Brevet FR2833697A1 — publié le 20030620

La présente invention se rapporte aux capteurs d'angle de roulis. Elle est particulièrement utile pour réaliser de tels capteurs avec des dimensions faibles permettant de les utiliser facilement dans les antennes acoustiques linéaires remorquées. De telles antennes sont notamment utilisées dans la prospection pétrolière en mer. Dans une antenne, ou un système d'antennes, linéaire remorquée, il est connu afin de pouvoir former des voies non ambigües, de mettre en oeuvre un traitement des signaux provenant des hydrophones, qui nécessite la connaissance de l'angle de roulis sur 360 au niveau de chaque groupement d'hydrophones, chaque groupement d'hydrophones comportant d'habitude 3 hydrophones disposés suivant un triangle équilatéral, dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'antenne. Les contraintes d'encombrement de ces antennes linéaires sont grandes. Dans les modèles courants, les capteurs de roulis, avantageusement de forme circulaire, doivent avoir un diamètre extérieur inférieur ou égal à 40 mm pour rentrer dans la gaine de l'antenne, et un diamètre intérieur supérieur ou égal à 30 mm pour laisser passer les organes intérieurs, dont les câbles. L'épaisseur doit être inférieure ou égale à 20 mm, avec t'électronique associée, pour ne pas limiter la flexion de l'ensemble. La précision recherchée est en outre de l'ordre du degré sur les 360 de l'étendue de mesure. On sait mesurer un angle de rotation au moyen de 2 accéléromètres placés orthogonalement. Un tel dispositif est sujet par principe à une forte dérive et délivre donc des mesures instables dans le temps, qui sont peu fiables. De plus, la détermination de l'angle nécessite la transmission de 2 mesures (1 par accéléromètre). Enfin, les dimensions de ce type de capteur sont trop grandes pour permettre une implantation aisée dans des antennes linéaires remorquées. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un capteur d'angle de roulis, notamment pour antenne acoustique linéaire remorquée, principalement caractérisé en ce qu'il comprend un tore creux échantillonné spatialement sur 3600 au moyen d'un ensemble de contacts répartis sur la surface intérieure du tore, un élément conducteur électrique se déplaçant par gravité à l'intérieur du tore en assurant le contact entre au moins deux contacts successifs, et des moyens de mesure pour déterminer à partir de ce contact la position relative du tore et de l'élément conducteur. Selon une autre caractéristique, les contacts sont répartis régulièrement sur la périphérie du tore. Selon une autre caractéristique, il comprend en outre un contact de masse continu placé sur la surface intérieure du tore de l'autre côté de l'ensemble de contacts. Selon une autre caractéristique, l'élément conducteur est une bille. Selon une autre caractéristique, la bille est en mercure. Selon une autre caractéristique, la bille est en matériau conducteur muni de poils conducteurs. Selon une autre caractéristique, les moyens de mesure comprennent un réseau de diodes pour effectuer directement une mesure numérique. Selon une autre caractéristique, les moyens de mesure comprennent un réseau de résistances pour effectuer directement une mesure analogique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent : - la figure 1, une vue de dessus et en coupe transversale de la partie mécanique d'un capteur selon l'invention ; - la figure 2, une vue de côté de cette partie mécanique ; - la figure 3, une coupe partielle et agrandie du système de contacts à l'intérieur de cette partie mécanique ; - la figure 4, une autre vue de dessus et en coupe transversale de la partie mécanique, montrant d'autres détails ; - la figure 5, le schéma d'un premier mode de réalisation de la partie électronique du capteur ; - la figure 6, le schéma d'un deuxième mode de réalisation de la partie électronique du capteur ; et - la figure 7, une vue agrandie de la bille placée sur trois contacts pour calculer ses dimensions. Un capteur selon l'invention est formé de 2 parties : - une partie mécanique circulaire constituée d'un tore sur lequel sont disposés des points de contacts répartis sur la périphérie de ce tore. - une partie électronique permettant le traitement des informations issues de cette partie mécanique. La partie mécanique, représentée schématiquement sur la figure 1, est constituée d'un tore creux en matériau isolant dans lequel circule un organe de contact, formé par exemple d'une bille de mercure. Le tore est rempli d'un liquide, par exemple une huile diélectrique, permettant un déplacement amorti de la bille, ainsi que la tenue à la pression du tore. La périphérie extérieure du tore comporte un ensemble de contacts 102 traversant jusqu'à la partie creuse 103, isolés électriquement entre eux et équirépartis. Suivant un exemple de réalisation, le nombre de contacts est fixé à 512 plus 1, se décomposant comme suit : . 256 contacts dits de "signal", échantillonnant spatialement les 3600 en 256 intervalles ; . 256 contacts dits de "mémorisation" venant s'intercaler entre les contacts de signal. En plus de ces contacts, on trouve un contact de masse électrique, qui sera décrit plus loin. Sur le côté du tore, un repère 104 indique la position du capteur pour une inclinaison de 00. Dans cette position ce repère se situe en partie basse du capteur. Afin de positionner mécaniquement le capteur dans l'antenne, le tore comporte également un ergot 105 situé en partie haute, à 1800 du repère 104. La droite passant par l'axe de l'ergot 105 et le repère 104 matérialise la verticale du capteur. Pour raccorder tous ces contacts aux organes de traitement, on a fixé par soudure, comme représenté schématiquement sur la figure 2, ces contacts transversants 102 sur un circuit imprimé 106 placé sur une des 2 faces du tore. Ce circuit imprimé supporte l'électronique associée et a pour fonction de : - délivrer des signaux électriques d'alimentation à la partie sensible (tore plus contacts) du capteur. - recevoir