Brevet FR2695277A1 — publié le 19940304

La présente invention concerne un procédé de transmission de données à une station centrale de signaux engendrés par un capteur et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Le procédé trouve ses applications notamment dans le domaine de la transmission de signaux acoustiques ou sismiques et il s'avère particulièrement avantageux quand il faut centraliser dans une même station d'enregistrement des signaux captés par un dispositif de réception comportant un nombre relativement de capteurs comme on en rencontre fréquemment dans le domaine de la prospection sismique par exemple. Les signaux captés par des capteurs sismiques (géophones ou hydrophones) ou des récepteurs sismiques constitués de plusieurs capteurs interconnectés, peuvent être transmis à une station d'enregistrement sous une forme analogique par des lignes ou câbles conducteurs Quand les distances de transmission sont relativement grandes, on préfère généralement utiliser des dispositifs d'acquisition installés à proximité des capteurs ou récepteurs qui sont adaptés à échantillonner et numériser les signaux reçus, à les mémoriser et à les transmettre à la station centrale sur des voies de transmission spécifiques ou communes à plusieurs dispositifs d'acquisition Les mots numériques produits sont généralement codés pour leur transmission On leur applique par exemple un code bipolaire permettant de transmettre à la fois les données et un signal d'horloge (codes de type A M I, HDB 3, Manchester etc), et on les intègre dans une trame de transmission associés à des préfixes ou suffixes d'identification, de détection d'erreurs ou de synchronisation. Pour ces conversions, on peut utiliser notamment des convertisseurs analogiques-numériques du type à sur-échantillonnage comportant la combinaison d'un modulateur et d'un filtre numérique Le modulateur est du type delta-sigma et produit en série des mots numériques à faible résolution sous la forme d'un train de bits continu (bitstream) à une fréquence d'échantillonnage très élevée ( 256 K Hz par exemple), ces mots 1 - ayant une amplitude moyenne variant au cours du temps proportionnellement à l'amplitude des signaux analogiques appliqués Typiquement, ces mots comportent un seul bit Le filtre numérique est connecté à la sortie du modulateur Il reçoit de celui-ci un train de bits et produit des mots numériques avec une résolution élevée (de 16 à 24 bits par exemple) et une fréquence beaucoup plus faible, opération connue sous le nom de décimation Des convertisseurs de ce type sont décrits par exemple dans les brevets US No 4 866 442, 4 943 807, 4 994 804 ou la demande de brevet FR 90/11 527. La conversion des signaux analogiques en mots numériques peut dans certains cas être effectuée localement, au voisinage immédiat des capteurs ou récepteurs Dans le brevet US No 5 051 799 par exemple, on décrit un dispositif de transmission o des signaux analogiques sont appliqués à un convertisseur local du type à sur- échantillonnage comportant un modulateur associé à un filtre numérique décimateur et les mots numériques issus du convertisseur une voie de transmission, inclus dans une trame de transmission avec adjonction de bits de correction d'erreurs. Quel que soit le type de convertisseur utilisé, un module local capable de faire de l'acquisition de signaux, de formater les mots numériques produits par conversion analogique-numérique et de transmettre chaque trame formée est relativement onéreux et sa consommation électrique est relativement importante. Le procédé selon l'invention rend possible une simplification des opérations souvent requises pour la transmission à une station d'enregistrement éloignée, de signaux analogiques tels que des signaux captés par des récepteurs Il est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: l'acquisition de chaque signal analogique à transmettre par application à un modulateur local adapté à le transformer en un train de bits (bitstream); 2 - la transmission d'au moins un signal d'horloge permettant la synchronisation de la station distante avec chaque modulateur; l'émission directe et sans formatage de chaque train de bits sur une voie de transmission; et la conversion à la station distante par filtrage numérique, de chaque train de bits reçu en mots numériques traduisant les signaux analogiques transmis. La transmission du signal d'horloge est par exemple obtenue en codant chaque train de bits par un signal d'horloge de façon à le transmettre en même temps que le train de bits, ce signal d'horloge pouvant être distinct pour chaque modulateur local ou produit pour plusieurs modulateurs locaux (par un élément de synchronisation extérieur). La transmission du signal d'horloge peut encore être obtenue en transmettant séparément chaque signal d'horloge, par exemple depuis la station distante vers chaque modulateur local. Le dispositif de mise en oeuvre est caractérisé en ce qu'il comporte: au moins un module électronique local comprenant en combinaison un modulateur pour transformer chaque signal analogique en un train de bits; et un émetteur pour l'émission de chaque train de bit sur une voie de transmission, au moins un élément de synchronisation produisant un signal d'horloge, permettant la synchronisation de chaque modulateur avec la station distante; et au moins un module de réception comprenant un récepteur et un filtre numérique pour convertir chaque train de bits reçu en échantillons numériques. On peut associer un élément de codage à chaque modulateur pour appliquer à chaque train de bits un codage permettant la transmission en même temps que lui, d'un signal d'horloge et au moins un élément de décodage complémentaire de l'élément de codage dans la station distante. 