Brevet FR2698981A1 — publié le 19940610

DISPOSITIF POUR L'ACQUISITION A DISTANCE D'UNE GRANDEUR PHYSIQUE EN MILIEU LIQUIDE OU GAZEUX La présente invention concerne un dispositif pour l'acquisition,c'est-à-dire la mesure et la mémorisation en vue d'un traitement, à distance d'une grandeur physique en milieu liquide ou gazeux, permettant en particulier l'établissement d'un profil d'une grandeur physique telle que la température, la pression, là turbidité en fonction d'une profondeur d'immersion Dans le cas o la grandeur considérée est la température, il s'agit d'un profil bathythermique Cette invention trouve son application en particulier dans le remorquage de sonars, qui nécessite de connaître un tel profil, les performances des sonars étant sensibles aux variations de température. Pour ce type d'application, on procède de manière habituelle par lancement de sondes à intervalles réguliers, à partir du bâtiment de surface Le défaut de cette méthode classique de mesure d'un profil bathythermique réside dans l'impossibilité de récupérer ces sondes, après lancement et donc dans le coût élevé de l'opération. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de mesure à distance d'une grandeur physique telle que la température, permettant l'acquisition rapide et fréquente à moindre coût de la valeur de la grandeur physique en fonction d'une valeur de profondeur d'immersion. L'invention a donc pour objet un dispositif pour l'acquisition à distance d'une grandeur physique en milieu liquide ou gazeux, dans lequel est immergé un faisceau d'au moins deux câbles, en particulier de liaison électrique et de traction d'un sonar en milieu sous-marin, réunis physiquement par des modules d'attachement répartis sur toute leur longueur, le faisceau de câbles étant relié à une unité centrale de commande et d'exploitation munie d'une liaison série à bord d'un bâtiment, caractérisé en ce que certains modules d'attachement des câbles contiennent un module senseur renfermant des moyens électroniques d'acquisition de la grandeur physique. Les modules d'attachement permettent classiquement d'assembler physiquement les câbles en un faisceau, afin de les maintenir ensemble à l'enroulement ou au déroulement Dans l'application de remorquage de sonars, ils sont classiquement formés d'un boitier rectangulaire présentant des orifices transversaux pour le passage des câbles, surmonté d'une partie en forme d'écaille La présente invention ne modifie en rien la forme extérieure des modules d'attachement et utilise un emplacement disponible à l'intérieur du volume de l'écaille pour y placer un module senseur renfermant des moyens électroniques d'acquisition de la grandeur physique L'adjonction de modules senseurs en nombre inférieur ou égal au nombre des modules d'attachement n'entame pas l'intégrité des liaisons que réalisaient les câbles avant cette adjonction Les liaisons de transmission et de réception d'un sonar tracté ne sont donc pas perturbées par les moyens de l'invention proposée Les modules d'attachement du faisceau de câbles disposés ou non à intervalles réguliers sur la longueur des câbles ont des positions connues; la localisation des modules senseurs renfermant les moyens électroniques d'acquisition de la grandeur physique est donc aussi une donnée connue A une mesure de la grandeur physique par les moyens électroniques des modules senseurs se trouve associée une distance, qui représente la profondeur d'immersion, quand le faisceau de câbles est immergé. Les moyens électroniques d'acquisition de la grandeur physique localisés dans le module senseur sont caractérisés en ce qu'ils comprennent une bobine d'induction En effet, la transmission et la réception d'informations entre l'unité centrale de commande et d'exploitation et le module senseur sont réalisés par couplage magnétique entre un câble du faisceau et la bobine d'induction du module senseur, conservant ainsi l'intégrité des liaisons existantes réalisées par le faisceau de câbles. Avantageusement les moyens électroniques situés au niveau du module senseur comprennent un circuit de mesure de la grandeur physique, un circuit d'alimentation général, un circuit de veille, un microcontrôleur muni de circuits de décodage d'adresse, de codage numérique, de contrôle de l'alimentation, et un interrupteur court-circuité par un milieu conducteur lors de l'immersion du module senseur dans ce milieu. Chaque module senseur est affecté par une identification codée qui permet sa reconnaissance par l'unité de commande centrale. Le codage numérique des données est avantageusement réalisé suivant une modulation par déplacement de fréquence La modulation par déplacement de fréquence appliquée dans le sens de l'unité centrale vers le module senseur peut être différente de celle appliquée dans le sens inverse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention et faite en référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente un schéma du principe de fonctionnement de l'ensemble du dispositif d'acquisition d'une grandeur physique pour une application sonar; la figure 2 représente l'emplacement d'un module senseur avec ses différents composants à l'intérieur d'un module d'attachement; la figure 3 montre le schéma fonctionnel d'un module