Brevet FR2938929A1 — publié le 20100528

STATION METEOROLOGIQUE La présente invention est relative aux stations météorologiques, et notamment aux stations météorologiques portables. De telles stations sont déjà utilisées par diverses communautés scientifiques, et la société ONSET (MA, Etats-Unis d'Amérique) commercialise actuellement une station météorologique sous la marque HOBOTM qui est largement utilisée dans ces milieux. Ces stations HOBO nécessitent toutefois un assemblage de la structure et la connexion de toutes les pièces électroniques en situ. Par conséquent, nombres d'erreurs de câblage se produisent lors du déploiement de ces stations en environnement inhospitalier, par exemple sur les glaciers où les extrêmes conditions environnementales réduisent la concentration et la dextérité du personnel, ce qui causent des problèmes physiques de raccordement minutieux entre les capteurs et le contrôleur, ou simplement des raccordements inexacts, par exemple des capteurs de température branchés au contrôleur à des ports d'humidité. Enfin, de telles stations sont conçues spécifiquement pour des environnements particuliers, ce qui rend difficile le partage d'une station donnée entre plusieurs équipes de scientifiques, et ce qui enchérit le coût des matériels de base pour chaque équipe et les frais de recherches. La présente invention a notamment pour but de palier au moins quelques uns de ces inconvénients. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, une station météorologique portable, comprenant: - une structure, - des capteurs météorologiques disposés sur ladite structure, - un connecteur disposé sur ladite structure, ledit connecteur présentant une pluralité de broches de connexion sur lesquels sont connectés lesdits capteurs de manière prédéterminée, et - un contrôleur fixé de manière amovible audit connecteur, et connecté de manière prédéterminée auxdites broches afin d'assurer une interconnexion électrique entre lesdits capteurs et ledit contrôleur, ledit contrôleur étant apte à stocker des données reçues desdits capteurs. Grâce à ces dispositions, les erreurs de déploiement sont réduites en utilisant des capteurs précablés à un connecteur standard compatible avec le contrôleur. Le déploiement ne requiert que la connexion du contrôleur, sans nécessiter de câblage minutieux. En outre, grâce à ces dispositions, il est possible de partager plusieurs structures météorologiques avec un contrôleur commun. Ainsi, sans tenir compte de l'environnement de déploiement, le contrôleur peut être configuré pour être standardisé afin d'être utilisable sans modification dans divers environnements. Dans divers modes de réalisation selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes : - station météorologique dans laquelle la structure est tubulaire ; - station météorologique dans laquelle la structure comporte des parties télescopiques ; - station météorologique dans laquelle les capteurs sont connectés au connecteur par l'intermédiaire de câbles électriques disposés à l'intérieur de la structure tubulaire ; - station météorologique dans laquelle un bus de terrain relie les capteurs au contrôleur, les capteurs étant adaptés à transmettre des données numériques sur ledit bus de terrain avec un identifiant unique à chaque capteur ; - station météorologique dans laquelle les capteurs sont 30 solidaires de la structure ; - station météorologique dans laquelle le contrôleur est disposé à une extrémité inférieure de la structure ; - station météorologique dans laquelle la structure est étanchéifiée au moins à un indice de protection IP31, et plus 35 préférablement à un indice de protection IP64 ; station météorologique dans laquelle le contrôleur comprend une batterie intégrée ; - station météorologique dans laquelle le contrôleur est apte à être connecté à un dispositif informatique afin de modifier, analyser, ou récupérer les données stockées dans ledit contrôleur ; - le contrôleur est connecté au dispositif informatique par l'intermédiaire d'un dispositif de communication, ledit dispositif de communication permettant une communication entre ledit contrôleur et ledit dispositif informatique par une liaison filaire, par une liaison optique, ou par une liaison radio. Selon un autre aspect de la présente invention, on prévoit une gamme de stations météorologiques comprenant : - une station météorologique selon l'invention ; au moins un dispositif météorologique comprenant : 15 . une structure ; . des capteurs météorologiques disposés sur ladite structure ; . un connecteur disposé sur ladite structure, ledit connecteur présentant une pluralité de broches de connexion sur 20 lesquels sont connectés lesdits capteurs de manière prédéterminée ; - le contrôleur