FR2698981A1

FR2698981A1 - Device for the remote acquisition of a physical quantity in a liquid or gaseous medium.

Info

Publication number: FR2698981A1
Application number: FR9214543A
Authority: FR
Inventors: Bichon Michel; Durou Olivier
Original assignee: Direction General pour lArmement DGA
Current assignee: Direction General pour lArmement DGA
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1994-06-10
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: FR2698981B1; GB2273165A; GB9324817D0; GB2273165B

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour l'acquisition à distance d'une grandeur physique en milieu liquide ou gazeux. Un faisceau d'au moins deux câbles (4), en particulier de liaison électrique et de traction d'un sonar (3) est immergé en milieu sous-marin. Les cables sont réunis physiquement par des modules d'attachement (5) répartis sur toute leur longueur, et reliés à une unité centrale de commande et d'exploitation (1) L'invention est caractérisée en ce que certains modules d'attachement (5) des câbles contiennent un module senseur (7) renfermant des moyens électroniques (8, 9) d'acquisition de la grandeur physique (température par exemple)The invention relates to a device for the remote acquisition of a physical quantity in a liquid or gaseous medium. A bundle of at least two cables (4), in particular for the electrical connection and traction of a sonar (3), is immersed in an underwater environment. The cables are physically joined by attachment modules (5) distributed over their entire length, and connected to a central control and operating unit (1) The invention is characterized in that certain attachment modules (5 ) cables contain a sensor module (7) containing electronic means (8, 9) for acquiring the physical quantity (temperature for example)

Description

DISPOSITIF POUR L'ACQUISITION A DISTANCE D'UNE GRANDEURDEVICE FOR THE REMOTE ACQUISITION OF A SIZE

PHYSIQUE EN MILIEU LIQUIDE OU GAZEUX PHYSICS IN LIQUID OR GASEOUS MEDIA

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 The present invention relates to a device for acquisition, that is to say measurement and storage for processing, at a distance of a physical quantity in a liquid or gaseous medium, allowing in particular the establishment of 'a profile of a physical quantity such as temperature, pressure, there turbidity as a function of a depth of immersion In the case where the quantity considered is temperature, it is a bathythermal profile This invention finds its application in particular in towing sonars, which requires knowing such a profile, the performance of sonars being sensitive to

variations de température.temperature variations.

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 For this type of application, we proceed in the usual way by launching probes at regular intervals, from the surface building. The defect of this classic method of measuring a bathythermal profile lies in the impossibility of recovering these probes, after launch and therefore in cost

élevé de l'opération.high of the operation.

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 The object of the invention is therefore to propose a device for remote measurement of a physical quantity such as temperature, allowing rapid and frequent acquisition at a lower cost of the value of the physical quantity as a function

d'une valeur de profondeur d'immersion. of an immersion depth value.

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 The invention therefore relates to a device for the remote acquisition of a physical quantity in a liquid or gaseous medium, in which is immersed a bundle of at least two cables, in particular of electrical connection and traction of a sonar in an underwater environment, physically joined by attachment modules distributed over their entire length, the cable bundle being connected to a central control and operating unit provided with a serial link on board a vessel, characterized in that certain cable attachment modules contain a sensor module containing electronic means for acquiring the

grandeur physique.Physical size.

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 Attachment modules conventionally make it possible to physically assemble the cables into a bundle, in order to hold them together when winding or unwinding. In the sonar towing application, they are conventionally formed of a rectangular box having holes. transverse for the passage of cables, surmounted by a part in the form of a scale The present invention does not in any way modify the external shape of the attachment modules and uses an available location inside the volume of the scale to place there a sensor module containing electronic means for acquiring physical quantity The addition of sensor modules in a number less than or equal to the number of attachment modules does not affect the integrity of the connections made by the cables before this addition The connections transmission and reception of a towed sonar are therefore not disturbed by the means of the invention proposed. hement of the cable bundle arranged or not at regular intervals along the length of the cables have known positions; the location of the sensor modules containing the electronic means for acquiring the physical quantity is therefore also a known datum A distance, which represents the immersion depth, is associated with a measurement of the physical quantity by the electronic means of the sensor modules, when the beam of

câbles est immergé.cables is submerged.

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 The electronic means for acquiring the physical quantity located in the sensor module are characterized in that they include an induction coil. Indeed, the transmission and reception of information between the central control and operating unit and the sensor module are produced by magnetic coupling between a cable of the harness and the induction coil of the sensor module, thus preserving the integrity of the existing connections made

par le faisceau de câbles.by the cable harness.

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 Advantageously, the electronic means located at the level of the sensor module comprise a circuit for measuring the physical quantity, a general power supply circuit, a standby circuit, a microcontroller provided with address decoding, digital coding, control control circuits. the power supply, and a switch short-circuited by a conducting medium when the sensor module is immersed in this medium. Each sensor module is assigned a coded identification

qui permet sa reconnaissance par l'unité de commande centrale. which allows its recognition by the central control unit.

