WO1997031438A1 - Method and device for telemetry on a metal structure protected by current tapping - Google Patents

Method and device for telemetry on a metal structure protected by current tapping Download PDF

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WO1997031438A1
WO1997031438A1 PCT/FR1997/000317 FR9700317W WO9731438A1 WO 1997031438 A1 WO1997031438 A1 WO 1997031438A1 FR 9700317 W FR9700317 W FR 9700317W WO 9731438 A1 WO9731438 A1 WO 9731438A1
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Jean-Marc Vernet
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    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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    • C23F13/02Inhibiting corrosion of metals by anodic or cathodic protection cathodic; Selection of conditions, parameters or procedures for cathodic protection, e.g. of electrical conditions
    • C23F13/04Controlling or regulating desired parameters
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Abstract

A telemetry method for a metal structure (19) protected from oxidation by current tapping (1, 2). The method uses the structure (19) itself as the medium for data transmission from at least one transmitter connected to the structure, said data being recognised by a receiver (4, 5, 6, 7) connected to another part of the structure (19). Ground connections (16) are used to achieve a positive potential difference with the protected structure (19). The power of the current tapping station (1, 2) and said positive potential difference between at least one of said ground connections (16) and the metal structure (19) are used to inject a variable current (I) modulated by said transmitter depending on the data to be transmitted through the structure (19). The resulting current variations are measured by the receiver and used to determine the data picked up and transmitted by the transmitter. As said transmitter is self-contained, it may be placed anywhere on the structure (19).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TELEMESURE SUR OUVRAGE METALLIQUE PROTEGE PAR SOUTIRAGE METHOD AND DEVICE FOR TELEMETRY ON A METAL WORK PROTECTED BY DRAWING
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de télémesure sur ouvrage métallique protégé par soutirage.The present invention relates to a method and a device for telemetry on metal work protected by racking.
Le domaine technique de l' invention est celui de la transmission électrique d' informations par conducteur.The technical field of the invention is that of the electrical transmission of information by conductor.
L' application principale de l' invention est la réalisation d'un dispositif de télémesure fonctionnant sur un ouvrage métallique, telle qu'une conduite, protégé contre l'oxydation par soutirage, qui utilise l'ouvrage lui-même comme support pour la transmission des informations et peut assurer et transmettre par exemple le contrôle de la protection cathodique en tout point donné de l'ouvrage.The main application of the invention is the production of a telemetry device operating on a metal structure, such as a pipe, protected against oxidation by drawing off, which uses the structure itself as a support for transmission. information and can ensure and transmit, for example, the control of cathodic protection at any given point in the structure.
Actuellement, il existe différents systèmes de transmission d'informations concernant des ouvrages métalliques, tel que celui décrit dans la demande de brevet FR2097265 : ce document enseigne un système de transmission d'informations utilisant une conduite sous- marine, entre un émetteur et un récepteur, relié chacun à une distance donnée à la dite conduite, suivant un principe général de base connu qui est du reste également celui de la présente invention : les systèmes d'émission décrits dans ce document utilisent la terre comme retour, comme dans tous systèmes connus même précédemment au dépôt de cette demande de brevet; les anodes sacrificielles du système de protection cathodique de la conduite, qui ont un potentiel d'oxydation inférieur à celui de la conduite, et soutirent du courant à celle-ci, y sont présentés soit comme des problèmes à contourner, soit comme un moyen pour alimenter des répéteurs; un tel système d ' émission nécessite un apport d'énergie spécifique assez important.Currently, there are different systems for transmitting information concerning metallic structures, such as that described in patent application FR2097265: this document teaches a system for transmitting information using an underwater pipe, between a transmitter and a receiver. , each connected at a given distance to the said pipe, according to a known general basic principle which is also that of the present invention: the emission systems described in this document use the earth as return, as in all known systems even before the filing of this patent application; the sacrificial anodes of the cathodic protection system of the pipe, which have an oxidation potential lower than that of the pipe, and draw current therefrom, are presented there either as problems to be overcome or as a means for power repeaters; such an emission system requires a fairly significant specific energy supply.