étant adapté à être connecté sur l'un quelconque des connecteurs desdites stations météorologiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 25 apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 illustre une station météorologique selon un 30 mode de réalisation conforme à la présente invention ; la figure 2 est une vue détaillée de la figure 1, portant sur le dispositif de connexion ; - la figure 3 est une vue schématique des connexions électriques de la station météorologique de la figure 1 ; 35 - la figure 4 est une vue détaillée d'un dispositif de support selon un aspect de l'invention ; - les figures 5a et 5b sont des vues détaillées d'un pied de support ; - la figure 6 est la station météorologique de la figure 1, une fois repliée. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La figure 1 illustre une station météorologique conforme à l'invention afin de pouvoir effectuer des mesures environnementales dans des conditions d'accès difficiles. La station comprend un mât central 1, définissant un axe central longitudinal X, et s'étendant entre une partie inférieure la et une partie supérieure lb. Le mât 1 est conçu de manière assez rigide pour supporter, avec peu de flexion, les capteurs, câblages et autres dispositifs pouvant être agencés dessus. De préférence, le mât central est tubulaire et constitué d'une pluralité de tubes, de préférence trois tubes, agencés télescopiquement l'un dans l'autre afin que la longueur du mât central 1 soit variable. Un système de serrage peut être utilisé pour maintenir les tubes en position lorsque le mât 1 est déplié. L'inventeur a trouvé que l'utilisation de tubes en alliage ayant grande résistance aux contraintes, par exemple le Dural, ou des tubes en matériau composite, par exemple la fibre de carbone, présentant un diamètre minimum de 15 millimètres, préférablement 25 millimètres, avec une épaisseur des parois de 1 à 3 mm, et de préférence entre 1,5 et 2 mm selon le matériau utilisé, était un bon compromis entre une rigidité adéquate et un volume et poids réduits. Sur le mât 1 peuvent être agencés un nombre de capteurs météorologiques qui fournissent des mesures physiques liées aux variations du climat, par exemple des anémomètres, des girouettes, des hygromètres, des pluviomètres, des thermomètres, des baromètres, des capteurs de rayonnements directs et indirects et encore d'autres. En outre, pour des résultats fiables et significatifs, il est avantageux que les capteurs soient adaptés à une exploitation scientifique des résultats, par exemple qu'ils aient une précision de l'ordre de 1 %, alors que nombre de centrales météo, utilisées par des particuliers, ne présentent que des précisions de l'ordre de 3 à 10 %. Tout particulièrement, la station météo illustrée sur la figure 1 présente un anémomètre 2 et une girouette 3 agencés sur l'extrémité supérieure lb du mât 1. En outre, un hygromètre 5 et un thermomètre 6 sont agencés au bout des extrémités libres 4a de deux bras 4 fixés de manière rotative sur une partie médiane 1c du mât 1 (par exemple sur le tronçon central). Le pivotement des bras 4 sur le mât 1 permet de stocker et de déplacer la station météo dans un ensemble plus compact. Ainsi, de manière avantageuse, les bras 4 peuvent également être conçus de tubes télescopiques, avec ou sans système de serrage pour maintenir la longueur des bras. Un dispositif de liaison 7 est fixé solidaire à l'extrémité inférieure la du mât central 1 (voir aussi la figure 2), par exemple en contact avec les parois internes tubulaires du mât 1, dans le cas où le mât est tubulaire. Le dispositif de liaison 7 assure à la fois une connexion mécanique du mât et électrique des capteurs à une centrale d'acquisition, ou contrôleur 8, indépendante. Le contrôleur 8 est positionné lui aussi le long de l'axe central X, et le plus bas possible sur l'ensemble de la station météo afin de descendre le point de gravité de la station pour augmenter sa stabilité. Le dispositif de liaison 7 peut par exemple être un connecteur conforme aux spécifications militaires américaines MIL-DTL-38999, qui sont des connecteurs circulaires utilisés pour des environnements sévères militaires, et présentant une pluralité de contacts et des coques qui se verrouillent mécaniquement l'une dans l'autre. Chaque capteur environnemental 2, 3, 5, 6 est relié par câble électrique à l'intérieur ou à l'extérieur des tubes 1, 4 à une broche particulière et prédéterminée du connecteur 7. De même, chaque broche correspondante du contrôleur 8 est connectée de manière prédéterminée, afin de définir un standard de connexion qui permet d'échanger et de partager plusieurs contrôleurs, ou plusieurs ensembles de capteurs, ensemble, sans nécessiter un recâblage. La