3 - -4 2695277 Le dispositif comporte par exemple un élément de synchronisation pour engendrer un signal d'horloge, cet élément étant associé à chaque modulateur local ou bien commun pour plusieurs modulateurs locaux, ou bien encore associé, à la station distante Dans ce cas, le dispositif comporte en outre au moins une deuxième voie de tranmission distincte de la première voie pour relier l'élément de synchronisation dans la station distante à plusieurs modulateurs locaux. Dans le cas o les voies de transmission sont des lignes, le 1 O dispositif peut comporter en outre des moyens d'isolement pour transporter sur chaque ligne de transmission des courants d'alimentation électrique de chaque module local. Avec un telle répartition des fonctions, l'ensemble local de numérisation est réduit Il peut prendre place dans le boîtier 1 5 même des capteurs et sa consommation électrique est faible, ce qui rend possible une alimentation électrique par batterie La transmission est faite sans aucune opération de formatage contrairement aux procédés connus De ce fait, les bits successifs sont indépendants les uns des autres et le filtrage numérique effectué, sur chaque train de bits (ou décimation), a pour effet de minimiser les incidents de transmission dus aux parasites On peut donc très facilement constituer à des coûts intéressants des équipements complexes de réception de signaux La simplification des modules locaux de numérisation rend possible à moindre coût un transfert à une station centrale des signaux reçus individuellement par chacun des capteurs Une conséquence avantageuse est la possibilité, offerte à des opérateurs depuis la station centrale, de combiner à volonté les signaux élémentaires et donc de changer à tout moment sans avoir à se déplacer sur le O terrain par exemple, les caractéristiques d'un dispositif de réception de signaux pour l'adapter à des conditions de réception particulières. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la 4 - description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés o: la Fig 1 montre schématiquement un exemple connu de réalisation d'un dispositif de transmission de signaux numérisés; la Fig 2 montre un mode de réalisation de l'invention avec des moyens de synchronisation internes à chaque module local; la Fig 3 montre schématiquement une première variante du mode précédent; la Fig 4 montre schématiquement une deuxième variante du même mode de réalisation; et la Fig 5 montre un agencement permettant, quand les voies de transmission disponibles est une ligne, d'alimenter électriquement des modules locaux associés aux capteurs. Un procédé classique pour profiter des avantages d'une transmission numérisée consiste (Fig l) à associer à un capteur ou un récepteur G tel qu'un géophone ou une chaîne d'acquisition comportant un convertisseur analogique-numérique CAN de type à sur-échantillonnage par exemple, associé à un élément de synchronisation H Les mots numériques issus du convertisseur CAN sont appliqués à un circuit de formatage FC d'un type connu qui les assemble par groupes de k mots ni, N 2,, nk (k étant un nombre entier quelconque déterminé) et adjoint à chaque groupe un préfixe Px et un suffixe Sx d'identification et de reconnaissance de trame Chaque assemblage ainsi formaté, est ensuite codé par un circuit CD avant d'être appliqué à la voie de transmission disponible V La chaîne de réception doit dans ce cas comporter, outre un décodeur DCD, un circuit de déformatage DF pour restituer les mots numériques. Le dispositif selon l'invention comporte (Fig 2) un module local ML associé à un capteur G Ce module M comporte un circuit 1 d'adaptation des signaux issus d'un capteur G, constitué d'un préamplificateur 2 et d'un filtre 3 par exemple Après adaptation par le circuit 1, les signaux analogiques sont appliqués à un i - modulateur 4 de type delta- sigma par exemple produisant des mots de 1 bit à une fréquence élevée F (de 256 k Hz par exemple) définie par un élément de synchronisation 5 On peut utiliser par exemple un modulateur de type C 55323 fabriqué par la firme Crystal Semiconductors Le train de mots de 1 bit (bitstream) issus du modulateur 4, est ici appliqué directement à un circuit de codage 6 appliquant un codage prédéfini permettant de transporter un signal d'horloge en même temps que les signaux tel que le code HDB 3, un codage multi-niveaux, le code CMI-3 convenant pour une transmission de type optique etc Les trains de bits codés sont alors appliquées à une voie de transmission V par l'intermédiaire d'un émetteur 7 adapté à cette voie modulateur hertzien, diode électro- luminescente etc. Le module central MC recevant les signaux comporte une chaîne de réception comprenant dans ce cas, un récepteur 8 et un circuit de décodage 9 complémentaire du circuit de codage 6 Les trains de bits décodés sont alors appliqués à un filtre numérique qui effectue une décimation pour produire des mots numériques de résolution plus élevée ( 16 ou 24 bits) avec une fréquence d'échantillonnage f très inférieure à la fréquence F de sur-échantillonnage, ces mots numériques étant rangés dans une mémoire 11 On peut utiliser par exemple des filtres numériques de type C 55322 fabriqués par Crystal Semiconductors ou bien de type TMC 2242 fabriqué par la firme TRW. Suivant la variante de la Fig 3, on utilise un ou plusieurs éléments de synchronisation 12 analogues à l'élément 5, extérieurs aux modules locaux, chaque élément étant associé à plusieurs modules ML 1, ML 2,, M Lk. Suivant une autre variante schémiatisée à la Fig 4, on peut utiliser encore un élément de synchronisation 13 analogue à l'élément 5 précédent mais disposé dans la station distante CU. Dans ce cas, le signal d'horloge produit par cet élément de synchronisation central 13 peut être transmis par une ligne distincte 14 à un élément de distribution 15 placé au voisinage 6 - de plusieurs capteurs Gi à Gk qui le distribue par