On connaît également le brevet AT356982 qui décrit un système assez proche du précédent, qui envoie un courant alternatif grâce à une source de courant qui lui est propre, ce qui en limite bien sûr les possibilités d' implantation.We also know the patent AT356982 which describes a system fairly close to the previous one, which sends an alternating current thanks to a current source of its own, which of course limits the possibilities of implantation.
Ainsi tous ces systèmes et d ' autres nécessitent trop d'énergie pour rester autonomes longtemps, et, le cas échéant, l'autonomie de leurs répéteurs est limitée à la durée de vie, très courte, d'une anode sacrificielle; de plus ils posent des problèmes de maintenance, sont sensibles à l'évolution des caractéristiques électriques de la structure métallique dans le temps, et utilisent des technologies à la fois plus chères qu'une installation de lignes de transmission indépendantes de la structure protégée, et moins économiques à l 'usage qu ' un relevé périodique par du personnel spécialisé. D ' ailleurs, de nombreuses grandes sociétés en sont réduites à adopter cette deuxième solution, qui n'est cependant pas la panacée puisqu'un défaut surgissant entre deux relevés peut causer de gros désagréments (tension de polarisation mauvaise entraînant le perçage d'une canalisation, ou chute de pression de gaz dans une canalisation entraînant rapidement un manque de gaz à l'extrémité d'un filaire, etc.) .Thus all these systems and others require too much energy to remain autonomous for a long time, and, if necessary, the autonomy of their repeaters is limited to the very short life of a sacrificial anode; in addition, they pose maintenance problems, are sensitive to changes in the electrical characteristics of the metal structure over time, and use technologies that are both more expensive than installing transmission lines independent of the protected structure, and less economical to use than a periodic statement by specialized personnel. Moreover, many large companies are reduced to adopting this second solution, which is however not a panacea since a defect arising between two readings can cause major inconvenience (poor bias voltage causing the drilling of a pipe , or drop in gas pressure in a pipe quickly causing a lack of gas at the end of a wired, etc.).
Le problème posé est donc de pouvoir réaliser un dispositif de télémesure sur un ouvrage métallique, protégé contre l 'oxydation par un soutirage de courant électrique, lequel dispositif utilisant un émetteur placé n' importe où sur l'ouvrage et non pas seulement à une extrémité, permettant ainsi de transmettre toutes informations relevées en tout endroit de l ' ouvrage, telle que le contrôle de la protection cathodique, pouvant être autonome, et de fabrication, d' installation et d'usage simple.The problem is therefore to be able to produce a telemetry device on a metal structure, protected against oxidation by drawing off electric current, which device using a transmitter placed anywhere on the structure and not only at one end , thus making it possible to transmit all the information found anywhere in the structure, such as the cathodic protection control, which can be autonomous, and of manufacture, installation and simple use.
Une solution au problème posé est un procédé de télémesure ainsi que tout dispositif permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé, fonctionnant sur un ouvrage métallique protégé contre l 'oxydation par soutirage, qui utilisent l ' ouvrage lui-même comme support pour la transmission des informations, à partir d' au moins un émetteur relié au dit ouvrage et reconnu par un récepteur relié également plus loin à ce même ouvrage ; selon l ' invention,A solution to the problem posed is a telemetry method as well as any device allowing the implementation of such a method, operating on a metal structure protected against oxidation by racking, which use the structure itself as a support for the transmission of information, from at least one transmitter connected to said work and recognized by a receiver also linked further to this same work; according to the invention,
- on utilise des prises de terre offrant si possible un potentiel d' oxydation supérieur au potentiel d' oxydation de l ' ouvrage métallique, ou sinon, permettant au moins d' avoir une différence de potentiel positive avec l'ouvrage protégé, en choisissant de préférence des prises de terre en cuivre, laiton, bronze, fonte à forte teneur en silicium, charbon, coke ou graphite. - on utilise des prises de terre permettant d' avoir une différence de potentiel positive avec l'ouvrage protégé,- earth connections are used which offer, if possible, an oxidation potential greater than the oxidation potential of the metal structure, or otherwise, allowing at least a positive potential difference with the protected structure, by choosing to preferably earth connections made of copper, brass, bronze, cast iron with a high silicon, coal, coke or graphite content. - earth plugs are used to have a positive potential difference with the protected structure,
