Brevet FR2830941A1 — publié le 20030418

Câble et son système de surveillance La présente invention concerne la surveillance de données extrinsèques ou intrinsèques à un câble électrique, ou de télécommunications, y compris à fibres optiques. Elle vise particulièrement à relever les données caractéristiques à un ou plusieurs endroits prédéterminés sur le câble. A cette fin, un câble est caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs de surveillance passifs répartis le long du câble comprenant chacun un moyen pour capter au moins une donnée relative au câble, un moyen pour émettre radioélectriquement la donnée captée et un moyen d'alimentation pour alimenter en tension continue le moyen pour capter et le moyen pour émettre. Selon certaines réalisations de l'invention décrites plus en détail ci-après, les moyens d'alimentation dans les dispositifs de surveillance peuvent être couplés par induction électromagnétique à au moins un élément conducteur inclus dans le câble et susceptible d'être traversé par un courant alternatif, ou bien recevoir une porteuse radioélectrique de puissance non modulée émise depuis l'extérieur du câble. Selon une autre réalisation, les dispositifs de surveillance sont fixés sur un ruban en matière isolante rapporté longitudinalement sur le câble et comportant deux conducteurs électriques longitudinaux reliés aux moyens d'alimentation dans les dispositifs de surveillance et ayant des extrémités susceptibles d'être reliées à une source de tension continue. L'invention concerne également un système pour surveiller un câble. Le système comprend plusieurs dispositifs de surveillance inclus dans le câble selon l'invention, et un moyen de lecture extérieur au câble pour recevoir les données émises par les dispositifs de surveillance. Le moyen de lecture peut être portable. Le moyen de lecture peut comprendre un câble rayonnant longeant le câble et un récepteur relié à l'une des extrémités du câble rayonnant pour recevoir les données émises par les moyens pour émettre dans les dispositifs de surveillance. Pour un câble dont les dispositifs de surveillance reçoivent l'énergie d'alimentation par une porteuse non modulée, le moyen de lecture peut émettre lui-même la porteuse non modulée vers les dispositifs de surveillance. Dans ce cas, le moyen de lecture peut comprendre un câble rayonnant longeant le câble à surveiller, un moyen pour générer la porteuse de puissance non modulée à travers le câble rayonnant vers les moyens d'alimentation dans les dispositifs de surveillance, et un récepteur pour recevoir à travers le câble rayonnant les données émises par les moyens pour émettre dans les dispositifs de surveillance. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels : - la figure 1 est une vue longitudinale schématique d'un câble à trois conducteurs incorporant des dispositifs de surveillance dans un système de surveillance selon une première réalisation de l'invention ; - la figure 1A est une coupe transversale prise le long de la ligne A-A du câble de la figure 1 ; - la figure 2 détaille un dispositif de surveillance selon la première réalisation de l'invention couplé par induction électromagnétique à un élément conducteur du câble et émettant un identificateur et des données vers un lecteurrécepteur radio ; - la figure 3 montre schématiquement un système de surveillance selon une deuxième réalisation de l'invention, dans lequel les dispositifs de surveillance sont télé-alimentés par une porteuse radio émise par le lecteur ; - la figure 4 montre schématiquement un système de surveillance selon une troisième réalisation de l'invention, dans lequel les dispositifs de surveillance sont alimentés à travers des conducteurs électriques rapportés sur le câble à surveiller ; - la figure 5 montre schématiquement un système de surveillance selon une quatrième réalisation de l'invention, dans lequel les dispositifs de surveillance sont télé-alimentés par induction électromagnétique comme dans la première réalisation, mais émettent des identicateurs et des données vers un lecteur à travers un câble rayonnant ; et - la figure 6 montre schématiquement un système de surveillance selon