figure 3 illustre schématiquement l'ensemble de la connectique de la station météo selon un mode de réalisation de l'invention. Tout particulièrement, on peut voir les capteurs 2, 3, 5, 6, connectés de manière prédéterminée au connecteur 7 solidaire au mât central 1 par un ensemble de câblages 9. On peut constater en outre des câbles 9 ou des broches du connecteur 7 non connectés à un capteur, ceci permettant une amélioration ultérieure selon le but spécifique du projet. Un connecteur correspondant 7a, complémentaire du connecteur fixe 7, est solidaire du boîtier du contrôleur 8. Chaque broche du connecteur 7a est reliée à une centrale de commande, ou à un microprocesseur 10, qui se charge de stocker les signaux reçus des capteurs dans un module de stockage 11, en convertissant si nécessaire les signaux analogiques en signaux numériques. Bien entendu, le module de stockage 11 peut être interne au microprocesseur, ou externe et amovible, tel qu'avec une carte SD� ou une carte Compact Flash�, permettant à l'utilisateur un accès facile aux données stockées. Le microprocesseur 10 assure également la gestion des capteurs, telle que leur initialisation, amplification, commutation de l'alimentation électrique, comptage d'évènements et filtrage si nécessaire. En outre, le microprocesseur peut assurer la gestion d'une ou plusieurs liaisons série afin de pouvoir communiquer avec des équipements spécifiques, tels que des modules GPS (Global Positioning Satellite). Une batterie interne 12 est prévue pour alimenter les modules du contrôleur 10, 11 et, si nécessaire, les capteurs 2, 3, 5 et 6 (à travers le câblage 9). Selon des variantes optionnelles, le contrôleur 8 présente également un connecteur 10a relié au microprocesseur 10, permettant la connexion d'une centrale de commande externe 13, par exemple un ordinateur portable ou un PDA. Le connecteur l0a peut être relié au microprocesseur 10 par l'intermédiaire d'un dispositif de communication (non-illustré) permettant une liaison filaire, par exemple selon les normes RS232 ou USB, ou une liaison optique, par exemple selon la norme IRDA�, ou encore une liaison radio, par exemple selon les normes IEEE 802 (wifi), Bluetooth�, ou Zigbee�. Une centrale de commande externe 13 permettrait l'analyse, la manipulation, ou le simple téléchargement des données stockées 10 dans le dispositif de stockage 11. En outre, le connecteur 10a peut servir à connecter des modules supplémentaires au microprocesseur 10, tel qu'un module GPS pour recevoir des données de position, ou un module GSM ou Intelsat pour permettre la communication de données à distance. 15 Le contrôleur 8 peut présenter également un connecteur 10b pouvant relier la batterie interne 12 à une batterie externe 14, ou à un chargeur de batterie 14. De manière alternative, il est possible de prévoir des capteurs numériques transmettant à la fois des signaux de mesure ainsi 20 qu'un signal d'identification sur au moins un bus de terrain vers le contrôleur 8. Ces bus de terrain sont couramment utilisés dans l'industrie automobile ou aéronautique et, selon les standards utilisés, utilisent divers protocoles de liaison de données tels, que CAN, MODBUS, FLEXRAY, SDI12, utilisant pour la plupart quatre ou 25 cinq fils physiques pour assurer la transmission d'un grand nombre de capteurs connectés dessus. Dans des variantes de stations météo utilisant des bus de terrain, chaque capteur peut soit être auto-alimenté, soit être alimenté par l'intermédiaire d'un faisceau du bus de terrain. Les 30 signaux de l'ensemble des capteurs sont connectés à un ou deux faisceaux particuliers (dépendant de la norme utilisée), qui sont ensuite connectés de manière prédéterminée à une broche donnée du connecteur 7. De même, le microprocesseur 10 du contrôleur 8 est connecté de manière prédéterminée aux broches du connecteur 35 correspondant 7a transmettant les signaux de capteurs et, si nécessaire, aux autres broches transmettant l'alimentation électrique destinée aux capteurs. En particulier, ce genre de connexion permet d'utiliser des capteurs autres que des capteurs dédiés à la météorologie afin d'étendre la gamme des mesures traditionnelles, ainsi que pour assurer davantage de flexibilité à la programmation des microcontrôleurs 10 tout en utilisant un même faisceau de fils communs pour communiquer avec des capteurs hétérogènes. En outre, la station météo peut être étanchéifiée pour la protéger contre l'intrusion de corps solides et liquides, telle qu'elle est définie selon la norme CEI 60529. Selon un aspect, la station est étanchéifiée au moins à un indice de protection IP31, la protégeant contre l'intrusion de corps solides supérieurs à 2,5 mm, et les chutes verticales de gouttes