- on utilise la puissance de la station de soutirage et ladite différence de potentiel positive existant entre au moins une des dites prises de terre et l'ouvrage métallique, pour injecter un courant variable modulé en fonction de l'information à transmettre dans l 'ouvrage,- using the power of the withdrawal station and said positive potential difference existing between at least one of the said earth connections and the metal structure, to inject a variable current modulated according to the information to be transmitted in the structure ,
- on mesure ladite variation de courant par le récepteur et on en déduit l'information relevée et transmise par l 'émetteur, ledit émetteur étant autonome peut être implanté en tous points de l 'ouvrage. Dans des modes préférentiels de réalisation :- Measuring said current variation by the receiver and deducing therefrom the information noted and transmitted by the transmitter, said transmitter being autonomous can be installed at any point of the structure. In preferred embodiments:
- on injecte ledit courant variable en provoquant par l ' ouverture, contrôlée par ledit émetteur, d'un pont électrique entre une desdites prises de terre et l' ouvrage, le courant variable s'écoulant alors toujours de la prise de terre vers l'ouvrage ; - on utilise des prises de terre offrant un potentiel d'oxydation supérieur au potentiel d'oxydation de l'ouvrage métallique, les dites prises de terre se comportant par rapport à l 'ouvrage comme des cathodes naturelles, qui permettent d'augmenter le courant injecté, et donc fournissent un complément de puissance à l'émission ; - on utilise la différence de potentiel entre la structure protégée et une des dites prises de terre pour générer l'énergie électrique dont les émetteurs ont besoin,- said variable current is injected by causing the opening, controlled by said transmitter, of an electric bridge between one of said earth connections and the structure, the variable current then always flowing from the earth connection to the work ; - Earth plugs are used offering an oxidation potential greater than the oxidation potential of the metal structure, said earth electrodes behaving with respect to the structure like natural cathodes, which make it possible to increase the current injected, and therefore provide additional power to the emission; - the potential difference between the protected structure and one of the so-called earth connections is used to generate the electrical energy which the transmitters need,
- on augmente le cas échéant cette tension à un niveau compatible avec le fonctionnement des cartes électroniques des dits émetteurs, - on utilise le fait que la variation du dit courant injecté dans le dit ouvrage métallique par le pont électrique est repérable au niveau de la station soutirage ou l 'on place le récepteur quelque soit la forme et la dimension de l'ouvrage protégé, du moment que la tension de polarisation cathodique par rapport à la terre est correcte en tout point de l ' ouvrage,- if necessary, this voltage is increased to a level compatible with the operation of the electronic cards of said transmitters, - the fact is used that the variation of said current injected into said metal structure by the electrical bridge can be identified at the station racking or placing the receiver whatever the shape and size of the protected structure, as long as the cathodic polarization voltage with respect to the earth is correct at all points of the structure,
- on définit pour cela des composantes spectrales du dit courant à transmettre suffisamment basses pour ne pas être beaucoup plus atténuées que la composante continue (composantes fréquentielles dans la bande passante de l'ouvrage). Dans le cas où l'on dispose de plusieurs émetteurs sur le dit ouvrage on génère à partir de chaque émetteur placé sur l' ouvrage des signaux qui lui sont propres et permettent au récepteur d'identifier l 'émetteur de ces signaux et de connaître la ou les mesures qu'il transmet.- We define for this spectral components of said current to be transmitted low enough not to be much more attenuated than the DC component (frequency components in the bandwidth of the structure). In the case where there are several transmitters on the said structure, it generates from each transmitter placed on the structure its own signals and allow the receiver to identify the transmitter of these signals and to know the or the measurements it transmits.
Le résultat est de nouveaux procédés et dispositifs de télémesure fonctionnant sur un ouvrage métallique protégé contre l ' oxydation par soutirage.The result is new telemetry methods and devices operating on a metal structure protected against oxidation by racking.