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 The digital coding of the data is advantageously carried out according to a modulation by frequency displacement The modulation by frequency displacement applied in the direction of the central unit towards the sensor module can be

différente de celle appliquée dans le sens inverse. different from that applied in reverse.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Other characteristics and advantages of the invention

apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode will appear on reading the following description of a 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 of a particular embodiment of the invention and made with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 represents a diagram of the operating principle of the entire device for acquiring a physical quantity for a sonar application; FIG. 2 represents the location of a sensor module with its various components inside an attachment module; Figure 3 shows the block diagram of a sensor module. The entire device shown in Figure 1 includes a central control and operating unit 1 located on board a vessel connected on the one hand by digital serial link to a sonar operating system 1 'and on the other hand to a sonar 3 by a bundle of cables 4 for towing and transmission, by means of coupling means 2. These cables 4 are physically joined by attachment modules 5 shrouded represented in FIG. 2, and which are distributed over their entire length. These attachment modules 5 are also called scales because of their hydrodynamic shape. They consist of two parts, one of which is metallic, in the form of a rectangular box having transverse holes for the passage of cables. other plastic 7 having the shape of a flake For some attachment modules, the sensor module takes place inside the part 7 1 contains electronic means 9 for acquiring a ne physical quantity, which is the temperature in this particular embodiment of the invention, an induction coil 8, one or more electrochemical cells 10, an encoder circuit 11, a switch 12

à eau de mer.with sea water.

Les différents composants sont noyés dans une résine aux caractéristiques magnétiques, thermiques et conductrices The different components are embedded in a resin with magnetic, thermal and conductive characteristics

appropriées, assurant une bonne tenue mécanique et étanchéité. suitable, ensuring good mechanical strength and sealing.

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 The induction coil 8 allows the transmission and reception of information between the central control and operating unit 1 and the sensor module 7 by magnetic coupling with one of the cables 4 of the bundle. The frequency signal passing over the cable induces a voltage E in the coil 8 comprising N turns of surface S, which is a function of the derivative with respect to time of the field B caused by the current flowing on the cable, according to the expression E = SN d B / dt Conversely , in return, the coil provides the cable with bathythermal measurement information in the form of a signal

induit de fréquence suivant une loi identique. induced frequency according to an identical law.

Les signaux de communication entre l'unité centrale 1 et les modules senseurs 7 sont des signaux numériques, transmis sous The communication signals between the central unit 1 and the sensor modules 7 are digital signals, transmitted under

forme de modulation par déplacement de fréquence. form of modulation by frequency shift.

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 The frequencies of reception by the sensor module and of retransmission by the latter are preferably different. For example, the reception frequencies can be 50 K Hz for a binary state of O and 60 K Hz for a binary state of l The choice of these frequencies influences the consumption of

module senseur, qu'on essaie de limiter. sensor module, which we are trying to limit.

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 In retransmission, the frequencies are such that the coupling between cable and coil is optimal They can be 200 K Hz for a binary state of O and 220 K Hz for a state

binaire de 1.binary of 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 In order not to disturb the sonar transmission and transmission links, the frequencies are located outside the sonar communication frequency ranges. For this purpose, the induction coil 8 can be followed by a pass filter -bandaged. The electrochemical cells 10 are strong batteries

autonomie, telles que des piles au lithium. battery life, such as lithium batteries.

Le circuit codeur il confert au module senseur une identification Il peut être constitué de commutateurs codés en The encoder circuit confers an identification on the sensor module It can consist of switches coded in

binaire sur sept ou huit positions.binary in seven or eight 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 The switch 12 is in this particular embodiment known as seawater Made up of two metal plates, it is short-circuited by seawater It thus ensures the closure of all the circuits of the sensor module, avoiding unnecessary discharge of the batteries 10 outside the immersion medium. The electronic means 9 comprise in particular a measurement circuit or temperature sensor 18 represented functionally in FIG. 3, which is arranged so that the sensitive part is in contact with the internal wall of the scale and that the external temperature is accessible by thermal conductivity The temperature measurement circuit can be constituted by a platinum probe

intégrée à un pont de WHEASTON.integrated into a WHEASTON bridge.

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 The electronic means 9 represented functionally in FIG. 3 comprise, in addition to the induction coil 8, a standby circuit 13, a microcontroller 14 constituted by a microprocessor provided with an address decoding circuit 15, a circuit for supply control 16, of a circuit

codage numérique 17.digital coding 17.

Le fonctionnement est le suivant.The operation is as follows.

