FR3019656A1 - Procede de transmission d'informations depuis un equipage mobile le long d'une trajectoire fixe, dispositif de transmission et installation associes - Google Patents

Procede de transmission d'informations depuis un equipage mobile le long d'une trajectoire fixe, dispositif de transmission et installation associes Download PDF

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Abstract

Pour procéder à la transmission d'informations depuis un équipage mobile (14) guidé le long d'une trajectoire fixe prédéterminée, on émet un signal lumineux d'excitation depuis une source lumineuse (24) associée à l'équipage mobile (14) de manière à exciter transversalement une optique fibre photoluminescente (26) disposée le long de la trajectoire, et l'on réceptionne à l'aide d'au moins une cellule photosensible (36) au moins un signal lumineux secondaire émis par la fibre optique photoluminescente (26), induit par le signal lumineux d'excitation et guidé dans la fibre optique photoluminescente (26).

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte à la transmission d'informations depuis un équipage mobile sur une voie de guidage vers un récepteur fixe distant. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [0002] Pour connaître la position d'un chariot d'un système de guidage linéaire guidé par un rail de guidage, on fait généralement appel à un capteur optique ou magnétique positionné sur le chariot à distance d'entrefer d'une piste d'un codeur optique ou magnétique positionné le long de la trajectoire définie par le rail, et on transmet le signal obtenu à un récepteur fixe par l'intermédiaire d'un câble de transmission. Le câble et la connectique associée sont sources de pannes, par exemple par fatigue et rupture. De plus, le câble est encombrant et nécessite des systèmes de guidage. [0003] La transmission par radiofréquence par un émetteur positionné sur le chariot vers un récepteur distant est possible, mais se heurte à des difficultés en milieu industriel perturbé par des sources électromagnétiques multiples. Elle trouve également des limites en termes de bande passante lorsque l'on souhaite une transmission en temps réel de la position précise d'un chariot se déplaçant à grande vitesse sur le rail de guidage. [0004] La transmission par laser entre une source de lumière cohérente positionnée sur le chariot et une cible portant un récepteur photosensible permet de s'affranchir des perturbations électromagnétiques environnantes, mais n'est en pratique envisageable que si l'on est assuré que le rayon lumineux émis par la source cohérente atteindra sa cible, ce qui limite cette technologie à des systèmes de guidages rectilinéaires très précis, dont le rail n'est pas susceptible de se déformer sous les contraintes mécaniques ou thermiques du milieu ambiant, et dont le chariot n'est pas susceptible d'être perturbé par des vibrations, afin que les déviations transversales restent négligeables. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0005] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique et à proposer des moyens de communication d'information depuis un équipage mobile le long d'une trajectoire prédéterminée fixe vers un récepteur fixe, qui soit robuste dans un milieu perturbé en ondes électromagnétiques, soit adapté à des trajectoires curvilignes ou à des trajectoires rectilinéaires imprécises, et présente une bande passante élevée. [0006] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un procédé de transmission d'informations depuis un équipage mobile guidé le long d'une trajectoire fixe prédéterminée, suivant lequel on émet un signal lumineux d'excitation depuis une source lumineuse associée à l'équipage mobile de manière à exciter transversalement une fibre photoluminescente disposée le long de la trajectoire, et l'on réceptionne à l'aide d'au moins une cellule photosensible au moins un signal lumineux secondaire, émis par la fibre optique photoluminescente excitée par le signal lumineux d'excitation, et guidé dans la fibre optique. [0007] Par fibre photoluminescente, on entend ici une fibre optique dopée en pigments photoluminescents, et de préférence fluorescents. Le temps de latence entre l'absorption photonique par la fibre photoluminescente et l'émission photonique secondaire au sein de la fibre peut être extrêmement court, ce qui garantit un temps de réponse très court. Le procédé est peu sensible au positionnement relatif de la source lumineuse d'excitation et de la fibre optique photoluminescente. Ceci permet une mise en oeuvre dans des conditions où un positionnement précis est difficile à garantir, que ce soit pour des raisons de vibration de l'équipage mobile ou de déformation de la voie de guidage définissant la trajectoire. En pratique, la photoluminescence se produit avec un décalage de longueur d'onde, de