FR3138704A1 - Enregistreur acoustique sous-marin - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un enregistreur acoustique sous-marin (1), comprenant une enveloppe cylindrique (2) d’axe longitudinal dans laquelle est logé un système d’alimentation électrique (4) apte à alimenter électriquement un hydrophone de l’enregistreur (1), caractérisé en ce que le système d’alimentation électrique (4) comprend une base inférieure et une base supérieure, entre lesquelles s’étendent longitudinalement au moins deux profilés semi-rigides délimitant au moins deux logements longitudinaux de piles électriques (5), chaque profilé étant traversé longitudinalement par un tube rigide, et en ce que les pourtours de la base inférieure et de la base supérieure comprennent chacun une portion radialement interne qui est circulaire et des portions radialement externes qui sont en saillie de la portion radialement interne. Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente invention a pour objet un enregistreur acoustique sous-marin et notamment un enregistreur acoustique sous-marin se présentant sous la forme d’un cylindre autonome, et embarquant de l’énergie, une carte électronique, du stockage de données, et un hydrophone permettant de capter des sons sous l’eau.
Un enregistreur acoustique sous-marin met en œuvre un hydrophone, qui est un microphone destiné à être utilisé sous l’eau. Un hydrophone est un transducteur électroacoustique, c’est-à-dire qu’il transforme, dans les liquides, des ondes acoustiques en signaux électriques. Il est généralement composé d’un récepteur piézoélectrique qui convertit une variation de pression en variation de tension électrique aux bornes du piézomètre. Il permet ainsi l’enregistrement de la pression acoustique. Il peut être couplé avec d’autres capteurs acoustiques (géophone, mesure de la vitesse acoustique, etc.) pour accroître la quantité d’information sur l’onde acoustique.
L’énergie nécessaire au fonctionnement de l’hydrophone est fournie par un système d’alimentation électrique, qui comprend typiquement un ensemble de piles.
Il est important que l’enregistreur acoustique sous-marin, et notamment le système d’alimentation électrique, ne produise pas de bruits parasites, et ce quel que soit l’état de la mer, car sinon les bruits sont enregistrés par l’hydrophone.
Pour limiter les bruits parasites, de nombreux essais ont été menés pour caler les piles, notamment avec l’utilisation de diverses mousses. Toutefois, dans cette configuration et après un choc, les piles ne retrouvent pas leur position initiale dans le système d’alimentation électrique et le contact électrique n’est plus réalisé.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients.
Elle propose en particulier un enregistreur acoustique sous-marin, comprenant une enveloppe cylindrique d’axe longitudinal dans laquelle est logé un système d’alimentation électrique apte à alimenter électriquement un hydrophone de l’enregistreur.
Dans l’enregistreur selon l’invention, le système d’alimentation électrique comprend une base inférieure et une base supérieure, entre lesquelles s’étendent longitudinalement au moins deux profilés semi-rigides délimitant au moins deux logements longitudinaux de piles électriques, chaque profilé étant traversé longitudinalement par un tube rigide, et en ce que les pourtours de la base inférieure et de la base supérieure comprennent chacun une portion radialement interne qui est circulaire et des portions radialement externes qui sont en saillie de la portion radialement interne.
Ainsi, dans la base interne et dans la base externe, ce sont les protubérances radialement externes en saillie de la portion circulaire qui sont en contact avec l’enveloppe cylindrique, ce qui permet d’assurer un guidage sans jeu du système d’alimentation électrique dans l’enveloppe, ce qui limite les bruits parasites.
En outre, chaque profilé est traversé longitudinalement par un tube rigide, permettant de rigidifier le profilé afin que les piles soient bien maintenues sur toute la longueur du système d’alimentation électrique et que les remontées électriques soient assurées entre la base inférieure et la base supérieure. Chaque profilé, typiquement en polypropylène, est semi-rigide, de manière à suffisamment enserrer les piles pour qu’elles ne bougent pas, tout en leur laissant la possibilité de coulisser de haut en bas pour que le contact électrique soit rétabli en cas de choc.
