Brevet FR2717261A1 — publié le 19950915

La présente invention a pour objet une sonde destinée notamment à mesurer la température dans un espace clos, dans un environnement hostile à l'homme, en vue de la surveillance de ladite température. On connaît déjà des sondes capables de mesurer la température dans un certain milieu, par l'intermédiaire de capteurs électroniques qui transmettent les informations représentatives de la grandeur physique mesurée sous forme d'un signal analogique ou numérique, par un réseau de câbles prévu à cet effet ou par des conducteurs placé dans des câbles multifonctionnels vers une unité centrale de traitement desdites informations. Toutefois ces sondes présentent l'inconvénient d'utiliser des câbles électriques qui sont exposés à des perturbations électromagnétiques environnantes, et qui peuvent être facilement détériorés par des coupures partielles ou totales ou par combustion, toutes ces détériorations étant difficilement repérables et provoquant des mesures très aléatoires. En outre la mobilité de ces sondes est rendue difficile par leur connexion aux câbles électriques, obligeant de recourir, lorsqu'on les déplace d'un point de mesure à un autre, à des opérations de transfert assez fastidieuses. Dans certains domaines industriels tels que celui de l'industrie nucléaire, il est d'autre part nécessaire de mesurer la température de l'air contenu dans un espace clos, notamment dans des puits de stockage, à l'aide d'une sonde autonome susceptible d'être complètement insérée dans ledit espace sans qu'aucun élément tel qu'une antenne fasse saillie hors dudit espace. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des dispositifs connus en proposant une sonde autonome qui ne comporte aucune liaison par câble électrique, et qui est apte à transmettre des données représentatives d'une certaine grandeur physique, en l'occurence la température de l'air dans un espace clos, mesurée par ladite sonde, à une unité centrale de traitement desdites données. Un dispositif de sonde selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend un boîtier, fermé par un couvercle, renfermant une carte électronique alimentée de manière autonome et reliée à un circuit d'émission, et un capteur de mesure se prolongeant sous le boîtier et muni à son extrémité libre d'un élément sensible à la grandeur physique à mesurer, ladite carte électronique comprenant un microcontrôleur incorporant une horloge interne, apte à déclencher périodiquement au moins deux mesures consécutives analysées par ledit micro-contrôleur qui, lorsque la valeur de la deuxième mesure présente un certain écart par rapport à la première, commande au circuit d'émission l'émission par voie hertzienne d'un signal sous forme numérique, représentatif de la deuxième valeur mesurée, vers un centralisateur comportant un circuit de réception relié via une interface à un système informatique de gestion des informations. De manière avantageuse la carte électronique peut comprendre une thermistance pour contrôler la température ambiante du boîtier et générer une alarme si cette température dépasse les limites de fonctionnement. Elle peut d'autre part, lorsque l'on utilise plusieurs sondes, comprendre des micro-interrupteurs définissant un numéro d'identification de la sonde qui envoie le signal au centralisateur. Conformément à l'invention, à chaque réveil du micro-contrôleur par l'horloge interne, celui-ci mesure successivement la tension de la pile d'alimentation afin de transmettre une alarme éventuelle si la pile est déchargée; la valeur de la résistance étalon et le calibrage du convertisseur analogique numérique en fonction de cette mesure, afin de se libérer des dérives d'alimentation et autres; la tension aux bornes de la thermistance afin de générer une alarme dans le cas où la température du boîtier dépasse les conditions limites de fonctionnement; la valeur ohmique de la résistance des conducteurs de liaison reliant l'élément sensibLe du capteur à la carte électronique, afin de pouvoir effectuer une compensation et générer une alarme éventuelle dans le cas où la valeur ohmique mesurée est supérieure à la valeur maximale attendue, signifiant une rupture ou une dégradation des conducteurs ou du capteur. Toujours conformément à l'invention le boîtier renferme un moyen électrique tel que par exemple un relais "reed" en ampoule qui ferme un contact sur un "port" d'entrée du micro-contrôleur, permettant de déclencher l'opération de mesure d'une grandeur physique par le capteur et l'émission du signal correspondant dans le cas où celui ci a été validé par le micro-contrôleur