FR2833697A1

FR2833697A1 - Detecting roll angle, e.g. for towed linear acoustic antenna with small diameter, e.g. in seismic exploration, involves detecting position of ball moving under gravity inside hollow torus

Info

Publication number: FR2833697A1
Application number: FR0200614A
Authority: FR
Inventors: Michel Darrigade
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-06-20

Abstract

A hollow torus (101) is divided spatially over 360 deg by an assembly of contacts (102) spread over its internal surface (103). An electrically-conducting element displaces itself under gravity inside the torus, thus ensuring contact between at least two successive contacts, and a means of measuring is used to determine from this contact the relative position of the torus and the conducting element The contacts are spaced regularly around the periphery of the torus. An additional continuous mass contact is placed on the internal surface of the torus at the opposite side to the assembly of contacts. The conducting element comprises a ball of mercury or of conductive material with conductive bristles. The means of measuring comprises a network of diodes to obtain a digital measurement directly, or a network of resistances to obtain an analogue measurement directly.

Description

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. The present invention relates to roll angle sensors. It is particularly useful for making such sensors with small dimensions allowing them to be easily used in towed linear acoustic antennas. Such antennas are used in particular in oil exploration at sea.

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. In an antenna, or a system of antennas, linear towed, it is known in order to be able to form unambiguous channels, to implement a processing of the signals coming from the hydrophones, which requires the knowledge of the roll angle on 360 at each hydrophone group, each hydrophone group usually comprising 3 hydrophones arranged in an equilateral triangle, in a plane perpendicular to the axis of the antenna.

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. The size constraints of these linear antennas are great. In current models, the roll sensors, advantageously circular in shape, must have an outside diameter less than or equal to 40 mm to enter the antenna sheath, and an inside diameter greater than or equal to 30 mm to allow the passage of interior components, including cables. The thickness must be less than or equal to 20 mm, with the associated electronics, so as not to limit the bending of the assembly.

La précision recherchée est en outre de l'ordre du degré sur les 360 de l'étendue de mesure. The precision sought is also of the order of a degree over 360 of the measurement range.

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. We know how to measure an angle of rotation by means of 2 accelerometers placed orthogonally. Such a device is subject in principle to a strong drift and therefore delivers unstable measurements over time, which are unreliable. In addition, determining the angle requires the transmission of 2 measurements (1 by accelerometer). Finally, the dimensions of this type of sensor are too large to allow easy installation in towed linear antennas.

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 To overcome these drawbacks, the invention provides a roll angle sensor, in particular for a towed linear acoustic antenna, mainly characterized in that it comprises a hollow torus sampled spatially on 3600 by means of a set of contacts distributed over the inner surface of the torus, a conductive element

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. electric moving by gravity inside the torus ensuring contact between at least two successive contacts, and measuring means to determine from this contact the relative position of the torus and the conductive element.

Selon une autre caractéristique, les contacts sont répartis régulièrement sur la périphérie du tore. According to another characteristic, the contacts are distributed regularly over the periphery of the torus.

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. According to another characteristic, it further comprises a continuous ground contact placed on the inner surface of the toroid on the other side of the contact assembly.

Selon une autre caractéristique, l'élément conducteur est une bille. According to another characteristic, the conductive element is a ball.

Selon une autre caractéristique, la bille est en mercure. According to another characteristic, the ball is made of mercury.

Selon une autre caractéristique, la bille est en matériau conducteur muni de poils conducteurs. According to another characteristic, the ball is made of a conductive material provided with conductive bristles.

Selon une autre caractéristique, les moyens de mesure comprennent un réseau de diodes pour effectuer directement une mesure numérique. According to another characteristic, the measurement means comprise an array of diodes for directly carrying out a digital measurement.

Selon une autre caractéristique, les moyens de mesure comprennent un réseau de résistances pour effectuer directement une mesure analogique. According to another characteristic, the measurement means comprise a network of resistors for directly carrying out an analog measurement.

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 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 top view and in cross section of the mechanical part a sensor according to the invention; - Figure 2, a side view of this mechanical part; - Figure 3, a partial and enlarged section of the contact system inside this mechanical part; - Figure 4, another top view and in cross section of the mechanical part, showing other details; - Figure 5, the diagram of a first embodiment of the electronic part of the sensor; - Figure 6, the diagram of a second embodiment of the electronic part of the sensor; and

- la figure 7, une vue agrandie de la bille placée sur trois contacts pour calculer ses dimensions. - Figure 7, an enlarged view of the ball placed on three contacts to calculate its 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. A sensor according to the invention is made up of 2 parts: - a circular mechanical part consisting of a torus on which are arranged contact points distributed over the periphery of this torus.

- une partie électronique permettant le traitement des informations issues de cette partie mécanique. - an electronic part allowing the processing of information from this mechanical part.

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. The mechanical part, shown diagrammatically in FIG. 1, consists of a hollow torus made of insulating material in which a contact member circulates, formed for example by a ball of mercury.

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. The torus is filled with a liquid, for example a dielectric oil, allowing a damped displacement of the ball, as well as the resistance to the pressure of the torus.

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. The outer periphery of the torus includes a set of contacts 102 passing through to the hollow part 103, electrically isolated from each other and equally spaced. According to an exemplary embodiment, the number of contacts is fixed at 512 plus 1, broken down as follows:. 256 so-called "signal" contacts, spatially sampling the 3600 in 256 intervals; . 256 so-called "memorization" contacts inserted between the signal contacts.

En plus de ces contacts, on trouve un contact de masse électrique, qui sera décrit plus loin. In addition to these contacts, there is an electrical ground contact, which will be described later.