Les portions radialement externes ont avantageusement une section en forme de portion de cercle, et sont avantageusement en matière plastique.
Le tube rigide peut être un tube métallique. Ainsi, chaque tube rigide peut être en aluminium et chaque profilé peut être en polypropylène.
Le système d’alimentation électrique peut comprendre trois profilés délimitant trois logements longitudinaux de piles électriques, chaque profilé comprenant en section transversale deux zones en portions de cercle définissant chacune un logement avec une zone en portion de cercle d’un profilé adjacent.
Les obturateurs peuvent être fixés à l’enveloppe à l’aide de systèmes vis-écrous, chaque vis étant orientée radialement en direction de l’axe longitudinal de l’enveloppe.
L’enregistreur peut comprendre au moins une soupape de sécurité, chaque soupape comprenant une vis disposée dans un orifice longitudinal de l’obturateur, un ressort étant disposé entre la tête de la vis et un écrou monté sur la vis à l’intérieur de l’enregistreur, de sorte qu’en cas de surpression le ressort est comprimé et provoque une ouverture de la soupape du côté de l’extérieur de l’enregistreur.
L’enveloppe cylindrique peut comprendre une couche de thermo-rétractable polyoléfine.
L’enregistreur peut comprendre en outre un système de stockage de données connecté à l’hydrophone.
Le système de stockage peut être monté sur l’obturateur et comprendre un circuit imprimé muni de contacts électriques à ressorts destinés à rentrer en contact avec des pistes circulaires du circuit imprimé du système d’alimentation électrique.
D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées :
[DESCRIPTION DETAILLEE
Tel qu’illustré aux figures 1 et 2, un enregistreur acoustique sous-marin 1 selon l’invention se présente sous la forme d’un cylindre autonome. Il comprend une enveloppe cylindrique creuse 2 d’axe longitudinal. L’enveloppe 2 est obturée à chacune de ses extrémités longitudinales par un obturateur 3.
A l’intérieur de l’enveloppe 2 est logé un système d’alimentation électrique 4 comprenant des piles 5 et destiné à alimenter en électricité un système de stockage de données et un hydrophone, non représenté. Un hydrophone est connecté sur un obturateur 3. Un outil multifonctions 6 vient compléter le dispositif.
Chaque obturateur 3 est typiquement en matière plastique résistant à la pression. Les obturateurs 3 sont maintenus à l’aide de système vis 7 - écrous 8 (figures 3 à 6). Les vis 7 sont disposées radialement sur un pourtour de l’enveloppe 2, en étant régulièrement espacées, et sont orientées en direction de l’axe longitudinal de l’enveloppe 2. Les vis sont par exemple au nombre de trois, et sont disposées à 120° autour du tube. La tête des vis 7 sert de butée entre l’obturateur 3 et l’enveloppe 2, tandis qu’à l’autre extrémité de la vis 7 l’écrou 8 vient en butée contre un épaulement formé dans l’obturateur 3. L’enveloppe 2 n’est de préférence pas serrée contre l’obturateur 3, ce qui permet d’éviter tout risque de déformation et tout risque de fuite.
Ce système de fixation de l’obturateur sur l’enveloppe 2 est plus fiable qu’un système dans lequel on utilise des vis disposées longitudinalement avec des inserts logés dans la tranche de l’enveloppe 2. En effet, les inserts ont tendance à s’arracher avec les utilisateurs. En outre, percer dans la tranche d’un tube coûte cher car ceci nécessite du matériel spécifique (comme un plateau diviseur), et mettre en place des inserts nécessite un temps de montage non négligeable.
