électrique plongeant dans cette fente médiane, d'une transition câble coaxial-guide d'ondes et de moyens de transmission de rayonnement en hyperfréquences avec l'élément mobile à mettre en liaison avec le poste de contr8le. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéris- tiques suivantes: - Le tube creux fixe est muni d'une fente médiane continue, et les moyens de transmission du rayonnement en hyperfréquences de ce tube à l'élément mobile comprennent la fente médiane continue du tube creux fixe et une antenne associée à l'élément mobile plongeant dans cette fente médiane continue. - Le tube creux mobile est muni de fentes rayonnantes perpendiculaires à son axe, et l'élément mobile est muni d'une antenne de réception et/ou d'émission d'ondes hyperfréquences vers les fentes du tube creux mobile. - Il comporte au moins un générateur d'ondes hyperfréquences sous trois fréquences différentes a) une première fréquence excitant un mode fondamental TE01 dans les tubes creux fixe et mobile et assurant un champ homogène au- dessus du réseau de fentes rayonnantes du tube creux mobile, b) une deuxième fréquence excitant un mode fondamental TE01 dans les tubes creux fixe et mobile et assurant des fluctuations du champ au-dessus du réseau de fentes rayonnantes du tube creux mobile, et c) une troisième fréquence excitant un mode d'ordre supérieur, de préférence TE02, dans le tube creux fixe, et fondamental dans le tube creux mobile, et la section droite du tube creux mobile est plus faible que celle du tube creux fixe. Pour des raisons de commodité pratique, on utilisera le plus souvent un tube creux mobile perpendiculaire au tube creux fixe. L'emploi d'un tube cieux fixe muni d'une fente médiane continue et d'un tube creux mobile muni d'une antenne électrique plongeant dans cette fente médiane permet de ne rayonner que très peu d'énergie, ce qui assure qu'il parvienne aux récepteurs une énergie suffisante pour procurer une bonne liaison. E634307 - 3 - Les antennes électriques plongeant dans la fente médiane du tube creux fixe, et éventuellement du tube creux mobile, sont disposées dans les tubes creux formant guides d'ondes à un endroit o le champ électrique est maximal. Le couplage avec cette antenne est donc très important. Par ailleurs, lorsque l'ensemble du dispositif est disposé à l'intérieur d'une cage métallique, le fait de ne rayonner que très peu d'énergie hors des guides d'ondes évite que l'onde reçue par-l'élément mobile interfère avec d'autres signaux électromagnétiques réfléchis par les parois de cette cage. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, des dispositifs de transmission d'informa- tions et/ou d'instructions entre un poste de contrôle et un chariot manipulateur disposé dans une enceinte soumise à un rayonnement ionisant. La figure 1 représente schématiquement en perspective un dispositif dans lequel le tube creux mobile comme le tube creux fixe sont munis d'une fente médiane continue. La figure 2 représente schématiquement un dispositif analogue, en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe du tube creux fixe. La figure 3 représente schématiquement en perspective un dispositif dans lequel le tube creux mobile est muni de fentes rayonnantes perpendiculaires à son axe. Dans la figure 1, le chariot 1 échange des instructions et informations avec le poste de contrôle représenté schématiquement en i. Ce dernier est relié par une liaison 2A au tube creux fixe formant guide d'ondes hyperfréquences 3, muni d'une fente médiane continue 4. Le tube creux mobile formant guide d'ondes 5, perpendiculaire au tube creux fixe et se déplaçant en translation parallèlement à la fente médiane de ce dernier, est muni d'une antenne d'émission et de réception 6 plongeant dans la fente médiane 4. Cette antenne communique avec l'intérieur du guide d'ondes mobile par une transition câble coaxialguide d'ondes, qui transfère à ce dernier toute l'énergie prélévée par l'antenne. _ 4- Ce tube creux mobile 5 comporte lui aussi une fente médiane continue 7, dans laquelle plonge l'antenne d'émission et de réception 8 du chariot télémanipulateur 1. La figure 2 montre plus en détail que l'antenne 6 du guide d'ondes mobile plonge par la fente fixe 4 dans la zone du guide d'ondes fixe o l'énergie des ondes hyperfréquences, représentée par les flèches, est maximale. L'antenne 6 est reliée par une transi- tion câble coaxial-guide d'ondes 9 à l'intérieur du guide d'ondes mobile 5. L'antenne 8 du chariot télémanipulateur 1 plonge dans la fente médiane du guide d'ondes mobile. Dans le dispositif représenté en figure 3, le tube creux formant guide d'ondes fixe est analogue à celui des figures 1 et 2, mais le tube creux formant guide d'ondes mobile est percé sur sa face supérieure de fentes rayonnantes 10 perpendiculaires à son axe. L'antenne 8 associée au chariot 1 capte alors le rayonnement en hyperfréquences émis par ces fentes. Cette disposition permet en outre de repérer la position du chariot par rapport au guide