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 The central unit 1 sends by a series of pulses of determined frequency, for example 50 K Hz, an order of initialization of the standby circuits 13 of the sensor modules The transfer of the signals is carried out by magnetic coupling between a cable 4 and the induction coil 8 of the sensor modules This initialization has the effect, for each sensor module, of the inversion of the outputs of a flip-flop of the standby circuit 13, causing the voltage of the

circuit de décodage 15.decoding circuit 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 The central unit 1 then sends, according to a modulation by frequency displacement, a digital serial message comprising an address byte of a determined sensor module This message is transmitted to the sensor modules, by magnetic coupling between a cable 4 and the induction coil 8, to the circuit

veille 13, qui le transmet au microcontrôleur 14. standby 13, which transmits it to the microcontroller 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 The decoding circuit 15 decodes the address data which comes to it from the standby circuit 13 by means of a so-called input phase-locked loop. It compares the binary code supplied by the coder circuit 11 with the serial message. transmitted in frequency shift modulation If the two eight-bit words do not coincide, all the circuits of the interrogated sensor module are de-energized, except for the standby circuit 13 If the two eight-bit words coincide, the microcontroller 14 energizes via the power control circuit 16 the other circuits of the sensor module, namely the coding circuit 17 and a measurement supply circuit 19 which can

être constitué par un convertisseur de tension continu- consist of a DC voltage converter-

continu.continued.

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 By the coding circuit 17, the microcontroller 14 ensures the conversion of the analog value coming from the temperature sensor 18 A so-called output phase locked loop ensures the construction of the signal according to a modulation by frequency displacement, which can be different from

celle en provenance de l'unité centrale. the one coming from the central unit.

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 The signal is transmitted to the central unit 1 by magnetic coupling between the induction coil 8 and a cable 4 The signal formed by the sensor module intended for the central unit consists of two bytes, the first containing l address of the sensor module, the second the measurement

de température.of temperature.

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 During the measurement period, the power control circuit 16 authorizes the sensor module circuits to be switched on or off. It cuts its own voltage at the end

de mesure.of measurement.

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 The central unit can thus interrogate a certain number of sensor modules, at most equal to the number of attachment modules. According to the same process, the central unit is capable of controlling the level of charge of the batteries of the sensor module. It sends an address byte designating the module interrogated. The reception and transmission of the information are carried out by magnetic coupling as above. and involve the same circuits 13, 15, 16, 17 of the sensor module A command for controlling the battery charge level differs from a command for measuring the physical quantity by the content of the first bit of the byte of address For example, a binary state of 1 indicates a measurement command while a binary state

de O indique une commande de contrôle. of O indicates a control command.

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 The complete control of the acquisition of data and their processing is carried out by the central processing unit. Computer processing makes it possible to determine the depth of immersion of the sensor modules as well as the drawing of a profile of the physical quantity measured as a function of the depth

d'immersion.immersion.

Claims

1 Device for the remote acquisition of a physical quantity in a liquid or gaseous medium, in which a bundle of at least two cables is immersed, in particular for electrical connection and for pulling a sonar in an underwater environment, physically joined by attachment modules distributed over their entire length, the cable bundle being connected to a central control and operating unit (1) provided with a serial link on board a vessel, characterized in that some cable attachment modules (5) (4) contain a sensor module (7) containing electronic means

(8.9) acquisition of physical quantity.

2-Device according to claim 1, characterized in that the electronic means for acquiring the physical quantity comprise an induction coil (8) such that the transfer of all the signals in the direction of the central unit (1) to the sensor module (7) and in the opposite direction is achieved by magnetic coupling (2) between a cable (4) of the harness and the

induction coil (8) located at the sensor module (7).

3-Device according to claim 1, characterized in that the electronic means (9) for acquiring the physical quantity comprise a circuit for measuring the quantity

physical (18).

4-Device according to claim 1, characterized in that the sensor module comprises a general supply circuit

consisting of one or more electrochemical cells (10).

5-Device according to claim 1, characterized in that the electronic means (9) comprise a standby circuit

(13).

6-Device according to claim 1, characterized in that the electronic means (9) for acquiring the physical quantity comprise an address decoding circuit (15) and

a digital coding circuit (17).

7-Device according to claim 6, characterized in that the digital coding of the data is carried out according to a

frequency shift modulation.

8-Device according to claim 7, characterized in that the frequency modulation applied in the direction of the sensor module (7) towards the central unit (1) is different from that applied in the direction of the central unit (1) to the sensor module (7).

9- Device according to claim 1, characterized in that the electronic means (9) for acquiring the physical quantity comprise a supply control circuit

(16).

10-Device according to claim 1, characterized in that the electronic means (9) for acquiring the physical quantity comprise a switch (12) short-circuited by

a conductive medium in which it is immersed.

11-Device according to claim 1, characterized in that the electronic means (9) for acquiring the quantity

physics include an encoder circuit (11).