une cinquième réalisation de l'invention, dans lequel les dispositifs de surveillance sont télé-alimentés à travers un câble rayonnant qui reçoit des identificateurs et des données émis par les dispositifs de surveillance. Selon une première réalisation de l'invention montrée aux figures 1 et 2, un système de surveillance surveille un câble d'énergie électrique ou de télécommunications 1 comprenant plusieurs conducteurs filaires métalliques isolés 2 contenus dans une gaine ou enveloppe externe 3. Le système de surveillance comprend plusieurs dispositifs de surveillance passifs 4 équirépartis longitudinalement dans le câble et incorporés dans ou fixés sur ou sous la gaine 3 lors de la fabrication du câble. Selon la réalisation illustrée aux figures 1 et 1A, les dispositifs 4 affleurent la face externe de la gaine 3. Le système de surveillance comprend aussi un lecteur-récepteur radio 5 mobile et portable, externe au câble et alimenté par batterie ou par le secteur électrique. Chaque dispositif de surveillance 4 montré en détail à la figure 2 est organisé autour d'un microcontrôleur 6 incluant une mémoire non volatile ayant préalablement mémorisé notamment un identificateur respectif ID du dispositif de surveillance. Dans le dispositif 4 sont reliés au microcontrôleur 6 au moins un capteur 7 pour capter une donnée D relative au câble 1, un émetteur à radiofréquence 8 pour émettre périodiquement l'identificateur ID et la donnée D vers le lecteurrécepteur radio 5 extérieur au câble, et un circuit d'alimentation 9 pour alimenter les éléments précités 6,7 et 8. Tous les éléments 6 à 9 sont miniaturisés et intégrés sur un substrat diélectrique de quelques millimètres carrés. En particulier, l'émetteur radio 8 et le circuit d'alimentation 9 comprennent respectivement une antenne 81 du type antenne plaque ou pastille (en terminologie anglo-saxonne"patch") et une inductance de couplage 91 imprimées dans le substrat. La donnée D captée par le capteur 7 et appliquée sous forme de mot binaire au microcontrôleur 6 peut être une caractéristique physique sur l'environnement du câble telle que la température ou la pression ou l'état hygrométrique régnant autour du câble, ou bien une contrainte intrinsèque au câble telle qu'un allongement, ou une grandeur électrique telle que courant, tension, capacité. En variante, plusieurs de ces données extrinsèques ou intrinsèques au câble sont captées par plusieurs capteurs inclus dans le dispositif 4 et émises par l'émetteur 8. L'identificateur ID émis conjointement à la donnée D sert à distinguer le dispositif de surveillance 4 par rapport aux autres dispositifs de surveillance et implicitement à localiser le dispositif de surveillance le long du câble. L'identificateur ID et la donnée D sont émis périodiquement, par exemple par modulation d'amplitude, de fréquence ou de phase dans le microcontrôleur 6 et par transposition en fréquence dans l'émetteur 8 qui émet une porteuse modulée de fréquence F. L'émission est cyclique afin que les données et identificateurs émis par les dispositifs de surveillance voisins d'un dispositif de surveillance donné ne se recouvrent pas et soient ainsi multiplexés temporellement. La fréquence d'émission F de l'émetteur 8 est différente des fréquences de signaux transmis normalement par les conducteurs 2 du câble 1. Si le câble transmet un signal électrique, la fréquence en bande de base du signal modulé dans le microcontrôleur 6 est différente de la fréquence de la tension alternative de 50 ou 60 Hz, et si le câble transmet un signal de télécommunications, la fréquence d'émission F n'appartient pas à la plage des fréquences utiles des signaux de télécommunications transmis par le câble. Par exemple, la fréquence d'émission F est égale à 433 MHz. Selon la première réalisation montrée aux figures 1 et 2, le circuit d'alimentation 9 est couplé inductivement avec un élément conducteur d'alimentation inclus dans le câble et susceptible d'être traversé par un courant électrique IA après que le câble soit installé. L'élément conducteur consiste en un ou plusieurs des conducteurs filaires 2 dans le câble, ou bien consiste en un tout autre élément métallique