d'eau, et de préférence à un indice de protection IP64, la protégeant contre l'intrusion de poussières, et les projections d'eau. De plus, la station météo comprend en outre un système de support 20 sous forme de trépied réglable, repliable et léger, pour retenir la station météo généralement droite, c'est-à-dire avec son axe central X sensiblement vertical, sans toutefois que le contrôleur 8 ne fasse contact avec le sol. Des systèmes de trépieds sont couramment utilisés à cette fin dans l'art antérieur, qui fonctionnent bien pour la plupart des applications. Toutefois, les trépieds de l'art antérieur, par exemple ceux des stations météorologiques ONSET HOBOTM précitées, sont construits encombrants et lourds pour résister aux coups de vent et pour mieux s'ancrer dans le sol, ce qui rend l'ensemble de ces stations météo difficilement transportable vers des régions à accès difficile (où l'accès se fait souvent à pieds), et ensuite, impossible à poser de manière stable sur certains terrains ayant un sol meuble tel que de la neige ou du sable. La figure 1, et tout particulièrement la figure 4, illustrent un système de support. Bien entendu, une seule patte est représentée sur la figure 4, mais il faut entendre que le système de support présente par exemple trois pattes identiques et indépendantes régulièrement agencées autour du mât 1, par exemple à sensiblement 120 degrés l'une de l'autre. Le système de support 20 comprend un profilé de fixation 21 s'étendant selon une direction parallèle à l'axe X entre une partie inférieure 21a et une partie supérieure 21b, la partie inférieure 21a du profilé de fixation 21 est positionnée en proximité de l'extrémité inférieure la du mât 1. Le profilé de fixation 21 présente en outre une pluralité de perforations supérieures 22 à proximité de son extrémité supérieure 21b, et une pluralité de perforations inférieures 23 à proximité de son extrémité inférieure 21a. Ces perforations 22, 23 ont des fonctions de points d'attache. Chacune des pattes de support 24 est montée pivotante via une des perforations supérieures 22 du profilé de fixation 21, et s'étend vers une extrémité libre présentant un pied de support 25. La patte 24 est de préférence conçue tubulaire d'une pluralité de tubes, de préférence trois tubes, agencés télescopiquement afin d'être réglable en longueur. Il faut comprendre par � régler � qu'un système de serrage ou de verrouillage peut être utilisé pour maintenir la patte à une longueur donnée. Un dispositif d'écartement 26 est monté rotatif d'une part sur une des perforations inférieures 23 du profilé de fixation, et d'autre part, sur la patte 24, par exemple sur le tronçon central. Le dispositif d'écartement 26 peut par exemple être une pièce rigide de longueur variable (par exemple une pièce tubulaire télescopique) ou un câble muni d'un tendeur, de façon à pouvoir faire varier la longueur du dispositif d'écartement 26. Il convient de noter que la position d'attache de la patte 24 et/ou du dispositif d'écartement 26 est facilement déplaçable entre l'une quelconque des perforations supérieures ou inférieures 22,23 respectivement. La longueur variable des pattes 24, et la présence de plusieurs perforations supérieures 22 et inférieures 23 sur le profilé de fixation 21, permettent une variation nouvelle et simple 35 d'ajuster l'inclinaison et la position des pieds 25 par rapport à la 2938929 - 10 - structure principale de la station, c'est-à-dire le mât 1. En effet, faire varier l'espacement entre le point de fixation de la patte 24 et le point de fixation du dispositif d'écartement 26 permet de régler la position verticale du pied 25. De manière 5 similaire, faire varier la longueur du dispositif d'écartement 26, permet d'ajuster la hauteur du pied 25. Ainsi, on voit que le système de support 20 comprend de préférence trois pattes et ses parties connexes, chacune formant un triangle ensemble entre : la patte 24, le profilé de fixation 21, 10 et le dispositif d'écartement 26. Chaque pièce formant les côtés de ce triangle est réglable en longueur indépendamment des deux autres côtés, afin d'ajuster l'étendue, la hauteur et/ou l'angle du système de support 20 et de ses parties par rapport au sol. Il convient également de noter que selon encore une autre 15 variante de l'invention, il est possible de prévoir au moins un dispositif de verrouillage entre le mât 1, les profilés de fixation 21, et/ou les pattes 24, afin de bloquer toute rotation des pattes 24 par rapport au mât 1 pendant l'utilisation. Le pied 25, illustré sur une vue détaillée de côté et en coupe 20 respectivement sur les figures 5a et 5b, est articulé à l'extrémité libre de la patte 24 autour d'un axe d'articulation 27. Chacune des extrémités