sans attendre le signal de l'horloge interne, en approchant simplement un aimant du boîtier du capteur, ce qui permet à un agent de maintenance, par exemple, de vérifier l'état de fonctionnement dudit capteur sans ouvrir le boîtier, avantage important lorsque ce type de sonde doit être installée dans une atmosphère à risques, contenant par exemple un gaz explosible, et qui de plus préserve l'étanchéité du boîtier. Les avantages et les caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé: - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'un dispositif de sonde selon l'invention. - la figure 2a représente une vue de dessus de ce même dispositif. - la figure 2b représente une vue en coupe du boîtier d'un dispositif selon l'invention. - la figure 3 représente le circuit électronique de l'émetteur d'un dispositif selon 1'invention. Si on se réfère aux figures 1 et 2 on peut voir qu'un dispositif de sonde selon l'invention comprend un boitier I de forme cylindrique, réalisé de préférence en acier inoxydable et étanche aux liquides , fermé par un couvercle 10 en matière plastique robuste, renfermant une carte électronique 2 reliee à une pile 3 et à un circuit d'émission 4 relié à une antenne 20 constituée d'un simple fil de cuivre bobiné dans le couvercle 10 de façon à être complètement invisible. Un capteur de mesure 5, fermé à son extrémité inférieure 51, est solidarisé perpendiculairement et sensiblement au centre de la face extérieure 11 du fond du boîtier 1 et abrite un élément sensible 52. La carte électronique 2 comprend un microcontrôleur 21 incorporant une horloge interne, non représentée, un convertisseur analogique-numérique 22, une résistance étalon 23, une thermistance 24 et des microinterrupteurs 25. L'élément sensible 52 est destiné à mesurer une grandeur physique qui est la température dans ce mode de réalisation, et il est relié directement au convertisseur analogique-numérique 22 par des conducteurs de liaison 53. Lorsque le micro-contrôleur 21 décide l'émission du signal numérique représentatif de la température mesurée par le capteur 52, celui-ci est émis par l'émetteur 4 à I'aide de l'antenne 20 vers un récepteur, non représenté, relié à un système informatique de traitement de ce signal. Le boîtier 1 comporte en outre un relais "reed" en ampoule 16 destinée à fermer un contact sur un port d'entrée du micro-contrôleur 21, permettant de déclencher, sans attendre le signal de l'horloge interne, la fonction de mesure et d'émission du signal représentatif de la valeur mesurée par le capteur 5, permettant à un agent de maintenance, à l'aide d'un aimant) de vérifier le bon fonctionnement du capteur sans avoir à ouvrir le boîtier pour accéder aux parties électroniques de la sonde. On peut voir également sur la figure 2b que le dispositif de sonde repose simplement dans un couvercle 61 comportant une feuillure 62, fermant un puits 6, situé au niveau du sol 7, de même que le couvercle 10 du boîtier 1 de la sonde, ce qui permet la libre circulation des personnes, rien ne dépassant du niveau du sol. plaque 12 fixée solidement sur la face intérieure 12 du fond du boîtier 1 à l'aide de goujons 13, de manière que le capteur 5 contenant l'élément sensible 52 ne puisse tomber dans le puits 6 et qu'il soit par ailleurs facilement désolidarisable par un agent de maintenance. D'autre part la carte électronique 2 est isolée de l'antenne 20 bobinée dans le couvercle 10 par une plaque de blindage 8 parallèle à celle-ci et disposée légèrement au dessus, le couvercle 10 étant fixe au boîtier 1 par des vis 9 vissées dans un rebord périphérique interne 14 solidaire du boîtier 1, tandis que l'espace intérieur du boîtier 1 est isolé par un joint torique d'étanchéité 91 placé dans une gorge 15 périphérique pratiquée dans le couvercle 10. Si on se réfère maintenant à la figure 3 on peut voir que le circuit de l'émetteur 4 comporte peu de composants, à savoir un transistor NPN 40 qui constitue un premier étage doubleur de fréquence piloté par un quartz 41 oscillant à une fréquence de l'ordre de 76 MHz, la fréquence de sortie de l'étage étant une composition de la fréquence fondamentale de 76 MHz et de son harmonique, soit 152 MHz. Le second étage est réalisé autour d'un transistor NPN 42 et est chargé d'amplifier la fréquence fondamentale et de rejeter celle égale à 76 MHz, la polarisation automatique du transistor 42 se faisant par une simple diode à jonction 43 permettant d'assurer le fonctionnement stable de cet étage en classe B, en réutilisant l'énergie stockée à chaque alternance par la bobine d'arrêt à radiofréquence 44, en augmentant ainsi