sorte que la lumière émise par effet photoluminescent n'est pas ou peu réabsorbée par la fibre. [0008] Ce procédé est particulièrement adapté à la transmission de signaux numériques. On prendra ainsi soin de choisir une technique de modulation, de préférence numérique, et un codage garantissant un équilibre des motifs transmis. Par exemple une modulation directe d'intensité associée à un codage Manchester ou 8b/10b est adaptée. On pourra judicieusement associer un code de détection et de correction d'erreur afin d'augmenter la fiabilité de la communication. Le facteur limitant pour la bande passante est le temps de rémanence de l'effet électroluminescent, qui peut être faible en choisissant de façon judicieuse les pigments utilisés. [0009] Si une seule cellule photosensible est utilisée, elle est positionnée à une extrémité de la fibre optique. On peut avantageusement utiliser deux cellules photosensibles aux deux extrémités de la fibre optique et comparer les signaux lumineux réceptionnés. En effet, l'émission photonique dans la fibre photoluminescente n'est pas directionnelle et est susceptible de se propager dans les deux directions à l'intérieur de la fibre. La redondance de la réception peut ainsi augmenter la fiabilité du procédé. [0010] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, le signal d'excitation contient une information de position de l'équipage mobile, fonction d'un signal de position obtenu par un capteur de position positionné sur l'équipage mobile, lisant une information sur un codeur positionné le long de la trajectoire. On peut également transmettre par la même voie d'autres types de signaux relatifs à des variables d'état mesurées sur l'équipage mobile. [0011] Suivant un autre mode de réalisation, on mesure l' amplitude du signal lumineux reçu par la cellule photosensible. Cette amplitude constitue un indicateur de la qualité de la communication. On peut également mettre à profit cette mesure d'amplitude pour déterminer une donnée de position de l'équipage mobile, puisque l'atténuation dans la fibre suit une loi exponentielle fonction de la distance parcourue par la lumière et de caractéristiques intrinsèques de la fibre photoluminescente employée. [0012] Dans l'hypothèse où d'une part le signal d'excitation contient une information de position et où d'autre part l'on déduit de l'amplitude du signal une donnée de position, on dispose de deux informations de position au moins partiellement redondantes. Cette redondance peut être mise à profit pour détecter certaines défaillances, par exemple une défaillance du capteur de position fixé à l'équipage mobile. On peut également déterminer la position de l'équipage mobile en combinant la donnée de position déduite de l'amplitude du signal et l'information de position contenue dans le signal d'excitation. Considérant que l'information du capteur de position de l'équipage mobile n'est unique que sur une partie seulement du trajet complet, on peut notamment utiliser la donnée de position déduite de l'amplitude du signal pour déterminer dans quelle tronçon de la trajectoire se trouve l'équipage mobile, et l'information de position contenue dans le signal d'excitation pour déterminer précisément la position de l'équipage mobile dans ce tronçon de trajectoire. On peut ainsi équiper avec un même équipement de réception des installations modulaires comportant un nombre quelconque de tronçons de trajectoire. [0013] Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un dispositif de transmission d'informations depuis un équipage mobile guidé le long d'une trajectoire fixe prédéterminée, le dispositif comportant une fibre optique photoluminescente destinée à être positionnée le long de la trajectoire, une source lumineuse d'excitation destinée à être solidaire de l'équipage mobile pour illuminer transversalement la fibre optique photoluminescente, et au moins une cellule photosensible destinée à être située à une extrémité de la fibre optique photoluminescente. [0014] Le dispositif, particulièrement adapté pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit, comporte de préférence un circuit pour commander la source lumineuse d'excitation et produire un signal lumineux d'excitation dont l'amplitude est modulée.. [0015] La cellule photosensible est de préférence une cellule photoélectrique, et le dispositif comporte de préférence également un circuit de réception capable d'amplifier et de filtrer le signal lumineux réceptionné par la cellule photosensible et un circuit de décision et de décodage capable de reconstruire les données utiles. [0016] La fibre électroluminescente est de préférence chargée de particules fluorescentes. En effet, le temps de réponse extrêmement rapide du phénomène de fluorescence est avantageux, notamment par rapport à la phosphorescence. [0017] Suivant