senseur. L'ensemble du dispositif représenté sur la figure 1 comprend une unité centrale de commande et d'exploitation 1 située à bord d'un bâtiment reliée d'une part par liaison série numérique à un système d'exploitation du sonar 1 ' et d'autre part à un sonar 3 par un faisceau de câbles 4 de remorquage et de transmission, par l'intermédiaire de moyens de couplage 2.Ces câbles 4 sont réunis physiquement par des modules d'attachement 5 carénés représentés sur la figure 2, et qui sont répartis sur toute leur longueur Ces modules d'attachement 5 sont aussi appelés écailles à cause de leur forme hydrodynamique Ils se composent de deux parties,l'une 6 métallique en forme de boitier rectangulaire présentant des orifices transversaux pour le passage des câbles, l'autre 7 en matière plastique ayant la forme d'une écaille Pour certains modules d'attachement,le module senseur prend place à l'intérieur de la partie 7 1 renferme des moyens électroniques 9 d'acquisition d'une grandeur physique, qui est la température dans ce mode particulier de réalisation de l'invention, une bobine d'induction 8, une ou plusieurs pile électrochimiques 10, un circuit codeur 11, un interrupteur 12 à eau de mer. Les différents composants sont noyés dans une résine aux caractéristiques magnétiques, thermiques et conductrices appropriées, assurant une bonne tenue mécanique et étanchéité. La bobine d'induction 8 permet la transmission et la réception d'informations entre l'unité centrale de commande et d'exploitation 1 et le module senseur 7 par couplage magnétique avec l'un des câbles 4 du faisceau Le signal fréquentiel passant sur le câble induit une tension E dans la bobine 8 comportant N spires de surface S, qui est fonction de la dérivée par rapport au temps du champ B provoqué par le courant circulant sur le câble, suivant l'expression E = S N d B/dt Inversement, en retour, la bobine fournit au câble une information de mesure bathythermique sous la forme d'un signal induit de fréquence suivant une loi identique. Les signaux de communication entre l'unité centrale 1 et les modules senseurs 7 sont des signaux numériques, transmis sous forme de modulation par déplacement de fréquence. Les fréquences de réception par le module senseur et de réémission par celui-ci sont, de préférence, différentes Par exemple, les fréquences de réception peuvent être de 50 K Hz pour un état binaire de O et de 60 K Hz pour un état binaire de l Le choix de ces fréquences influence la consommation du module senseur, qu'on essaie de limiter. En réémission, les fréquences sont telles que le couplage entre câble et bobine soit optimal Elles peuvent être de 200 K Hz pour un état binaire de O et de 220 K Hz pour un état binaire de 1. Dans le but de ne pas perturber les liaisons d'émission et de transmission du sonar, les fréquences sont situées en dehors des plages de fréquences de communication du sonar Dans ce but, la bobine d'induction 8 peut être suivie d'un filtre passe-bande. Les piles électrochimiques 10 sont des piles de forte autonomie, telles que des piles au lithium. Le circuit codeur il confert au module senseur une identification Il peut être constitué de commutateurs codés en binaire sur sept ou huit positions. L'interrupteur 12 est dans ce mode de réalisation particulier dit à eau de mer Constitué de deux plaques métalliques, il est court-circuité par l'eau de mer Il assure ainsi la fermeture de l'ensemble des circuits du module senseur, en évitant une décharge inutile des piles 10 à l'extérieur du milieu d'immersion. Les moyens électroniques 9 comprennent en particulier un circuit de mesure ou capteur de température 18 représenté fonctionnellement sur la figure 3,qui est disposé de telle sorte que la partie sensible soit en contact avec la paroi intérieure de l'écaille et que la température externe soit accessible par conductivité thermique Le circuit de mesure de la température peut être constitué par une sonde platine intégrée à un pont de WHEASTON. Les moyens électroniques 9 représentés fonctionnellement sur la figure 3 comportent, outre la bobine d'induction 8, un circuit de veille 13, un microcontrôleur 14 constitué par un microprocesseur muni d'un circuit de décodage d'adresse 15, d'un circuit de contrôle d'alimentation 16, d'un circuit de codage numérique 17. Le fonctionnement est le suivant. L'unité centrale 1 envoie par une série d'impulsions de fréquence déterminée, par exemple 50 K Hz, un ordre d'initialisation des circuits de veille 13 des modules senseurs Le transfert des signaux est réalisé par couplage magnétique entre un câble 4 et la bobine d'induction 8 des modules senseurs Cette initialisation a pour effet, pour chaque module senseur l'inversion des sorties d'une bascule du circuit de veille 13, entrainant la mise en tension du circuit de décodage 15. L'unité centrale 1 envoie ensuite,suivant une modulation par déplacement de fréquence,un message-série numérique comportant un octet d'adresse d'un module senseur déterminé Ce message est transmis aux modules senseurs, par couplage magnétique entre un câble 4 et la bobine d'induction 8, au circuit de veille 13, qui le transmet au microcontrôleur 14. Le circuit de décodage 15 décode les données d'adresse qui lui parviennent du circuit de veille 13 