et traiter les informations issues de cette partie sensible. - interfacer les signaux provenant de ce traitement avec les organes électroniques résidant dans l'antenne. Comme représenté sur la figue 3, le côté extérieur 301 du tore 101 comporte alternativement 1 contact 112 traversant "signal", et 1 contact 122 traversant"mémoire". Le fonctionnement de ce mode de réalisation nécessite que la bille 302 soit en permanence à la masse électrique. Pour cela, comme représenté sur les figures 3 et 4, une partie de la face intérieure 303 du tore comporte une couche métallisée 305 qui est en contact avec une lame métallique transversante 304 en forme de couronne. De cette manière, les antennes linéaires remorquées étant soumises à de fortes vibrations, on maintient de manière sûre la bille 302 en contact permanent avec la lame 304 qui pénètre la bille. Les contacts" signal" 112 marquent la position de la bille 302 et servent de repère pour donner la valeur de l'inclinaison. Dans l'exemple de réalisation décrit, la précision obtenue est donc de La mise en mémoire de la position s'effectue à l'instant où l'un des 2 contacts"mémoire"122, voisins du contact "signal" 112 à gauche ou à droite suivant le sens de déplacement de la bille, est touché par la bille, qui le met ainsi en court-circuit avec la masse. Cette mise en mémoire permet de lever l'ambiguïté sur la position de la bille lorsqu'elle est située entre 2 contacts "signal". Suivant un premier mode de réalisation, la mesure de l'angle d'inclinaison est faite sur 8 bits au moyen d'un réseau de diodes, puis convertie en analogique. Le schéma de principe de l'électronique implantée sur le circuit imprimé 106 est représenté sur la figure 5. L'ensemble des contacts"mémoire"122 est relié à l'entrée d'un circuit d'interface 501. Ce circuit est formé classiquement d'une bascule"D"511 et de deux échantillonneurs 521 et 523. L'ensemble des contacts "signal" 112 est relié à un réseau de diodes 502 fournissant 8 bits représentant un mot binaire qui identifie le contact signal correspondant à la mise à la masse par la bille de ce contact signal. Sur la figure 5, cette mise à la masse correspond à la fermeture d'un interrupteur Sn. Le signal généré sur l'entrée "mémoire" du circuit 501, déclenche la mise en mémoire de la mesure numérique de l'angle d'inclinaison 0 à l'instant correspondant au front de montée du signal d'horloge CK. La donnée numérique, disponible sur une première sortie est ensuite convertie en analogique dans un convertisseur 503 pour être délivrée sur une deuxième sortie. Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, la mesure de 0 est faite directement en analogique sur un circuit dont le schéma de principe est représenté sur la figure 6. L'ensemble des contacts "signal" 112 est relié à un ensemble de résistances 601 alimentées par un générateur de courant constant 602. Suivant la position de la bille, le courant constant de ce générateur de courant, de valeur par exemple 1mA, est délivré dans une des résistances 601, notées Ro à R255. Ces résistances ont des valeurs différentes et elles sont choisies de manière à donner d'un contact à l'autre des valeurs de tension Vs non ambigües, compte tenu de leur plage de tolérance. De cette manière, on associe une seule position de la bille à une seule valeur de Vs. Comme précédemment, on obtient donc la valeur de 0 quand la bille met à la masse l'un des contacts "signal". La mise en mémoire, lorsque la bille est placée entre 2 contacts "signal", est réalisée par un circuit d'échantillonnage 603 commandé par la mise à la masse d'un des contacts 122. Un convertisseur analogique numérique 604 permet éventuellement de convertir cette mesure en numérique. A titre d'exemple, on a fabriqué un capteur d'inclinaison avec un tore de diamètre extérieur égal à 40 mm, en polyéthylène par exemple. Dans cette réalisation, le diamètre de la bille est choisi pour qu'en position" contact mémoire" elle soit tangente aux deux contacts "signal" adjacents. Si e est la largeur d'un contact, le diamètre de la bille D vaut 5 x e, comme illustré figure 7. On a alors 2e = 40 x rI/512, ce qui donne e = 0,1225 mm et D = 0,6125mm. La quantité de mercure utilisé pour fabriquer la bille 302 est alors très faible, ce qui limite les risques de pollution. Suivant une variante de réalisation, la bille est fabriquée en matériau conducteur solide, par exemple en aluminium, et elle est revêtue de poils métalliques formant comme une brosse, de manière à assurer la reprise de masse sur la lame 304. REVENDICATIONS 1 - Capteur d'angle de roulis, notamment pour antenne acoustique linéaire remorquée, caractérisé en ce qu'il comprend un tore creux (101) échantillonné spatialement sur 3600 au moyen d'un ensemble de contacts (102) répartis sur la surface intérieure (103) du tore, un élément conducteur (302) électrique se déplaçant par gravité à l'intérieur du tore en assurant le contact entre au moins deux contacts (102) successifs, et des moyens de mesure (106) pour déterminer à partir de ce contact la position relative du tore et de l'élément conducteur. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts (102) sont répartis régulièrement sur la périphérie du tore. 3 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un contact de masse (30) continu placé sur la surface intérieure du tore de l'autre côté de l'ensemble de contacts (102). 4 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément conducteur (302) est une bille. 5 - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bille (302) est en mercure. 6 - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bille (302) est en matériau conducteur muni de poils conducteurs. 7-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de mesure (106) comprennent un réseau de diodes (502) pour effectuer directement une mesure numérique. 8 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de mesure (106) comprennent un réseau de résistances (601) pour effectuer directement une mesure analogique.