un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à une installation comportant une voie de guidage fixe, un équipage mobile guidé sur la voie de guidage, et un dispositif tel que précédemment décrit, dont la fibre optique photoluminescente est disposée le long de la voie de guidage, la source lumineuse étant solidaire de l'équipage mobile et la cellule photosensible étant disposée à une extrémité de la fibre optique photoluminescente. [0018] De préférence, on fait en sorte que la source lumineuse d'excitation soit positionnée latéralement à distance de la fibre optique photoluminescente. La distance entre la source lumineuse d'excitation et la fibre optique n'a pas à être déterminée précisément, sous réserve que le faisceau lumineux d'excitation soit judicieusement focalisé, celle-ci peut le cas échéant varier sans que la transmission d'informations en soit perturbée, ce qui est un des avantages de la solution proposée. [0019] L'installation ainsi définie est adaptée à des voies de guidage rectilignes ou curvilignes. [0020] Pour tenir compte de la pollution environnante, on peut prévoir que l'équipage mobile soit pourvu d'un ou plusieurs frotteurs de nettoyage de la fibre optique ou d'un système de nettoyage par circulation de liquide ou projection de gaz. [0021] On a intérêt à ce qu'une partie substantielle du signal lumineux d'excitation en provenance de la source lumineuse frappe la fibre perpendiculairement à une de ces faces latérales, ce qui favorise une bonne pénétration du rayonnement d'excitation. La fibre optique électroluminescente peut avoir une section circulaire ou polygonale, notamment rectangulaire. Une section avec une face plane peut être avantageuse pour optimiser la pénétration de la lumière d'excitation incidente dans la fibre optique électroluminescente, mais ceci seulement si on a des garanties suffisantes sur le positionnement de la source lumineuse d'excitation en face de cette face plane. Dans d'autres circonstances, et notamment lorsque le positionnement de la source lumineuse d'excitation est difficile à maîtriser, on pourra préférer une fibre optique électroluminescente de section circulaire. [0022] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, la fibre optique photoluminescente est disposée dans une gorge présentant une ou plusieurs parois réfléchissantes, qui peuvent être concaves ou à section polygonale. La forme de la gorge contenant la fibre améliore l'efficacité de la conversion entre le signal incident et le signal réémis. En effet, les parois latérales et arrière de la gorge réfléchissent la lumière n'ayant pas rencontré la fibre ou non encore absorbée par la fibre. Cette lumière réfléchie peut traverser à nouveau la fibre et exciter le phénomène de photoluminescence. L'amplitude récupérée en bout de fibre est alors plus importante. En pratique, la gorge pourra être formée par exemple dans un rail métallique, dont les parois sont suffisamment réfléchissantes pour l'effet recherché. [0023] Suivant un mode de réalisation, l'installation comporte une deuxième cellule photosensible disposée à l'autre extrémité de la fibre optique. [0024] Suivant un mode de réalisation, l'équipage mobile est un chariot roulant en va-et-vient sur la voie de guidage. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0025] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence à la figure 1 annexée, qui illustre une vue schématique d'une installation selon un mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION [0026] Sur la figure 1 est illustrée une installation 10 comportant une voie de guidage fixe 12, par exemple un rail de guidage, rectiligne ou curviligne, et un équipage mobile 14 guidé sur la voie de guidage, par exemple un chariot roulant sur cette voie, qui peut être entraîné par exemple par un mécanisme à vis sans fin (non représenté). Le long de la voie 12 est disposé un codeur de position 16 lu par un capteur 18 embarqué sur l'équipage mobile 14. Le codeur de position 16 peut être un codeur magnétique comportant une ou plusieurs bandes présentant une succession de segments aimantés dont les directions de polarisation sont alternées. Il peut également s'agir d'une simple crémaillère en matériau ferromagnétique, dont la succession de dents et de creux est détectée à distance par le capteur 18. Le codeur peut également être un codeur optique présentant des graduations lues à distance par le capteur 18. [0027] Quel que soit le principe retenu pour la détection de la position du chariot par le capteur 18, le signal produit par ce dernier fait l'objet d'un traitement dans un circuit de conditionnement du signal 20 relié à un circuit de commande 22 d'une source lumineuse d'excitation 24, par exemple une diode électroluminescente, disposée en regard et à distance d'une fibre optique photoluminescente 26 disposée le long de la