FR2718316A1 - Acoustic linear antenna and its manufacturing process. - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte aux antennes linéaires acoustiques à usage sous-marin, aussi bien destinées à être montées sur des bâtiments ou véhicules mobiles que destinées à être immergées de manière fixe pour constituer un réseau de détection, par exemple pour la prospection pétrolière. The present invention relates to acoustic linear antennas for underwater use, both intended to be mounted on buildings or mobile vehicles and intended to be immersed in a fixed manner to constitute a detection network, for example for oil exploration.
On connait les antennes acoustiques linéaires qui sont destinées à être remorquées par un bateau-tracteur et qui se présentent essentiellement sous la forme d'un tuyau allongé de section sensiblement circulaire, souvent formé de plusieurs éléments raboutés les uns aux autres. Linear acoustic antennas are known which are intended to be towed by a tractor-boat and which are essentially in the form of an elongated pipe of substantially circular section, often formed of several elements butted together.
Ce tuyau comporte des hydrophones ainsi que des circuits de traitement du signal de ces hydrophones, des préamplificateurs par exemple, et il est rempli d'une huile de couplage acoustique qui assure une certaine tenue mécanique à l'antenne.This pipe includes hydrophones as well as circuits for processing the signal from these hydrophones, for example preamplifiers, and it is filled with an acoustic coupling oil which provides a certain mechanical resistance to the antenna.
On connaît également, par exemple de la demande de brevet français n" 2 691 596 déposée par la demanderesse le 22 mai 1992, des antennes qui peuvent être plaquées de manière conforme contre la coque d'un bâtiment et qui comprennent des hydrophones en polymère piézoélectrique tel que le PVDF. Also known, for example from French patent application No. 2 691 596 filed by the applicant on May 22, 1992, antennas which can be plated in a conforming manner against the hull of a building and which comprise piezoelectric polymer hydrophones such as PVDF.
Dans certaines applications, on souhaite disposer d'antennes linéaires pouvant être immergées en un nombre relativement important pour former un réseau de surveillance immergé. La gamme des fréquences à recevoir est typiquement celle des fréquences inférieures à 1.500 Hz. Ces antennes sont susceptibles d'être ramenées à la surface et rangées à bord d'un bâtiment transporteur pour être redéployées à un endroit éloigné du premier. In certain applications, it is desired to have linear antennas which can be submerged in a relatively large number to form a submerged surveillance network. The range of frequencies to receive is typically that of frequencies below 1,500 Hz. These antennas are likely to be brought to the surface and stored on board a carrier vessel to be redeployed at a location distant from the first.
Ceci nécessite de pouvoir stocker ces antennes dans un volume suffisamment faible, ce qui dans la pratique et compte tenu de la longueur relativement importante, (supérieure par exemple à 20 m) de chaque antenne individuelle, et de leur nombre, amène généralement à les enrouler sur des tambours de petit diamètre, par exemple inférieur à 1 m, et à rechercher des antennes de faible section. This requires being able to store these antennas in a sufficiently small volume, which in practice and given the relatively large length (greater than 20 m for example) of each individual antenna, and their number, generally leads to wind them on drums of small diameter, for example less than 1 m, and to look for antennas of small section.
II faut bien entendu que lorsque l'on déroule les antennes hors des tambours elles ne présentent pas de courbure correspondant à une mémoire de forme acquise pendant le stockage. It should be understood that when the antennas are unwound from the drums they do not have a curvature corresponding to a shape memory acquired during storage.
En outre, L'antenne doit à la fois présenter une souplesse suffisante pour se dérouler ou être déroulée aisément sous l'eau et une raideur suffisante pour assurer le maintien d'une rectitude correcte en opération. In addition, the antenna must both have sufficient flexibility to unwind or be unwound easily underwater and a sufficient stiffness to ensure the maintenance of a correct straightness in operation.