d'ondes mobiles. Dans ce cas, on utilise trois fréquences: - une première fréquence excite un mode fondamental TE01 dans les guides d'ondes fixe et mobile et assure un champ homogène au-dessus du réseau de fentes pratiquées dans le guide d'ondes mobile, par exemple pour la transmission d'informations vidéo ou d'instructions de commande. Cette fréquence sera par ex. de 2 450 MHz. - Une deuxième fréquence excite un mode fondamental TE01 dans les guides d'ondes fixe et mobile, mais procure des fluctuations du champ électromagnétique reçu au-dessus du réseau de fentes du tube creux mobile. Ceci permet d'obtenir la position relative Y du chariot sur le tube creux. Cette fréquence est par ex. de 2 700 MHz - Une troisième fréquence (par ex 2 800 MHz) excite un mode d'ondes supérieur (par ex. TE02) dans le guide d'ondes fixe; l'antenne plongeante 6 du guide d'ondes mobile voit alors des maximums et des minimums du champ électromagnétique au lieu d'un champ constant en mode fondamental. La position de ces extremums sera uniquement fonction de la section droite du guide d'ondes fixe et de la fréquence. La section droite du guide d'ondes mobile sera choisie inférieure à celle du guide d'ondes fixe; ainsi les variations de champ enregistrées par l'antenne seront transmises sans déformation vers le chariot (le mode d'excitation étant TE01 dans le guide d'ondes mobile pour cette fréquence) . On obtiendra ainsi la position relative X du chariot par rapport au tube creux fixe. La portée de la liaison étant faible, et le rayonnement ne sortant pas de la cage métallique, il est possible d'utiliser des fréquences plus élevées que lorsque l'on n'utilise qu'une seule fréquence, afin d'obtenir des sections droites de guides d'ondes réduites avec cependant une atténuation linéique négligeable. Lorsque l'on emploie les guides d'ondes fixe et mobile à fentes médianes, les pertes de couplage sont très faibles et les puissances nécessaires sont beaucoup plus réduites (de l'ordre de lmw) que lorsque le guide d'ondes mobile est muni de fentes perpendiculaires à son axe. Il est également possible dans ce cas d'obtenir le positionnement du chariot, pourvu que l'on utilise des guides d'ondes de sections droites différentes. L'invention s'applique plus particulièrement aux télémanipula- teurs ou robots de manutention ou de stockage de combustibles ou de déchets nucléaires. Bien entendu, l'invention s'applique au contrôle d'un élément se déplaçant dans un plan vertical aussi bien qu'un plan horizontal. On peut aussi combiner le contrôle des déplacements dans des plans différents, par exemple horizontal et vertical, pour assurer le contrôle des déplacements d'un élément dans un volume. 6- REVENDiCATIONS 1/ Dispositif de transmission d'informations et/ou d'instructions à large bande passante et/ou de localisation entre un élément (1) mobile dans un plan et un poste (2) de contr8le de cet élément, caractérisé en ce qu'il comprend a) un tube creux fixe (3) formant guide d'ondes en hyperfréquences, muni d'une fente médiane continue (4), b) un tube creux mobile (5), porteur de l'élément mobile et formant guide d'ondes en hyperfréquences, dont l'axe forme un angle avec celui du tube creux fixe, et assujetti à se déplacer en translation parallèle à la fente médiane continue du tube creux fixe, et muni d'une antenne électrique (6) plongeant dans cette fente médiane, d'une transition câble coaxial-guide d'ondes (9' et de moyens (7, 8) de transmission du rayonnement en hyperfréquences avec l'élément mobile à mettre en liaison avec le poste de contrôle. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube creux fixe est muni d'une fente médiane continue (7), et en ce que les moyens de transmission du rayonnement en hyperfréquences de ce tube à l'élément mobile comprennent la fente médiane continue du tube creux fixe et une antenne (8) associée à l'élément mobile plongeant dans cette fente médiane continue. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube creux mobile est muni de fentes rayonnantes (10) perpendiculaires à son axe, et en ce que l'élément mobile est muni d'une antenne (8) de réception et/ou fémission d'ondes hyperfréquences vers les fentes du tube creux mobile. 4/ Dispositif selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un générateur d'ondes hyperfréquences sous trois fréquences différentes a) une première fréquence excitant un mode fondamental TE01 dans les tubes creux fixe et mobile et assurant un champ homogène au- dessus du réseau de fentes rayonnantes du tube creux mobile, b) une deuxième fréquence excitant un mode fondamental TE01 dans les tubes creux fixe et mobile et assurant des fluctuations du champ au-dessus du réseau de fentes rayonnantes du tube creux mobile, - 7 - et c) une troisième fréquence excitant un mode d'ordre supérieur, de préférence TEO2, dans le tube creux fixe, et fondamental TE01 dans le tube creux mobile, et en ce que la section droite du tube creux mobile est plus faible que celle du tube creux fixe.