voie 12. La fibre optique est dopée de pigments fluorescents 28 dont la densité est de préférence constante le long de la fibre 26. L'équipage mobile 14 est pourvu de frotteurs 30 en contact avec la fibre optique et situés, par rapport à la direction de la trajectoire, de part et d'autre de la source lumineuse d'excitation 24, de manière à ce que la portion 32 de la fibre optique 26 en regard de la source lumineuse 24 soit propre. [0028] À une extrémité 34 de la fibre optique photoluminescente 26 est positionnée une cellule photoélectrique 36 de réception reliée à un circuit électrique de réception 38. [0029] L'installation 10 fonctionne de la manière suivante. Lors de mouvement de l'équipage mobile 14, l'information de position lue par le capteur 18 et conditionnée par le circuit de conditionnement 20 donne lieu à l'émission, par la source lumineuse 24 contrôlée par le circuit de commande 22, d'un signal lumineux numérique qui, quelle que soit la position de l'équipage mobile 14 le long de la voie 12, illumine une portion 32 de la fibre optique 26 située à ce moment en regard de la source lumineuse 24. [0030] Le signal lumineux radial incident en provenance de la source lumineuse 24 pénètre dans la fibre optique 26 où il excite les pigments fluorescents 28 à l'intérieur de la fibre 26. Plus précisément, une partie des photons pénétrant dans la fibre 26 sont absorbés par les pigments fluorescents 28, qui passent par un état électroniquement excité puis retournent rapidement à leur état fondamental en émettant un photon. Les photons émis transitent ensuite dans la fibre optique en étant réfléchis par les parois de la fibre, et sont ainsi guidés jusqu'à la cellule photoélectrique 36 qui les détecte, permettant un traitement ultérieur par le circuit électrique de détection 38. [0031] Le rendement de transmission entre l'émission par la source lumineuse d'excitation 24 du signal lumineux d'excitation et la lumière reçue par la cellule de réception photoélectrique 36 est très faible, et fonction de la pénétration du signal lumineux d'excitation dans la fibre 26, de l'efficacité de l'effet fluorescent, de la fraction de la lumière réémise piégée effectivement dans la fibre mais également de l'atténuation du signal lumineux secondaire émis par les pigments, dans sa trajectoire le long de la fibre 26. Les essais montrent toutefois que la réception reste possible sur des distances pouvant dépasser plusieurs mètres. La vitesse de transmission est rapide. La bande passante peut être limitée par le temps de réponse du phénomène fluorescent. À titre indicatif, on peut atteindre, en choisissant des pigments à faible rémanence, des bandes passantes de 20MHz, voire 60MHz, ce qui est parfaitement adapté à la transmission d'informations de position. Le décalage de longueur d'onde observé entre le signal d'excitation et le signal secondaire émis par la fibre photoluminescente propre au phénomène de fluorescence permet à la lumière émise par photoluminescence de ne pas être réabsorbée par la fibre. [0032] Pour augmenter l'efficacité de la pénétration du signal lumineux d'excitation dans la fibre photoluminescente, on peut avantageusement placer la fibre photoluminescente 26 dans une gorge longitudinale 40 dont les parois sont réfléchissantes, comme illustré sur les coupes transversales des figures 2 à 4. Le profil de gorge 40 en U illustré sur la figure 2 permet à la lumière d'excitation qui a traversé la fibre photoluminescente 26 de se réfléchir au fond de la gorge pour être redirigée vers la fibre 26. Le profil en V de la figure 3 permet à des rayons lumineux du signal d'excitation qui n'ont pas rencontré directement la fibre photoluminescente 26 d'être redirigés par réflexion vers cette dernière. Enfin, le profil parabolique de la figure 4 combine les deux effets précédents et permet de faire converger vers le foyer où se trouve la fibre 26 des rayons lumineux du signal incident qui n'ont pas rencontré directement la fibre 26, et d'autres qui ont traversé la fibre. [0033] On peut également, à l'aide du même dispositif, transmettre d'autres informations obtenues sur l'équipage mobile, relatives par exemple à l'état de charge d'une source d'énergie embarquée, à une température ou une autre variable d'état détectée par un capteur embarqué par l'équipage mobile. [0034] On peut le cas échéant prévoir une deuxième cellule photosensible disposée à l'autre extrémité de la fibre optique, reliée à un deuxième circuit de réception, ce qui peut permettre un fonctionnement même en cas de coupure de la fibre. On peut également doubler la longueur de la trajectoire définie par la voie en prévoyant deux dispositifs de mesure distincts, chacun avec une fibre optique couvrant au moins une des deux moitiés de la voie. Une zone de recouvrement peut être prévue entre les deux fibres optiques.