Le système de fixation avec une disposition radiale des vis est particulièrement fiable, il a été testé à plus de 3000 N en traction sans aucun dommage. Il est très simple du point de vue de la réalisation, donc peu coûteux. En effet, tout l’usinage de l’obturateur 3 se fait par la face du dessus en une seule fois, aucun usinage latéral n’étant nécessaire. L’enveloppe 2 peut quant à elle être percée à l’aide d’un simple gabarit de perçage. L’utilisation est en outre très simple et est indexable si besoin en décalant les orifices de logement des vis à un angle différent de 120°. Enfin, le système de fixation peut être facilement réparé car les vis utilisées sont des vis standard et les écrous peuvent être typiquement des écrous carrés classiques du commerce.
Après plusieurs mois dans l’eau, les obturateurs 3 sont généralement « collés » à l’enveloppe. Il faut ainsi un outil qui permette de séparer les deux parties sans les abîmer. L’outil multifonctions 6, auparavant usiné, a été repensé pour être imprimé en quinconce et en grappe afin de minimiser les coûts. Par ailleurs, l’outil 6 est conçu pour pouvoir faciliter les différentes opérations au niveau de l’enregistreur, à savoir l’ouverture des obturateurs (figures 7 à 9), l’extraction du système d’alimentation électrique, l’extraction des piles électriques du système d’alimentation électrique, et l’allumage du produit.
Le système d’alimentation électrique 4 comprend une base inférieure 11, de section circulaire, et une base supérieure 12, de section circulaire, entre lesquelles s’étendent longitudinalement au moins deux profilés 13 délimitant un logement pour des piles électriques 5 (figures 10 à 12).
Les piles du type lithium-ion posant des problèmes de transport (réglementation contraignante), on peut utiliser des piles alcalines standards qui présentent l’avantage d’être facilement disponibles. Il n’est ainsi pas besoin de livrer la source d’énergie avec l’enregistreur. Si pour un besoin spécifique l’enregistreur doit être rechargeable, l’utilisation d’un format de piles standard permet d’utiliser des piles rechargeables de type (nickel-hydrure métallique) à la place des piles alcalines.
Les profilés 13 constituent pour les piles à la fois une butée radiale et une zone de guidage longitudinale. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le système d’alimentation électrique 4 comprend trois profilés 13 répartis régulièrement sur la circonférence du système d’alimentation électrique 4 et définissant trois logements longitudinaux de piles 5. Chaque profilé 13 peut comprendre en section transversale deux portions de cercle destinée chacune à définir un logement de piles (une série de piles) avec une portion de cercle d’un profilé 13 adjacent.
En vue d’obtenir la plus grande densité d’énergie possible pour un volume donné, on peut utiliser trois séries de piles 5, par exemple trois séries de cinq piles 5, ce qui permet d’obtenir une très bonne densité d’énergie pour un volume donné.
Un aspect important est de limiter au maximum les bruits acoustiques de l’enregistreur, quel que soit l’état de la mer, sinon les bruits sont enregistrés par l’hydrophone. Pour ce faire, chaque profilé 13 est avantageusement en polypropylène. Ainsi, chaque profilé 13 vient enserrer les piles 5 juste suffisamment pour qu’elles ne bougent pas, avec un effet ressort, mais pas trop quand même afin qu’elles puissent coulisser de haut en bas, de manière à ce que le contact électrique soit rétabli en cas de choc.
Un tube en aluminium 14 est avantageusement inséré au cœur de chaque profilé. Le tube 14 assure deux fonctions : rigidifier le profilé 13 afin que les piles 5 soient bien maintenues sur toute la longueur, et assurer les remontées électriques entre la base inférieure 11 et la base supérieure 12 du système d’alimentation électrique 4.
Les extrusions des profilés 13 peuvent être faites par longueur de 200 m, et coupées à la demande pour le système d’alimentation électrique 4.