le rendement global, ce qui permet d'avoir une consommation réduite. Des bobines 45 et 46 et des condensateurs 47 et 48 forment un filtre de sortie qui est chargé d'éliminer les harmoniques parasites, tandis qu'un transistor 49 réalise la modulation de l'étage de puissance en coupant son alimentation pour les codes nuls. L'émetteur 4 permet d'obtenir une puissance rayonnée avec l'antenne monobrin 20 d'environ 10 à 20 mW, offrant une portée d'un kilomètre. De plus l'émetteur 4 module l'onde porteuse en modulation d'amplitude avec un taux de modulation de 100%, les informations représentatives de la grandeur physique mesurée par l'élément sensible 52 étant transmises sous la forme d'un signal numérique, le codage d'un bit de niveau logique "zéro" correspondant à la coupure de l'onde porteuse. Par un choix arbitraire du codage des informations, les messages sont composés de manière à inclure une majorité de niveau logique zéro, l'émetteur 4 étant alors coupé statistiquement plus de la moitié du temps de transmission, ce qui permet d'économiser plus de la moitié de l'énergie nécessaire à la transmission radio, par rapport à la majorite des émetteurs de télémesure industrielle utilisant la modulation de fréquence sans permettre la coupure de l'onde porteuse. Le sequencement des opérations pourrait être le suivant lorsque l'horloge declenche le réveil du microcontrôleur 21 : mesure de la tension de la pile 3 et déclenchement d'une alarme éventuelle si la pile est déchargée; mesure de la tension aux bornes de la résistance étalon 23 et calibrage du convertisseur analogique-numerique 22; mesure de la valeur ohmique de la thermistance 24 afin d'évaluer les changements de températures dans le boîtier 1 et déclenchement d'une alarme éventuelle; mesure de la valeur ohmique de la résistance des conducteurs de liaisons 53; acquisition de quatre mesures espacées de 5 ms dans un intervalle de temps correspondant de 20 ms correspondant à la période du courant alternatif utilisé couramment; comparaison avec la mesure précedente, et si celle-ci est différente de plus de 1 degré, le micro-contrôleur 21 lit une certaine valeur, donnée par les micro-interrupteurs 25, définissant le numéro de la sonde puis met sous tension le circuit d'émission 4 et compose la trame à émettre, qui comporte un préambule destiné à synchroniser le récepteur, non représenté, sur ladite trame, le numéro de la sonde, l'état de l'élément sensible 52, la température ambiante, l'état des conducteurs 53 et de la pile 3, et la mesure de la température linéarisée. Si la mesure n'a pas varié de plus d' un degré le micro-contrôleur effectue la mise en mémoire de la mesure et sa mise en sommeil. REVENDICATIONS 1) Dispositif de sonde destiné notamment à mesurer la température dans un espace clos, dans un environnement hostile à l'homme, en vue de la surveillance de ladite température, caractérisé ce qu'il comprend essentiellement un boîtier (1) fermé par un couvercle (10) et abritant une carte électronique (2) alimentée par une alimentation autonome (3) et reliée à un circuit d'émission (4) lui-même relié à une antenne (20) bobinée dans le couvercle (10), un capteur de mesure (5) se prolongeant sous le boitier (1) et contenant à son extrémité (51) un élément (52) sensible à la grandeur physique à mesurer, ladite carte électronique (2) comprenant un micro-contrôleur (21) incorporant une horloge interne, apte à déclencher périodiquement au moins deux mesures consécutives analyses par le micro-contrôleur (21) qui, lorsque la valeur de la grandeur physique déterminée par la deuxième mesure présente un certain écart par rapport à la première, commande au circuit d'émission (4) l'émission par voie hertzienne, par l'intermédiaire de l'antenne (20), d'un signal sous forme numérique, représentatif de la deuxième valeur mesurée, vers un centralisateur comportant un circuit de réception relié via une interface à un système informatique de gestion des informations. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérise en ce que la carte électronique (2) comporte une thermistance (24) permettant de contrôler la température ambiante du boîtier (1) et de générer une alarme si ladite température dépasse les limites de fonctionnement. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la carte électronique (2) comporte des microinterrupteurs (25) définissant un numéro d'identification de la sonde. 4) Utilisation du dispositif qui fait l'objet des revendications 1 à 3 par insertion dudit dispositif dans un espace clos, le couvercle (10) dudit dispositif affleurant l'une des parois délimitant ledit espace clos.