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. On the side of the torus, a mark 104 indicates the position of the sensor for an inclination of 00. In this position this mark is located at the bottom of the sensor. In order to mechanically position the sensor in the antenna, the torus also includes a lug 105 located in the upper part, 1800 from the marker 104. The straight line passing through the axis of the lug 105 and the marker 104 materializes the vertical of the sensor .

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. To connect all these contacts to the processing members, these transverse contacts 102 are fixed by welding, as shown diagrammatically in FIG. 2, on a printed circuit 106 placed on one of the 2 faces of the torus.

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. This printed circuit supports the associated electronics and has the function of: - delivering electrical power signals to the sensitive part (toroid plus contacts) of the sensor.

- recevoir et traiter les informations issues de cette partie sensible. - receive and process information from this sensitive part.

- interfacer les signaux provenant de ce traitement avec les organes électroniques résidant dans l'antenne. - interfacing the signals from this processing with the electronic components residing in the antenna.

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. As shown in fig 3, the outer side 301 of the torus 101 alternately comprises 1 contact 112 passing through "signal", and 1 contact 122 passing through "memory". The operation of this embodiment requires that the ball 302 be permanently grounded.

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. For this, as shown in Figures 3 and 4, part of the inner face 303 of the torus has a metallized layer 305 which is in contact with a transverse metal blade 304 in the form of a crown. In this way, the towed linear antennas being subjected to strong vibrations, the ball 302 is securely maintained in permanent contact with the blade 304 which penetrates the ball.

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

The "signal" contacts 112 mark the position of the ball 302 and serve as a reference to give the value of the inclination. In the embodiment described, the precision obtained is therefore

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". The position is memorized at the moment when one of the 2 "memory" contacts 122, neighbors of the "signal" contact 112 on the left or on the right depending on the direction of movement of the ball, is touched by the ball, which thus puts it in short-circuit with the mass. This storage makes it possible to remove the ambiguity about the position of the ball when it is located between 2 "signal" contacts.

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. According to a first embodiment, the measurement of the tilt angle is made on 8 bits by means of an array of diodes, then converted to analog. The block diagram of the electronics installed on the printed circuit 106 is shown in FIG. 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 All of the "memory" contacts 122 are connected to the input of an interface circuit 501. This circuit is conventionally formed of a

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. flip-flop "D" 511 and two samplers 521 and 523. All of the "signal" contacts 112 are connected to a network of diodes 502 providing
8 bits representing a binary word which identifies the signal contact corresponding to the grounding by the ball of this signal contact.

Sur la figure 5, cette mise à la masse correspond à la fermeture d'un interrupteur Sn. In FIG. 5, this grounding corresponds to the closing of a switch 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. The signal generated on the "memory" input of circuit 501, triggers the storage of the digital measurement of the tilt angle 0 at the instant corresponding to the rising edge of the clock signal CK. The digital data, available on a first output is then converted into analog in a converter 503 to be delivered on a second output.

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. According to a second embodiment of the invention, the measurement of 0 is made directly in analog on a circuit whose block diagram is represented in FIG. 6. The set of "signal" contacts 112 is connected to a set of resistors 601 supplied by a constant current generator 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. According to the position of the ball, the constant current of this current generator, of value for example 1mA, is delivered in one of the resistors 601, noted Ro to R255. These resistors have different values and they are chosen so as to give unambiguous voltage values Vs from one contact to the other, taking into account their tolerance range. In this way, a single position of the ball is associated with a single value of Vs. As before, the value of 0 is therefore obtained when the ball connects one of the "signal" contacts to ground. The storage, when the ball is placed between 2 "signal" contacts, is carried out by a sampling circuit 603 controlled by the grounding of one of the contacts 122. An analog to digital converter 604 optionally makes it possible to convert this digital measurement.

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 As an example, an inclination sensor was made with a toroid with an outside diameter equal to 40 mm, made of polyethylene for example. In this embodiment, the diameter of the ball is chosen so that in the "memory contact" position it is tangent to the two adjacent "signal" contacts. If e is the width of a contact, the diameter of the ball D is 5 x e, as illustrated in FIG. 7. We then have 2e = 40 x rI / 512, this

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. which gives e = 0.1225mm and D = 0.6125mm. The amount of mercury used to manufacture the ball 302 is then very low, which limits the risks of 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. According to an alternative embodiment, the ball is made of solid conductive material, for example aluminum, and it is coated with metal bristles forming like a brush, so as to ensure the recovery of mass on the blade 304.

Claims

CLAIMS 1 - Roll angle sensor, in particular for towed linear acoustic antenna, characterized in that it comprises a hollow torus (101) sampled spatially on 3600 by means of a set of contacts (102) distributed over the interior surface (103) of the torus, an electrically conductive element (302) moving by gravity inside the torus ensuring contact between at least two successive contacts (102), and measuring means (106) to determine from this contact the relative position of the torus and the conductive element.

2 - Sensor according to claim 1, characterized in that the contacts (102) are distributed regularly over the periphery of the torus.

3 - Sensor according to any one of claims 1 and 2, characterized in that it further comprises a continuous ground contact (30) placed on the inner surface of the toroid on the other side of the contact assembly ( 102).

4 - Sensor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the conductive element (302) is a ball.

5 - Sensor according to claim 4, characterized in that the ball (302) is made of mercury.

6 - Sensor according to claim 4, characterized in that the ball (302) is made of conductive material provided with conductive bristles.

7-sensor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring means (106) comprise an array of diodes (502) for directly carrying out a digital measurement.

8 - Sensor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the measurement means (106) comprise a network of resistors (601) for directly carrying out an analog measurement.