Également pour les problématiques de bruit, il est souhaitable qu’une fois inséré dans le tube 2 de l’enregistreur 1, le système d’alimentation électrique 4 ne puisse pas bouger ni provoquer des bruits parasites. Dans cette optique, la base inférieure 11 et la base supérieure 12 comprennent chacune des plots 15 en plastique qui constituent des nervures (flasques) dépassant radialement du pourtour circulaire de chaque base 11, 12 (figures 13 à 17). Les plots 15 constituent des points d’appui ductiles contre la surface interne du tube 2 ( ). Les plots 15 peuvent être répartis régulièrement le long du pourtour circulaire de chaque base 11, 12. En outre, les plots 15 peuvent également être de section en portion de cercle.
Ainsi, ce sont les plots 15 qui sont en contact avec l’enveloppe cylindrique creuse 2 (tube) de l’enregistreur 1, et qui assurent un guidage sans jeu du système d’alimentation électrique dans le tube 2, avec un guidage du type « frottement gras ». Les plots 15 entraînent un effet de ressort latéral lorsque le système d’alimentation électrique 4 est rentré dans l’enveloppe 2. L’utilisation de matière plastique pour les plots 15 permet en outre d’éviter toute rayure au niveau des portées du joint du tube de l’enregistreur. Par ailleurs, la forme des flasques 15 du système d’alimentation électrique 4 fait en sorte qu’aucun autre élément que les plots en plastique 15 ne puisse toucher le tube 2 quand on y insère le système d’alimentation électrique 4.
Pour rétablir le contact électrique en cas de choc, il faut que les piles 5 puissent coulisser dans leur logement. Le matériau employé pour maintenir les piles 5 doit avoir un coefficient de frottement le plus faible possible. Le polypropylène est particulièrement adapté à cet usage, car c’est une matière plastique assez “grasse” et ayant une très bonne ductilité, donc apte à se déformer sans casser.
Pour éviter les erreurs d’installation des piles, toutes les piles 5 s’insèrent dans le même sens. Ceci est rendu possible par l’utilisation des tubes 14 en aluminium liant la base inférieure 11 et la base supérieure 12 du système d’alimentation électrique 4.
L’outil multifonctions 6 permet d’extraire les piles 5. Il suffit d’insérer l’outil entre deux piles 5 et de tirer : l’outil accroche un téton de la pile et permet de la sortir ( ).
La problématique du coût a été résolue en utilisant des éléments standards, par exemple sans utiliser un moule spécifique, et peu onéreux (tubes, visseries, contacts du commerce…).
La base inférieure 11 et la base supérieure 12 peuvent être des circuits imprimés, par exemple des circuits imprimés en fibre de verre, qui est un matériau peu coûteux et facile à obtenir dans n’importe quelle forme. L’utilisation de circuits imprimés permet à la fois d’obtenir la forme mécanique voulue et de réaliser les contacts électriques.
Dans chaque circuit imprimé, un petit circuit électronique protège le système contre les erreurs d’utilisation. On peut par exemple utiliser une diode 16 contre l’inversion du sens des piles 5 et une protection par fusible contre les sur-courants. On trouve également des contacts électriques 17 pour les piles 5 ( ).
Le système d’alimentation électrique 4 est modulaire de par sa conception : on peut enchaîner plusieurs systèmes d’alimentation électrique 4 en les emboîtant les uns derrière les autres. Des contacts à ressort 18 permettent avantageusement d’assurer les liaisons électriques entre les différents systèmes d’alimentation électrique 4. Le fait d’assembler deux systèmes d’alimentation électrique 4 par exemple permet de doubler l’autonomie du système. En outre, les systèmes d’alimentation électrique 4 sont ajustables en longueur en modifiant simplement la longueur des profilés 13 et des tubes 2. On peut ainsi obtenir une version miniature de l’enregistreur qui utilise uniquement un étage de piles 5.
La tension fournie par le système d’alimentation électrique 4 est avantageusement choisie de manière à pouvoir alimenter facilement divers éléments périphériques. Toutes les piles 5 sont donc disposées en série dans les systèmes d’alimentation électrique 4, procurant ainsi une tension de 24 V, et permettent de ce fait d’alimenter par exemple des hydrophones « haute tension » ou des amplificateurs acoustiques.