des conducteurs 16 aux différents modules locaux associés ML 1 à M Lk. On peut encore ajouter à chaque voie de transmission un conducteur électrique supplémentaire pour le transfert séparé du signal d'horloge commun produit dans la station CU, vers chaque module local. Quand on utilise une ligne de transmission pour connecter chaque module local M à la station éloignée, on peut alimenter électriquement ce dernier par la même ligne de la manière indiquée à la Fig 5 par exemple Le module central MC et le module local ML correspondant sont connectés à la voie de transmission V qui les relie par l'intermédiaire de transformateurs de ligne 17, 18, ce qui permet à la station centrale de connecter une source électrique 19 qui alimente directement un dispositif régulateur de tension 20 à l'autre extrémité de la ligne, qui produit des tensions d'alimentation pour les circuits du module local ML. Les modes de réalisation qui ont été décrits comportent des moyens de décodage 6, 9 permettant la transmission sur les voies de transmission Vi, Vk de signaux d'horloge en même temps que les différents trains de bits Ces moyens sont utiles et généralement employés pour minimiser les erreurs de transmission sur les voies de transmission relativement longues. On ne sortirait pas toutefois du cadre de l'invention en supprimant ces moyens de codage et de décodage quand la distance de transmission est suffisamment faible. On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en remplaçant les filtres numériques spécialisés 10 par un ou plusieurs processeurs du type DSP fabriqués par exemple par la firme Analog Device sous la référence 2205, ces processeurs étant programmés pour effectuer les filtrages précédemment décrits. 7 - REVENDICATIONS 1) Procédé pour simplifier la transmission à une station distante (CU), de signaux analogiques tels que des signaux reçus par des capteurs (G), caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison: l'acquisition de chaque signal analogique à transmettre par application à un modulateur local (ML) adapté à le transformer 1 i O en un train de bits; la transmission d'au moins un signal d'horloge permettant la synchronisation de la station distante (CU) avec chaque modulateur (ML); l'émission directe et sans formatage de chaque train de bits sur une voie de transmission (V); et la conversion à la station distante par filtrage numérique, de chaque train de bits reçu, en mots numériques traduisant les signaux analogiques transmis. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite transmission du signal d'horloge est obtenue en codant chaque train de bits par un signal d'horloge de façon à le transmettre en même temps que le train de bits. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on produit un signal d'horloge distinct pour chaque modulateur local. 4) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on produit un signal d'horloge pour plusieurs modulateurs locaux. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite transmission du signal d'horloge est obtenue en transmettant séparément chaque signal d'horloge. 6) Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite transmission du signal d'horloge est effectuée depuis la station distante vers chaque modulateur local. 8 - 7) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte: au moins un module électronique local (ML) comprenant en combinaison un modulateur ( 4) pour transformer chaque signal analogique en un train de bits et un émetteur ( 7) pour l'émission de chaque train de bits sur une voie de transmission (V); au moins un élément de synchronisation ( 5, 12, 13) produisant un signal d'horloge (H), permettant la synchronisation de 1 i O chaque modulateur ( 4) avec la station distante (CU); et au moins un module de réception comprenant un récepteur ( 8), et un moyen de filtrage ( 10) pour convertir chaque train de bits reçu en échantillons numériques. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte, associé à chaque modulateur, un élément de codage ( 6) pour appliquer à chaque train de bits un codage permettant la transmission en même temps que lui, d'un signal d'horloge et au moins un élément de décodage ( 9) complémentaire de l'élément de codage ( 6) dans la station distante. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de synchronisation ( 5) associé à chaque modulateur local. ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de synchronisation commun ( 12) associé à plusieurs modulateurs locaux (M Ll-M Lk). 11) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément de synchronisation ( 13) associé à la station distante et au moins une deuxième voie de transmission ( 14) distincte de la première voie (Vl-Vk) pour relier ledit élément de synchronisation ( 13) à plusieurs modulateurs lcoaux (M Ll-Mlk). 12) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que, les premières voies de transmission comportent des lignes, le dispositif comportant des moyens 9 - d'isolement ( 12, 13) pour transporter sur chaque ligne de transmission (V) des courants d'alimentation électrique de chaque module local (ML). 13) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque module local (ML) comporte des moyens de codage bipolaire. 14) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque module local (ML) comporte des moyens de codage multi-niveaux. 15) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les voies de transmission comportent une fibre optique, chaque module local (ML) comprenant des moyens de codage de type CMI-3. 16) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque module local (ML) comporte des moyens de codage multi-niveaux. 17) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque module local (ML) comporte des moyens ( 2, 3) d'adaptation des signaux analogiques avant leur application ou modulateur ( 4). -