L'antenne doit pouvoir également être déployée verticalement, ce qui nécessite une résistance importante à la traction, correspondant par exemple à des efforts supérieurs à 3.000 Newtons. Cette résistance à la traction doit s'étendre à une résistance aux agressions mécaniques de toutes sortes, provenant notamment des frottements et des chocs appliqués lors du déploiement de l'antenne. The antenna must also be able to be deployed vertically, which requires a significant tensile strength, corresponding for example to forces greater than 3,000 Newtons. This tensile strength must extend to resistance to mechanical attack of all kinds, in particular from friction and shock applied during deployment of the antenna.
Bien entendu les déploiements et enroulements successifs ne doivent pas perturber le positionnement dans l'antenne de ses différents éléments, en particulier des hydrophones. Of course, successive deployments and windings must not disturb the positioning in the antenna of its various elements, in particular hydrophones.
En outre, toutes ces propriétés doivent pouvoir être conservées dans un grand domaine de conditions d'environnement, et en particulier supporter des températures de stockage extrêmes, par exemple -30" C + 65"C, des températures de fonctionnement comprises par exemple entre -2"
C et 35 C, et une pression d'immersion pouvant aller jusqu'à celle correspondant à plusieurs milliers de mètres de profondeur
Dans d'autres applications, on souhaite disposer d'antennes linéaires pouvant être tendues sur une coque ou une structure de bâtiment (par exemple un bâtiment de surface ou sur sous-marin), et supportant également de nombreuses opérations d'installation (déploiement) et de démontages (enroulement), notamment dans le cadre d'opérations de maintenance.In addition, all of these properties must be able to be preserved under a wide range of environmental conditions, and in particular to withstand extreme storage temperatures, for example -30 "C + 65" C, operating temperatures of, for example, between - 2 "
C and 35 C, and an immersion pressure up to that corresponding to several thousand meters deep
In other applications, it is desired to have linear antennas that can be stretched over a hull or a building structure (for example a surface or submarine building), and also supporting numerous installation operations (deployment) and disassembly (winding), especially in the context of maintenance operations.
Pour remplir toutes ces conditions, I'invention propose une antenne linéaire acoustique du type comprenant un ensemble de capteurs et de circuits de conditionnement électronique répartis dans une gaine extérieure souple elle-même remplie d'un matériau de couplage, essentiellement caractérisée en ce que:
- la section droite de la gaine présente une longueur et une largeur de dimensions sensiblement différentes conférant à l'antenne une forme plate telle qu'un ruban,
- le matériau de couplage ne modifie sensiblement pas la raideur de l'antenne ; et
- elle comprend en outre un ensemble de joncs semi-rigides s'étendant sur toute la longueur et contribuant à la tenue mécanique de l'antenne;
Selon une autre caractéristique, L'antenne comporte un ensemble de supports répartis le long des joncs pour supporter les capteurs ou les circuits et les maintenir en position à l'intérieur de la gaine au sein du matériau de couplage.To fulfill all these conditions, the invention proposes a linear acoustic antenna of the type comprising a set of sensors and electronic conditioning circuits distributed in a flexible outer sheath itself filled with a coupling material, essentially characterized in that:
the cross section of the sheath has a length and a width of substantially different dimensions giving the antenna a flat shape such as a ribbon,
- The coupling material does not significantly modify the stiffness of the antenna; and
- It further comprises a set of semi-rigid rods extending over the entire length and contributing to the mechanical strength of the antenna;
According to another characteristic, the antenna comprises a set of supports distributed along the rods to support the sensors or the circuits and maintain them in position inside the sheath within the coupling material.
Selon une autre caractéristique, chaque support comprend une partie centrale percée de deux trous et de deux parties d'extrémités permettant de recevoir et d'immobiliser les joncs. According to another characteristic, each support comprises a central part pierced with two holes and two end parts making it possible to receive and immobilize the rods.
Selon une autre caractéristique, les joncs immobilisés dans les extrémités de support permettent de supporter les fils de connexion des capteurs. According to another characteristic, the rods immobilized in the support ends make it possible to support the connection wires of the sensors.