Un procédé selon l'invention se décompose en un procédé pour la transmission des signaux selon l'invention, un procédé pour l'alimentation des émetteurs selon l'invention, un procédé pour le codage des informations selon l'invention, et un procédé pour la réception des signaux émis sur la structure selon l'invention .A method according to the invention is broken down into a method for transmitting signals according to the invention, a method for supplying transmitters according to the invention, a method for coding information according to the invention, and a method for reception of the signals transmitted on the structure according to the invention.
Le procédé selon l 'invention permet de réaliser le dispositif selon cette même invention, qui résout les problèmes mentionnés ci-dessus.The method according to the invention makes it possible to produce the device according to this same invention, which solves the problems mentioned above.
En effet, il est autonome longtemps, pose très peu de problèmes de maintenance vu sa simplicité, est indépendant de la géométrie de la structure protégée et de son vieillissement, et est peu onéreux.Indeed, it is autonomous for a long time, poses very few maintenance problems given its simplicity, is independent of the geometry of the protected structure and of its aging, and is inexpensive.
Dans des modes préférentiels de réalisation, un dispositif selon l'invention comporte:In preferred embodiments, a device according to the invention comprises:
- des émetteurs, chacun étant constitué d'un dispositif spécifique selon l' invention pour l 'émission des signaux , d'un dispositif particulier selon l'invention pour la mesure de la tension de polarisation, et d'un dispositif spécifique selon l'invention pour l' alimentation de l'électronique,- transmitters, each consisting of a specific device according to the invention for transmitting signals, of a specific device according to the invention for measuring the bias voltage, and of a specific device according to the invention for powering electronics,
- un récepteur particulier pour la réception des signaux émis sur la structure,- a special receiver for the reception of signals transmitted on the structure,
- des prises de terre réalisées de préférence dans un matériau offrant un potentiel d'oxydation élevé tel que le cuivre, le laiton, le bronze, la fonte à forte teneur en silicium, le charbon, le coke et le graphite.- earth connections preferably made of a material offering a high oxidation potential such as copper, brass, bronze, cast iron with a high silicon content, coal, coke and graphite.
Le procédé de transmission selon l'invention trouve son origine dans deux constatations valables quand la polarisation est correcte en tout point de la structure: - tout le courant injecté dans une structure suffisamment polarisée par une station de polarisation passe par cette station puisque le potentiel qu'elle impose en tout point de la structure est inférieur à son potentiel d' oxydation, - il est toujours possible, en tout point, d' injecter du courant dans la structure, en réalisant un pont électrique ponctuel entre la structure polarisée et son milieu, s'il est conducteur. Il suffit pour cela d'utiliser une prise de terre dont le potentiel d'oxydation est supérieur ou égal au potentiel de la structure protégée par le soutirage. Si le potentiel d' oxydation de la prise de terre est inférieur ou égal au potentiel d'oxydation de la structure métallique (par exemple, si la prise de terre est dans un métal moins noble que le métal dans lequel est fait la conduite), ce sont les dispositifs utilisés pour polariser la structure métallique qui fournissent la puissance nécessaire à cette injection de courant. Si par contre le potentiel d'oxydation de la prise de terre est supérieur au potentiel d'oxydation de la structure métallique, la prise de terre forme, par rapport à la structure métallique, une cathode naturelle, qui contribue à fournir la puissance nécessaire à l' injection de courant (sans protection cathodique appliquée à la structure, la prise de terre pourrait déjà y injecter du courant).The transmission method according to the invention has its origin in two valid observations when the polarization is correct at all points of the structure: - all the current injected into a structure sufficiently polarized by a polarization station passes through this station since the potential which it imposes at any point of the structure is lower than its oxidation potential, - it is always possible, at any point , to inject current into the structure, by making a point electrical bridge between the polarized structure and its medium, if it is conductive. To do this, it suffices to use an earth connection whose oxidation potential is greater than or equal to the potential of the structure protected by racking. If the oxidation potential of the earth connection is less than or equal to the oxidation potential of the metal structure (for example, if the earth connection is in a less noble metal than the metal in which the pipe is made), it is the devices used to polarize the metal structure which provide the power necessary for this current injection. If, on the other hand, the oxidation potential of the earth electrode is greater than the oxidation potential of the metallic structure, the earth electrode forms, compared to the metallic structure, a natural cathode, which contributes to supplying the power necessary for current injection (without cathodic protection applied to the structure, the earth electrode could already inject current into it).