s'étendant longitudinalement, y compris de manière hélicoïdale, dans le câble, tel qu'un écran ou blindage 31 incorporé à la gaine 3 du câble, ou tel qu'un fil ou toron de fils 32 au centre du câble ou une ou plusieurs armatures filaires 33 noyées dans la gaine 3 et/ou logées sous la gaine 3 à l'intérieur du câble. Afin de ne pas perturber les signaux transmis par le câble, la fréquence FA du courant de téléalimentation injecté dans l'élément conducteur d'alimentation inclus dans le câble n'appartient pas à la plage des fréquences utiles des signaux transmis dans le câble. Cependant, la fréquence FA ne doit pas être trop élevée afin que le courant de téléalimentation ne s'affaiblisse pas trop. Typiquement pour une portée de quelques centaines de mètres, le courant d'alimentation alternatif est de quelques milliampères et à une fréquence FA inférieure à 1 MHz environ. Pour un câble d'énergie électrique, la fréquence d'alimentation FA peut être comprise entre 1 kHz et 1 MHz. Pour un câble de télécommunications à bas débit, la fréquence FA peut être comprise entre 100 kHz et 1 MHz. Le courant de télé-alimentation IA est produit par un générateur de courant 10 relié à l'une des extrémités de l'élément conducteur d'alimentation 2, 31,32, 33. Le circuit d'alimentation 9 du dispositif de surveillance 4 est couplé par induction électromagnétique à l'élément conducteur d'alimentation au moyen de l'inductance 91 qui, avec un condensateur 92, constitue un circuit oscillant accordé sur la fréquence FA du courant de téléalimentation IA. La tension alternative induite VA au borne du circuit oscillant est appliquée à des moyens 93 pour générer une tension continue Vd alimentant les microcircuits 6,7 et 8 inclus dans le dispositif 4. Les moyens 93 peuvent comprendre un redresseur, un filtre et un limiteur de tension pour fournir la tension continue Vd ainsi qu'un démodulateur pour fournir un signal d'horloge H à une base de temps incluse dans le microcontrôleur 6. Selon une variante de la première réalisation ainsi que selon d'autres réalisations décrites ciaprès, le câble à surveiller est un câble contenant des fibres optiques à la place des conducteurs filaires 2 ou en combinaison avec ceux-ci et comprend au moins un élément conducteur du courant de téléalimentation IA à la fréquence FA afin d'induire par couplage inductif la tension induite VA qui est convertit en tension continue d'alimentation Vd. L'élément conducteur peut être également un renfort métallique tel qu'un toron ou un fil métallique au centre du câble et/ou une ou plusieurs armatures à la périphérie du câble ou sous la gaine externe du câble. Selon une deuxième réalisation montrée à la figure 3, le système de surveillance surveille un câble la du même type que le câble 1 selon la première réalisation, mais sans nécessiter un élément conducteur de courant d'alimentation. Par exemple, le câble à surveiller peut être un câble à fibres optiques sans élément métallique. Dans cette deuxième réalisation, le lecteur portable 5a émet une porteuse non modulée PA, faisant office de signal de puissance d'alimentation, qui est captée par une antenne de réception sous la forme d'une antenne micro-onde du type pastille intégrée dans chaque dispositif de surveillance 4a sur ou incorporé dans le câble la afin de l'appliquer à un circuit d'alimentation 93a fournissant une tension d'alimentation Vd et un signal d'horloge H. L'antenne de réception précitée avec un circuit d'adaptation d'impédance peut être confondue avec l'antenne d'émission 8la. En variante, l'antenne micro-onde de réception peut être remplacée par un circuit résonnant 91a-92a accordé sur la fréquence de la porteuse d'alimentation PA émise par le lecteur 5a. Ainsi chaque dispositif de surveillance 4a est encore purement passif mais est alimenté par une source d'énergie externe au câble de l'invention à surveiller la. Par ailleurs, le dispositif 4a contient des microcircuits 6a, 7a et 8a analogues à ceux 6,7 et 8 décrits dans la première réalisation, afin que ces circuits émettent l'identificateur ID et au moins une donnée D modulant la porteuse de fréquence F vers le lecteur 5a. En pratique, le lecteur