L'invention propose en outre un procédé de fabrication d'une telle antenne acoustique linéaire, essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de:
- fabrication d'une gaine présentant une section oblongue identique à celle de la section finale de l'antenne;
- préparation d'un chapelet formé de joncs sur lesquels sont fixés des supports qui supportent eux-mêmes les capteurs de l'antenne ou les circuits;
- câblage de ces capteurs ou de ces circuits par des fils qui sont toronés sur au moins l'un de ces joncs;
- dépôt à l'intérieur de cette gaine d'un primaire d'adhésion;
- introduction du chapelet dans la gaine; et
- remplissage de l'intérieur de cette gaine avec un matériau de faible dureté acoustiquement adapté à l'eau à l'état liquide et se solidifiant à la fin de l'opération.The invention further provides a method of manufacturing such a linear acoustic antenna, essentially characterized in that it comprises the steps of:
- manufacturing a sheath having an oblong section identical to that of the final section of the antenna;
- preparation of a string formed of rods on which are fixed supports which themselves support the antenna sensors or the circuits;
- Wiring of these sensors or of these circuits by wires which are stranded on at least one of these rods;
- Deposition inside this sheath of an adhesion primer;
- introduction of the rosary in the sheath; and
- filling the interior of this sheath with a material of low hardness acoustically suitable for water in the liquid state and solidifying at the end of the operation.
Selon une autre caractéristique, après avoir déposé le primaire à l'intérieur de la gaine on laisse sécher celuici, on place ensuite cette gaine dans un moule formé de deux coquilles rassemblées délimitant un espace intérieur dont la section est celle de l'antenne à obtenir, on plaque cette gaine sur les parois intérieures du moule par dépression, on incline légèrement ce moule par rapport à l'horizontale et on injecte le matériau de remplissage à partir de l'extrémité la plus basse du moule. According to another characteristic, after having deposited the primer inside the sheath, it is allowed to dry, then this sheath is placed in a mold formed of two shells assembled delimiting an interior space whose section is that of the antenna to be obtained , this sheath is pressed onto the interior walls of the mold by vacuum, this mold is slightly inclined relative to the horizontal and the filling material is injected from the lowest end of the mold.
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 en coupe transversale d'une antenne selon l'invention;
- la figure 2, une vue partielle d'un support des capteurs internes de cette antenne;
- la figure 3, une vue partielle de dessus du chapelet interne comportant les capteurs fixés sur les supports de la figure 2; et
- la figure 4, une vue en coupe transversale d'un moule destiné à maintenir la gaine de l'antenne pendant son remplissage avec le matériau de remplissage.Other features and advantages of the invention will appear clearly in the following description, presented by way of nonlimiting example with reference to the appended figures which represent:
- Figure 1, a cross-sectional view of an antenna according to the invention;
- Figure 2, a partial view of a support for the internal sensors of this antenna;
- Figure 3, a partial top view of the internal chain comprising the sensors fixed on the supports of Figure 2; and
- Figure 4, a cross-sectional view of a mold intended to maintain the sheath of the antenna during its filling with the filling material.
Le nombre, la taille et le positionnement des capteurs dépendent des performances attendues de l'antenne et de la bande de fréquence considérée ; par ailleurs les capteurs ne doivent pas perturber l'aptitude de l'antenne aux déploiements et aux enroulements. Dans un exemple de réalisation préférée faisant appel à des capteurs plats, réalisés par exemple en polymère piézoélectrique, on placera 25 paires de tels capteurs dans une antenne longue de 40 m. Cette longueur et le type de capteurs ne sont donnés qu'à titre indicatif et peuvent être ajustés selon les besoins. The number, size and positioning of the sensors depend on the performance expected from the antenna and the frequency band considered; moreover, the sensors must not disturb the ability of the antenna for deployments and windings. In a preferred embodiment using flat sensors, made for example of piezoelectric polymer, 25 pairs of such sensors will be placed in an antenna 40 m long. This length and the type of sensors are given for information only and can be adjusted as required.