L’enregistreur comprend avantageusement une soupape de sécurité 19. En effet, si pour une raison quelconque (rayures sur les portées de joints par exemple) il y a une entrée d’eau dans le produit, les piles ou batteries peuvent se retrouver dans l’eau, donc en court-circuit, et provoquer un dégagement gazeux assez important.
Pour la sécurité des utilisateurs, il est important que quand ils ouvrent les produits, il n’y ait pas de pression à l’intérieur, d’où l’utilisation d’une soupape de sécurité.
On peut avantageusement utiliser une vis 19a, et notamment vis standard CHC (une vis à tête cylindrique hexagonale creuse), notamment en inox A4, pour la réalisation de la soupape 19, avec un écrou 19b. Un joint torique est inséré dans un logement sous la tête de vis et un ressort 19c taré en usine est inséré à l’intérieur du produit. Une surpression interne pousse sur la partie basse de la vis 19, ce qui comprime le ressort 19c, provoque l’ouverture de la soupape et évacue alors les gaz (figures 20 à 22).
L’enveloppe cylindrique 2 comprend avantageusement une couche de thermorétractable polyoléfine, qui présente le double avantage d’être peu onéreux et d’être « anti-chocs » de par son épaisseur et sa résistance. Ce revêtement a été testé en mer pendant plusieurs mois. On observe un meilleur résultat qu’avec un matériau autocollant du point de vue du nettoyage de l’enregistreur (la flore ne s’accroche pas sur le revêtement utilisé).
Tout connecteur électrique est source de problèmes, soit parce que l’utilisateur arrache les fils, soit parce qu’il y a un des défauts de sertissage lors de la fabrication. Ainsi, l’enregistreur est avantageusement un produit sans connectique ni fils pour l’utilisateur. A la place, pour assurer un contact de qualité entre le système d’alimentation électrique et une carte électronique du système de stockage de données, on utilise avantageusement des contacts à ressorts 18, et des pistes circulaires 26 sur le circuit imprimé du système d’alimentation électrique 4. Les pistes circulaires 26 permettent d’insérer l’obturateur 3 avec n’importe quel angle par rapport à l’enveloppe cylindrique 2 ou au système d’alimentation électrique 4 (figures 23 et 24).
Par ailleurs, la connectique utilisée pour l’hydrophone 20 est du matériel grand public et présente le gros avantage de ne nécessiter aucun sertissage lors du montage (la gaine des câbles est automatiquement percée lors du verrouillage du connecteur). Ainsi, la fiabilité est accrue et le temps de câblage est très largement réduit.
Pour pouvoir enregistrer des données de manière continue pendant plus de six mois, il faut une grande quantité d’espace de stockage. Les progrès de miniaturisation aidant, on peut utiliser dans le système de stockage de données des cartes micro SD 21 de grande capacité (jusqu’à 1 To par carte). Afin d’augmenter encore la capacité de stockage sans prendre de place, on peut empiler des cartes micro SD à l’aide d’un petit circuit imprimé 22 qui permet de superposer jusqu’à quatre cartes 21 en quinconce (le circuit imprimé est identique dans les deux cas, il est monté dans un sens ou dans l’autre). On peut ainsi disposer deux cartes 21 sur chaque circuit imprimé 22, les cartes 21 étant montées une fois dans un sens et une fois dans l’autre (figures 25 à 27).