Claims (5)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de transmission d'informations depuis un équipage mobile (14) guidé le long d'une trajectoire fixe prédéterminée, caractérisé en ce que l'on émet un signal lumineux d'excitation depuis une source lumineuse (24) associée à l'équipage mobile (14) de manière à exciter transversalement une fibre optique photoluminescente (26) disposée le long de la trajectoire, et l'on réceptionne à l'aide d'au moins une cellule photosensible (36) au moins un signal lumineux secondaire émis par la fibre optique photoluminescente (26) en réponse au signal lumineux d'excitation, et guidé dans la fibre optique photoluminescente (26). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le signal d'excitation est un signal numérique. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on positionne la cellule photosensible (36) à une extrémité de la fibre optique photoluminescente (26). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal d'excitation contient une information de position de l'équipage mobile (14), fonction d'un signal de position obtenu par un capteur de position (18) solidaire de l'équipage mobile (14), lisant une information sur un codeur (16) positionné le long de la trajectoire. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on mesure une amplitude du signal reçu à une extrémité de la fibre pour déterminer une donnée de position de l'équipage mobile (14). Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que l'on détermine une position absolue de l'équipage mobile (14) à partir de l'information de position et de la donnée de position. 10
  2. 2. 15
  3. 3. 20
  4. 4. 25
  5. 5. 306.7. Dispositif de transmission d'informations depuis un équipage mobile (14) guidé le long d'une trajectoire fixe prédéterminée, en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte une fibre optique photoluminescente (26) destinée à être positionnée le long de la trajectoire, une source lumineuse d'excitation (24) destinée à être solidaire de l'équipage mobile (14) pour illuminer transversalement la fibre optique photoluminescente (26), et au moins une cellule photosensible (36) formant le récepteur et située à au moins une extrémité (36) de la fibre optique (26). Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (22) pour commander la source lumineuse d'excitation (24) et produire un signal numérique lumineux d'excitation. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la cellule photosensible est une cellule photoélectrique (36). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la fibre photoluminescente est chargée de particules fluorescentes (28). Installation (10) comportant une voie de guidage fixe (12), un équipage mobile (14) guidé sur la voie de guidage (12), caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, la fibre optique photoluminescente (26) étant fixée le long de la voie de guidage (12), la source lumineuse d'excitation (24) étant solidaire de l'équipage mobile (14) et la cellule photosensible (36) étant disposée à une extrémité (34) de la fibre optique photoluminescente (26). Installation selon la revendication précédente, caractérisée en que la source lumineuse d'excitation (24) est positionnée latéralement à distance de la fibre optique photoluminescente (26). 10 8. 15 9. 10. 20 1 1 . 25 1 2. 3013. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisée en ce que la fibre optique photoluminescente (26) est disposée dans une gorge présentant une ou plusieurs parois réfléchissantes. 14. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 ou 13, caractérisée en ce que l'équipage mobile (14) est pourvu d'au moins un système (30) de nettoyage de la fibre optique. 15. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte deuxième cellule photosensible disposée à l'autre extrémité de la fibre optique (26). 16. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisée en ce que l'équipage mobile (14) est un chariot roulant en va-et-vient sur la voie de guidage (12).
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