Le matériau constituant la gaine extérieure est un élastomère résistant aux agressions extérieures (mécaniques telles que frottement, déchirement.., chimiques, dues au milieu marin ...) et compatible du point de vue adhésion avec le matériau de remplissage. The material constituting the outer sheath is an elastomer resistant to external aggressions (mechanical such as friction, tearing, chemical, due to the marine environment ...) and compatible from the point of view of adhesion with the filling material.
Le matériau de remplissage peut être un matériau "thermodurcissable" ou thermofusible, par exemple un polyuréthane. Le mot "thermodurcissable" veut ici dire que le matériau est liquide quand il est introduit froid dans la gaine, et qu'il se solidifie ensuite, en principe sous l'effet de la chaleur. II reste toutefois "mou" pour que l'antenne soit souple. The filling material may be a "thermosetting" or thermofusible material, for example a polyurethane. The word "thermosetting" here means that the material is liquid when it is introduced cold into the sheath, and that it then solidifies, in principle under the effect of heat. It remains however "soft" so that the antenna is flexible.
Les joncs semi-rigides sont utilisés pour supporter les efforts de traction tout en augmentant de manière contrôlée la raideur en flexion de l'antenne. Dans un exemple de réalisation préférée, on utilisera des joncs cylindriques en matériau composite résine-fibre de verre. The semi-rigid rods are used to support the tensile forces while increasing in a controlled way the stiffness in bending of the antenna. In a preferred embodiment, cylindrical rods of resin-fiberglass composite material will be used.
Chaque capteur est placé à l'intérieur de l'antenne de la manière représentée sur la section de la figure 1. Le capteur 102 est immobilisé sensiblement au centre de la gaine 101. Après remplissage, il est maintenu en place par le matériau de remplissage 103. Each sensor is placed inside the antenna as shown in the section of FIG. 1. The sensor 102 is immobilized substantially in the center of the sheath 101. After filling, it is held in place by the filling material 103.
Des deux côtés du capteur on trouve des joncs 104 et 105 semirigides. Ces joncs permettent d'obtenir la rigidité nécessaire et de supporter les efforts de traction. Dans cet exemple de réalisation on utilise deux joncs de diamètre relativement faible, par exemple 2 mm, 104 situés plus près du capteur et deux autres joncs de diamètre plus gros, par exemple 5 mm, situés plus près des côtés extérieurs de la gaine. Ces joncs de diamètre plus gros permettent de maintenir les différents câbles électriques qui permettent eux-mêmes de propager les signaux provenant des capteurs et des préamplificateurs ainsi que les tensions électriques d'alimentation de ces mêmes préamplificateurs. Ces câbles 106 sont toronés autour des joncs 105. On both sides of the sensor there are rods 104 and 105 semi-rigid. These rods make it possible to obtain the necessary rigidity and to support the tensile forces. In this exemplary embodiment, two rods of relatively small diameter, for example 2 mm, 104, are used located closer to the sensor and two other rods of larger diameter, for example 5 mm, are located closer to the outer sides of the sheath. These rods of larger diameter make it possible to maintain the various electric cables which themselves make it possible to propagate the signals coming from the sensors and the preamplifiers as well as the electrical supply voltages of these same preamplifiers. These cables 106 are stranded around the rods 105.
A chaque extrémité de l'antenne, on a placé deux brides plates qui sont collées sur la gaine et sur laquelle sont bloqués les joncs afin de permettre la reprise d'effort. Ces brides sont munies d'une ouverture qui permet de raccorder un connecteur aux câbles 106 et ainsi de relier l'antenne aux organes d'exploitation extérieurs, placés par exemple sur une balise immergée et munie de moyens de transmission dans le cas d'un réseau fixe de détection. At each end of the antenna, two flat flanges were placed which are glued to the sheath and on which the rods are blocked in order to allow the recovery of force. These flanges are provided with an opening which makes it possible to connect a connector to the cables 106 and thus to connect the antenna to the external operating members, placed for example on a submerged beacon and provided with transmission means in the case of a fixed detection network.