libres du pied, de part et d'autre de l'axe d'articulation 26, sont munies d'un coussin 28 semi-rigide constitué soit de plaques d'élastomère (par exemple du caoutchouc 25 néoprene), soit d'une vessie gonflable (pour des sols particulièrement meubles), afin de présenter une plus grande surface de support au sol pour la station météo. Le pied 25 est de préférence de couleur blanche ou argentée pour ne pas absorber les rayonnements solaires perturbant les mesures en augmentant 30 la température de la structure. Enfin, si le terrain le nécessite, une griffe 29 solidaire à l'extrémité de la patte 24, et orientée vers le bas et traversant le sol, peut être prévue afin de se planter dans des surfaces glissantes ou non stables, par exemple sur des glaciers. Grâce à toutes ces dispositions, la station météo peut être 2938929 - 11 - repliée dans un ensemble compact, tel qu'illustré sur la figure 6 (le dispositif d'écartement 26 n'étant pas illustré pour raison de clarté). Cela permet notamment à un utilisateur de pouvoir la porter sur son dos afin de déployer la station météo dans des lieux 5 reculés avec accès difficile. En son état déployé, la station météo 1 s'inscrit dans un cylindre de 1,75 m de diamètre par 2 m de hauteur (pour un volume de 3 500 litres) ; lorsqu'elle est repliée dans son état compact, la station météo s'inscrit dans un cylindre de 0,10 m de 10 diamètre et 0,70 m de hauteur (pour un volume de 70 litres). REVENDICATIONS1. Station météorologique portable, comprenant: - une structure (1), - des capteurs météorologiques (2, 3, 5, 6) disposés sur ladite structure, - un connecteur (7) disposé sur ladite structure, ledit connecteur présentant une pluralité de broches de connexion sur lesquels sont connectés lesdits capteurs (2,3,5,6) de manière 10 prédéterminée, et - un contrôleur (8) fixé de manière amovible audit connecteur, et connecté de manière prédéterminée auxdites broches afin d'assurer une interconnexion électrique entre lesdits capteurs et ledit contrôleur, ledit contrôleur (8) étant apte à 15 stocker des données reçues desdits capteurs. 2. Station météorologique selon la revendication 1, dans laquelle la structure (1) est tubulaire. 20 3. Station météorologique selon la revendication 2, dans laquelle la structure (1) comporte des parties télescopiques. 4. Station météorologique selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, dans laquelle les capteurs (2,3, 5,6) sont 25 connectés au connecteur (7) par l'intermédiaire de câbles électriques (9) disposés à l'intérieur de la structure tubulaire (1). 5. Station météorologique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle un bus de terrain relie 30 les capteurs (2,3,5,6) au contrôleur (8), les capteurs étant adaptés à transmettre des données numériques sur ledit bus de terrain avec un identifiant unique à chaque capteur. 6. Station météorologique selon l'une quelconque des 35 revendications précédentes, dans laquelle les capteurs (2,3,5,6)- 13 - sont solidaires de la structure. 7. Station météorologique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le contrôleur (8) est 5 disposé à une extrémité inférieure (la) de la structure (1). 8. Station météorologique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la structure est étanchéifiée au moins à un indice de protection IP31, et plus 10 préférablement à un indice de protection IP64. 9. Station météorologique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le contrôleur comprend une batterie intégrée (12). 10. Station météorologique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le contrôleur (8) est apte à être connecté à un dispositif informatique (13) afin de modifier, analyser, ou récupérer les données stockées dans ledit contrôleur. 20 11. Station météorologique selon la revendication 10, dans lequel le contrôleur (8) est connecté au dispositif informatique (13) par l'intermédiaire d'un dispositif de communication, ledit dispositif de communication permettant une communication entre ledit 25 contrôleur (8) et ledit dispositif informatique (13) par une liaison filaire, par une liaison optique, ou par une liaison radio. 12. Gamme de stations météorologiques comprenant : - une station météorologique selon l'une quelconque des 30 revendications précédentes ; au moins un dispositif météorologique comprenant : . une structure (1) ; . des capteurs météorologiques (2, 3, 5, 6) disposés sur ladite structure ; 35 . un connecteur (7) disposé sur ladite structure, ledit 15 2938929 - 14 - connecteur présentant une pluralité de broches de connexion sur lesquels sont connectés lesdits capteurs (2,3,5,6) de manière prédéterminée ; - le contrôleur étant adapté pour être connecté sur l'un 5 quelconque desdits connecteurs.