par l'intermédiaire d'une boucle à verrouillage de phase dite d'entrée Il compare le code binaire fourni par le circuit codeur 11 au message-série transmis en modulation par déplacement de fréquence Si les deux mots de huit bits ne coincident pas, tous les circuits du module senseur interrogé sont mis hors tension, à l'exception du circuit de veille 13 Si les deux mots de huit bits coincident, le microcontrôleur 14 procède à la mise sous tension via le circuit de contrôle d'alimentation 16 des autres circuits du module senseur, à savoir du circuit de codage 17 et d'un circuit d'alimentation de mesures 19 pouvant être constitué par un convertisseur de tension continu- continu. Par le circuit de codage 17, le microcontrôleur 14 assure la conversion de la valeur analogique issue du capteur de température 18 Une boucle à verrouillage de phase dite de sortie assure la construction du signal suivant une modulation par déplacement de fréquence, qui peut être différente de celle en provenance de l'unité centrale. La transmission du signal à l'unité centrale 1 est effectuée par couplage magnétique entre la bobine d'induction 8 et un câble 4 Le signal formé par le module senseur à destination de l'unité centrale est constitué de deux octets, le premier contenant l'adresse du module senseur, le deuxième la mesure de température. Pendant la durée de la mesure, le circuit de contrôle d'alimentation 16 autorise les mises sous ou hors tension des circuits du module senseur Il coupe sa propre tension en fin de mesure. L'unité centrale peut ainsi interroger un certain nombre de modules senseurs, au plus égal au nombre de modules d'attachement. Suivant le même procédé, l'unité centrale est capable de contrôler le niveau de charge des piles du module senseur Elle envoie un octet d'adresse désignant le module interrogé La réception et la transmission de l'information s'effectuent par couplage magnétique comme précédemment et font intervenir les mêmes circuits 13, 15, 16, 17 du module senseur Une commande de contrôle du niveau de charge des piles se distingue d'une commande de mesure de la grandeur physique par le contenu du premier bit de l'octet d'adresse Par exemple, un état binaire de 1 indique une commande de mesure tandis qu'un état binaire de O indique une commande de contrôle. Le contrôle complet de l'acquisition des données et de leur traitement est effectué par l'unité centrale Le traitement informatique permet de déterminer la profondeur d'immersion des modules senseurs ainsi que le tracé d'un profil de la grandeur physique mesurée en fonction de la profondeur d'immersion. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour l'acquisition à distance d'une grandeur physique en milieu liquide ou gazeux, dans lequel est immergé un faisceau d'au moins deux câbles, en particulier de liaison électrique et de traction d'un sonar en milieu sous-marin, réunis physiquement par des modules d'attachement répartis sur toute leur longueur, le faisceau de câbles étant relié à une unité centrale de commande et d'exploitation ( 1) munie d'une liaison série à bord d'un bâtiment, caractérisé en ce que certains modules d'attachement ( 5) des câbles ( 4) contiennent un module senseur ( 7) renfermant des moyens électroniques ( 8,9) d'acquisition de la grandeur physique. 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques d'acquisition de la grandeur physique comprennent une bobine d'induction ( 8) telle que le transfert de tous les signaux dans le sens de l'unité centrale ( 1) vers le module senseur ( 7) et en sens inverse est réalisé par couplage magnétique ( 2) entre un câble ( 4) du faisceau et la bobine d'induction ( 8) située au niveau du module senseur ( 7). 3-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques ( 9) d'acquisition de la grandeur physique comprennent un circuit de mesure de la grandeur physique( 18). 4-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module senseur comprend un circuit d'alimentation général constitué par une ou plusieurs piles électrochimiques ( 10). 5-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques ( 9) comprennent un circuit de veille ( 13). 6-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques ( 9) d'acquisition de la grandeur physique comprennent un circuit de décodage d'adresse ( 15) et un circuit de codage numérique ( 17). 7-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le codage numérique des données est réalisé suivant une modulation par déplacement de fréquence. 8-Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la modulation de fréquence appliquée dans le sens du module senseur ( 7) vers l'unité centrale ( 1) est différente de celle appliquée dans le sens de l'unité centrale ( 1) vers le module senseur ( 7). 9- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques ( 9) d'acquisition de la grandeur physique comprennent un circuit de contrôle de l'alimentation ( 16). 10-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques ( 9) d'acquisition de la grandeur physique comprennent un interrupteur ( 12) court-circuité par un milieu conducteur dans lequel il est immergé. 11-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques ( 9) d'acquisition de la grandeur physique comprennent un circuit codeur ( 11).