La fabrication d'une telle antenne pose différents problèmes de mise en place des organes internes et de remplissage résolus par le procédé selon l'invention. The manufacture of such an antenna poses various problems of positioning the internal organs and filling resolved by the method according to the invention.
On commence par préparer un chapelet formé des capteurs et des circuits électroniques fixés sur les joncs et réunis aux différents câbles d'alimentation et de transmission. We start by preparing a chain of sensors and electronic circuits attached to the rods and joined to the various power and transmission cables.
Pour cela on utilise des supports centreurs 201 tels que celui représenté partiellement sur la figure 2 vu de côté et complètement sur la figure 3 représentant une partie du chapelet vue sur le dessus. For this, centering supports 201 are used such as that shown partially in FIG. 2 seen from the side and completely in FIG. 3 representing a part of the chain seen from above.
Dans un exemple de réalisation préférée, de tels supports 201 seront réalisés en matière plastique. Ils comprennent une partie centrale 202 percée de trous 203 permettant d'introduire les joncs 104, et des extrémités 204 où viennent se loger les gros joncs 105. In a preferred embodiment, such supports 201 will be made of plastic. They include a central part 202 pierced with holes 203 making it possible to introduce the rods 104, and ends 204 where the large rods 105 are housed.
Ce système de supports et de joncs permet d'immobiliser les capteurs et les circuits électriques les uns par rapport aux autres dans toutes les directions. This system of supports and rods makes it possible to immobilize the sensors and the electrical circuits with respect to each other in all directions.
Dans l'étape suivante, on fixe les gros joncs 105, préalablement recouverts des câbles de connexion, aux extrémités 204 des supports 201. In the next step, the large rods 105, previously covered with the connection cables, are fixed to the ends 204 of the supports 201.
On pourra assurer par collage l'immobilisation de ces joncs par rapport aux supports.We can ensure by gluing the immobilization of these rods relative to the supports.
L'étape suivante consiste à câbler de manière connue les capteurs ou circuits en les réunissant aux fils supportés par les joncs 105. The next step consists in wiring in a known manner the sensors or circuits by joining them to the wires supported by the rods 105.
Le chapelet ainsi obtenu est alors prêt à être placé dans la gaine. The rosary thus obtained is then ready to be placed in the sheath.
Pour augmenter l'adhérence entre la gaine externe et le matériau de remplissage, un primaire d'accrochage peut être utilisé par dépôt sur la face interne de la gaine. To increase the adhesion between the external sheath and the filling material, a bonding primer can be used by deposition on the internal face of the sheath.
La gaine étant ainsi préparée, on la place alors dans l'outillage de moulage représenté sur la figure 4. The sheath being thus prepared, it is then placed in the molding tool shown in FIG. 4.
Cet outillage comporte une partie inférieure 401 réunie à une partie supérieure 402 à l'aide de boulons 403. Ces deux parties ont la forme de deux gouttières dont la réunion délimite un espace intérieur ayant sensiblement les dimensions de l'antenne terminée. La gaine est placée dans la partie 401 et on vient refermer l'ensemble avec la partie 402. Des prises de vide, représentées sur la figure par le tuyau 404, sont réparties le long du moule de manière à permettre d'aspirer l'air contenu entre le moule et la gaine pour bien plaquer celleci contre les parois du moule. This tool comprises a lower part 401 joined to an upper part 402 using bolts 403. These two parts have the shape of two gutters, the meeting of which delimits an interior space having substantially the dimensions of the completed antenna. The sheath is placed in part 401 and the assembly is closed with part 402. Vacuum sockets, represented in the figure by the pipe 404, are distributed along the mold so as to allow the air to be sucked in. content between the mold and the sheath to properly press it against the walls of the mold.