Pour informer l’utilisateur de l’état de l’enregistreur, on peut mettre en œuvre des diodes (typiquement des diodes électroluminescentes). Les diodes éclairent en surface intérieure de l’obturateur 3 et un orifice 24 non débouchant est percé en vis-à-vis des diodes (figures 28 et 23). Par exemple, si une première diode clignote, cela indique que l’enregistreur est en train d’enregistrer, tandis que si une deuxième diode clignote, c’est qu’il y a un problème. Il n’y a ainsi aucune entrée d’eau possible car il n’y a pas de trou dans l’obturateur. La lumière des diodes est bien visible, car elle ne traverse qu’une faible épaisseur de matière plastique et est ensuite guidée par des guides de lumière 23 disponibles dans le commerce. La montre le support des diodes. Il s’agit d’une pièce permettant de maintenir les diodes traversantes au ras de l’obturateur 3, en face des guides de lumière qui sont à l’extérieur de l’obturateur. Environ 3 mm de matière plastique séparent la surface des diodes des guides de lumière 23. Les diodes sont enfermées dans les supports de diodes 23 ( ).
Le système d’alimentation électrique 4 décrit ci-dessus utilise des circuits imprimés en tant que flasques. Les circuits imprimés peuvent intégrer une fonction qui donne l’état des piles avant de refermer l’enregistreur pour le mettre à l’eau. L’utilisateur peut ainsi vérifier que l’énergie arrive correctement pour alimenter la carte de l’enregistreur. Par exemple, selon le niveau de batterie, 0, 1, 2 ou 3 diodes 25 peuvent être allumées. Le test se fait en posant son doigt sur la zone prévue à cet effet ( ). Aucune énergie n’est consommée dans le cas contraire.
Claims (9)
- Enregistreur acoustique sous-marin (1), comprenant une enveloppe cylindrique (2) d’axe longitudinal dans laquelle est logé un système d’alimentation électrique (4) apte à alimenter électriquement un hydrophone (20) de l’enregistreur (1), caractérisé en ce que le système d’alimentation électrique (4) comprend une base inférieure (11) et une base supérieure (12), entre lesquelles s’étendent longitudinalement au moins deux profilés (13) semi-rigides délimitant au moins deux logements longitudinaux de piles électriques (5), chaque profilé (13) étant traversé longitudinalement par un tube rigide (14), et en ce que les pourtours de la base inférieure (11) et de la base supérieure (12) comprennent chacun une portion radialement interne qui est circulaire et des portions radialement externes (15) qui sont en saillie de la portion radialement interne.
- Enregistreur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque tube rigide (14) est en aluminium.
- Enregistreur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque profilé (13) est en polypropylène.
- Enregistreur (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système d’alimentation électrique (4) comprend trois profilés (13) délimitant trois logements longitudinaux de piles électriques (5), chaque profilé (13) comprenant en section transversale deux zones en portions de cercle définissant chacune un logement avec une zone en portion de cercle d’un profilé adjacent.
- Enregistreur (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend des obturateurs (3) fixés à l’enveloppe (2) à l’aide de systèmes vis-écrous (7, 8), chaque vis (7) étant orientée radialement en direction de l’axe longitudinal de l’enveloppe (2).
- Enregistreur (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une soupape de sécurité (19), chaque soupape (19) comprenant une vis (19a) disposée dans un orifice longitudinal d’un obturateur (3), un ressort (19c) étant disposé entre la tête de la vis et un écrou (19b) monté sur la vis à l’intérieur de l’enregistreur (1), de sorte qu’en cas de surpression le ressort (19c) est comprimé et provoque une ouverture de la soupape (19) du côté de l’extérieur de l’enregistreur (1).
- Enregistreur (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’enveloppe cylindrique (2) comprend une couche de thermo-rétractable polyoléfine.
- Enregistreur selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système de stockage de données connecté à l’hydrophone (20).
- Enregistreur selon la revendication 8, lorsqu’elle dépend de la revendication 5, caractérisé en ce que le système de stockage est monté sur un obturateur (3) et comprend un circuit imprimé muni de contacts électriques à ressorts (18) destinés à rentrer en contact avec des pistes circulaires (26) du circuit imprimé du système d’alimentation électrique (4).
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Patent Citations (3)
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