portable 5a est sensible à la réception de l'identificateur ID et des données D en réponse à la porteuse d'alimentation PA non modulée faisant office de signal de demande de lecture qu'il émet, pour une distance de l'ordre du mètre par rapport à chaque dispositif de surveillance 4a. Selon une troisième réalisation montrée à la figure 4, le système de surveillance surveille un câble lb qui ne comprend pas nécessairement un élément conducteur électrique. Dans cette troisième réalisation, les dispositifs de surveillance 4b ont leurs substrats fixés préalablement, par exemple par collage, sur une face d'un ruban mince 41 en matière souple et isolante. Le ruban 41 supporte deux conducteurs métalliques imprimés ou collés longitudinaux 42, par exemple en cuivre ou aluminium. Des extrémités des conducteurs 42 sont reliées aux bornes d'une source de tension continue lOb telle que des piles. Des bornes d'alimentation des éléments 6b, 7b et 8b dans chaque dispositif de surveillance 4b sont reliées aux conducteurs d'alimentation 42 s'étendant sur ou sous le substrat du dispositif 4b, directement ou bien par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu inclus dans le circuit d'alimentation 9b. Les dispositifs 4b sont ainsi alimentés en parallèle par la source de tension continue lOb. L'identificateur ID et les données D sont émis vers le lecteur-récepteur 5b de la même manière que dans les réalisations précédentes. Selon une quatrième réalisation montrée à la figure 5, le câble électrique ou de télécommunications lc de l'invention à surveiller est du même type que le câble 1 selon la première réalisation (figure 2) ou lb selon la troisième réalisation (figure 4). Par exemple, le câble lc inclus un élément conducteur susceptible d'être traversé par un courant alternatif de téléalimentation IA à la fréquence FA et couplé par induction électromagnétique à l'inductance 91c incluse dans le circuit d'alimentation 9c de chaque dispositif de surveillance 4c. Dans la quatrième de réalisation, le système de surveillance comprend, en tant que moyen de lecture, un câble rayonnant 51c et un lecteur-récepteur 5c. Le câble rayonnant 51c est par exemple du type coaxial avec des motifs périodiques de fentes ou de trous et s'étend le long du câble à surveiller 1c et contre celui-ci ou à une distance de celui-ci pouvant atteindre environ 1 mètre. Le lecteur 5c est couplé à l'une des extrémités du câble rayonnant 51c pour recevoir les identificateurs ID et les données D modulant la porteuse de fréquence F et émis cycliquement par les dispositifs 4c, chacun à leur tour. En pratique, le câble rayonnant 51c est installé dans la même conduite souterraine contenant le câble lc ou bien est fixé contre le câble lc avant la pose de celui-ci. Une cinquième réalisation selon l'invention combine la télé-alimentation par porteuse d'alimentation non modulée PA selon la deuxième réalisation (figure 3) et la réception d'identificateur et de données par câble rayonnant 51d selon la quatrième réalisation (figure 5), comme montré à la figure 6. Le câble de l'invention à surveiller ld peut ne pas comprendre d'élément conducteur puisqu'aucun courant de télé-alimentation traversant le câble ld n'est nécessaire. Chaque dispositif de surveillance 4d sur ou incorporé au câble à surveiller ld est analogue au dispositif de surveillance 4a selon la deuxième réalisation montrée à la figure 3. Le moyen de lecture selon la cinquième réalisation consiste en un câble rayonnant 51d longeant le câble à surveiller ld et un lecteur 5d. Le lecteur 5d est doté non seulement d'un récepteur mais également d'un émetteur de porteuse d'alimentation non modulée PA émise à travers le câble rayonnant 51d et diffusée par celui-ci vers les dispositifs de surveillance 4d. Les antennes ou les circuits accordés 91d-92d dans les circuits d'alimentation 9d captent la porteuse PA et la transforme en une tension continue Vd appliquée aux microcircuits 6d, 7d et 8d inclus dans les dispositifs 4d. Comme dans la quatrième réalisation, l'émetteur radio 8d dans chaque dispositif de surveillance 4d émet cycliquement dans une fenêtre temporelle prédéterminée l'identificateur ID et les données D respectives modulant la porteuse à la fréquence F qui est captée par le câble rayonnant 51d afin que le lecteur 5d récupère les identificateurs et les données. REVENDICATIONS 1-Câble caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs de surveillance passifs (4) répartis le long du câble (1) comprenant chacun un moyen (7) pour capter au moins une donnée (D) relative au câble, un moyen (8) pour émettre radioélectriquement la donnée captée et un moyen d'alimentation (9) pour alimenter en tension continue (Vd) le moyen pour capter et le moyen pour émettre. 