On introduit alors le chapelet formé par les joncs, les supports de capteurs, les capteurs ou préamplificateurs, et le câblage, qui a été confectionné de la manière décrite plus haut. Pour cela on peut par exemple faire passer dans l'intérieur de la gaine deux cordelettes à l'aide d'une aiguille et venir fixer d'un côté ces cordelettes aux deux joncs extérieurs. En tirant alors sur l'autre côté des cordelettes et en guidant soigneusement le chapelet, celui-ci pénétrera sans problème dans la gaine et viendra se mettre en place. The string formed by the rods, the sensor supports, the sensors or preamplifiers, and the wiring, which has been made up as described above, are then introduced. For this one can for example pass through the interior of the sheath two cords using a needle and come fix one side these cords to the two outer rods. By pulling on the other side of the cords and carefully guiding the rosary, it will easily penetrate the sheath and come into place.
De manière à obtenir un ensemble bien homogène, en particulier au niveau des extrémités, l'invention propose alors de fixer dès ce moment les brides d'extrémité de l'antenne en venant les coller aux extrémités de la gaine, ainsi qu'aux joncs qui passeront par des trous ménagés dans ces brides. L'écheveau des fils de raccordement passera lui par des ouvertures ménagées au centre des brides afin de permettre de fixer dans une étape ultérieure les connecteurs de raccordement. On peut alors dès la fin de cette étape araser au niveau de ces brides la partie des joncs qui en sort. So as to obtain a very homogeneous assembly, in particular at the ends, the invention then proposes to fix from this moment the end flanges of the antenna by coming to glue them to the ends of the sheath, as well as to the rods. which will pass through holes in these flanges. The skein of connection wires will pass through openings in the center of the flanges so that the connection connectors can be fixed in a later step. At the end of this stage, it is then possible to level off the portion of the rods which exit therefrom at the level of these flanges.
Pour faciliter l'injection du matériau de remplissage, I'invention propose de coiffer les extrémités du moule par des pièces ayant la forme de boîtes munies d'une tête d'injection. Le matériau de remplissage est introduit à l'extrémité basse de l'outillage, alors que la sortie de l'air et, à la fin de l'opération, de l'excédent de matériau s'effectuent à l'extrémités haute. To facilitate the injection of the filling material, the invention proposes covering the ends of the mold with parts having the form of boxes provided with an injection head. The filling material is introduced at the lower end of the tool, while the air outlet and, at the end of the operation, the excess material takes place at the upper ends.
La forme intérieure de ces boîtes sera prévue de manière à obtenir un surmoulage des brides d'extrémité qui sont elles-mêmes collées sur la gaine. The internal shape of these boxes will be provided so as to obtain an overmolding of the end flanges which are themselves glued to the sheath.
La vitesse de remplissage de la gaine dépend de la viscosité du produit de remplissage, de la mouillabilité de la gaine par ce produit, de la densité d'objets placés à l'intérieur de la gaine et du temps de durcissement du produit. Le débit de la machine d'injection de ce matériau doit tenir compte de ces différents paramètres. The filling speed of the sheath depends on the viscosity of the filling product, the wettability of the sheath by this product, the density of objects placed inside the sheath and the curing time of the product. The flow rate of the material injection machine must take these different parameters into account.
L'excédent de matériau de remplissage ayant été avacué par la tête d'injection située en partie haute du moule, la pression exercée dans tout le système et le volume de matériau en excès doivent compenser le retrait lié au durcissement du matériau. The excess filling material having been discharged through the injection head located in the upper part of the mold, the pressure exerted throughout the system and the volume of excess material must compensate for the shrinkage associated with hardening of the material.
Le matériau est durci, on peut alors démonter le moule et on dispose d'une antenne pratiquement terminée. Les opérations de finition consistent à éliminer l'excès de matériau lié aux fuites éventuelles d'extrémités, puis à connecter et à fixer les dispositifs de connexion de l'antenne. On pourra éventuellement surmouler ces dispositifs pour améliorer encore l'étanchéité. The material is hardened, we can then dismantle the mold and we have a practically finished antenna. The finishing operations consist in eliminating the excess material linked to possible end leaks, then in connecting and fixing the antenna connection devices. These devices may possibly be overmolded to further improve the seal.
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| WO1995026514A1 (en) | 1995-10-05 |
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Effective date: 20061130 |