2-Câble conforme à la revendication 1, dans lequel chaque dispositif de surveillance est miniaturisé sur un substrat de quelques millimètres carrés. 3-Câble conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les dispositifs de surveillance (4) sont fixés sur ou sous ou incorporés dans une gaine (3) du câble (1). 4-Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen pour émettre (8) émet un identificateur respectif (ID) du dispositif de surveillance (4) conjointement à la donnée émise (D). 5-Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la donnée émise est une caractéristique physique sur l'environnement du câble, ou une contrainte intrinsèque au câble. 6-Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (9 ; 9c) dans les dispositifs de surveillance (4 ; 4c) sont couplés par induction électromagnétique à au moins un élément conducteur (2,31, 32,33) inclus dans le câble (1 ; lc) et susceptible d'être traversé par un courant alternatif (IA). 7-Câble conforme à la revendication 6, selon lequel le courant (IA) susceptible de traverser l'élément conducteur (2, 31,32, 33) a une fréquence (FA) n'appartenant pas à la plage de fréquences utiles d'un signal électrique ou de télécommunications transmis dans le câble. 8-Câble conforme à la revendication 6 ou 7, dans lequel le courant (IA) susceptible de traverser l'élément conducteur (2,31, 32,33) est de quelques dizaines de milliampères et a une fréquence inférieure à 1 MHz environ. 9-Système conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (9a ; 9d) dans les dispositifs de surveillance (4a ; 4d) reçoivent une porteuse de puissance non modulée (PA) émise depuis l'extérieur du câble. 10-Câble conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les dispositifs de surveillance (4b) sont fixés sur un ruban (41) en matière isolante rapporté longitudinalement sur le câble (lb) et comportant deux conducteurs électriques longitudinaux (42) reliés aux moyens d'alimentation (9b) dans les dispositifs de surveillance (4b) et ayant des extrémités susceptibles d'être reliées à une source de tension continue (lOb). 11-Système pour surveiller un câble, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs de surveillance (4) inclus dans le câble (1) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, et un moyen de lecture (5) extérieur au câble pour recevoir les données émises par les dispositifs de surveillance. 12-Système conforme à la revendication 11, dans lequel le moyen de lecture (5) est portable. 13-Système conforme à la revendication 11 ou 12 pour le câble conforme à la revendication 9, dans lequel le moyen de lecture (5a ; 51d, 5d) émet la porteuse de puissance non modulée vers les dispositifs de surveillance. 14-Système conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que le moyen de lecture comprend un câble rayonnant (51c) longeant le câble à surveiller (lc) et un récepteur (5c) relié à l'une des extrémités du câble rayonnant pour recevoir les données (D) émises par les moyens pour émettre (8c) dans les dispositifs de surveillance (4c). 15-Système conforme à la revendication 11 pour le câble conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen de lecture comprend un câble rayonnant (51d) longeant le câble à surveiller (ld), un moyen (5d) pour générer une porteuse de puissance non modulée (PA) à travers le câble rayonnant vers les moyens d'alimentation (9d) dans les dispositifs de surveillance (4d), et un récepteur (5d) pour recevoir à travers le câble rayonnant les données (D) émises par les moyens pour émettre (8d) dans les dispositifs de surveillance (4d).