Une première variante du procédé selon l'invention pour transmettre des informations sur une structure correctement polarisée est donc, dans une première caractéristique, la suivante: chaque émetteur contrôle un pont électrique entre une prise de terre et la structure protégée , et tire parti de la différence de potentiel positive pour laisser passer entre les deux un courant variable -rentrant donc dans la structure-, selon une loi connue par le récepteur, placé au niveau du poste de soutirage. La loi de variation du courant est propre à chaque émetteur, et peut être modulée en fonction de la (ou des) valeur(s) mesurée(s) par l'émetteur.A first variant of the method according to the invention for transmitting information on a correctly polarized structure is therefore, in a first characteristic, the following: each transmitter controls an electrical bridge between an earth connection and the protected structure, and takes advantage of the positive potential difference to allow a variable current to flow between the two - therefore entering the structure -, according to a law known by the receiver, placed at the level of the racking station. The law of variation of the current is specific to each transmitter, and can be modulated according to the (or) value (s) measured (s) by the transmitter.
Toute modulation de courant sera vue par le récepteur, à condition que ses composantes fréquencielles soient suffisamment basses. Etant donné que l' on peut souvent se contenter d'une mesure à la minute, voire à l 'heure (mesure de la tension de polarisation par exemple), il n'existe théoriquement pas de limite basse à la fréquence de base de la modulation (on pourrait descendre à quelques dixièmes de Hertz) . On note que le repérage de fréquences très basses ne présente aucune difficulté en traitement numérique du signal (Transformée de Fourier, corrélation ou autocorrélation) . On note aussi que, si le procédé d'émission selon l'invention est fonctionnellement un procédé d'émission en courant, un signal émis sera surtout vu au niveau du poste de soutirage en tension si ce poste de soutirage s'assimile à une source de courant (résistance du poste et du déversoir grandes devant la résistance équivalente à la terre de la structure) . Ce même signal sera plus facilement mesurable en courant si le poste de soutirage se rapproche d'une source de tension (surtout le cas des ouvrages neufs dans la terre) .Any current modulation will be seen by the receiver, provided that its frequency components are sufficiently low. Since we can often be satisfied with a measurement per minute, even by the hour (measurement of the bias voltage for example), there is theoretically no low limit to the base frequency of the modulation (we could go down to a few tenths of Hertz). We note that the identification of very low frequencies presents no difficulty in digital signal processing (Fourier transform, correlation or autocorrelation). It is also noted that, if the emission method according to the invention is functionally a current emission method, an emitted signal will be especially seen at the level of the voltage draw-off station if this draw-off station is assimilated to a source. current (resistance of the substation and of the weir large compared to the resistance equivalent to the earth of the structure). This same signal will be more easily measured by current if the racking station approaches a voltage source (especially the case of new structures in the ground).
Le récepteur ne pourra peut-être pas détecter de variations de courant injecté si la structure en injecte dans son milieu (fuites) . Mais ce cas correspond à une protection cathodique en défaut, et le récepteur pourra en déduire à coup sûr l'existence d'un problème méritant l'intervention d'une équipe.The receiver may not be able to detect variations in the injected current if the structure injects it into its environment (leaks). But this case corresponds to faulty cathodic protection, and the receiver will be able to deduce therefrom the existence of a problem deserving of the intervention of a team.
On remarque que le courant injecté dans la structure polarisée protège contre l'oxydation, par soutirage, la prise de terre utilisée pour injecter ce courant. Cela va dans le sens de la réalisation de dispositifs pratiquement inusables, donc autonomes longtemps. De plus, si la prise de terre appartient à un tiers, là où c'est possible (utilisation d'ouvrages tiers) , le procédé de transmission ne peut pas provoquer son oxydation, mais, au contraire, la limiter.It is noted that the current injected into the polarized structure protects against oxidation, by drawing off, the earth electrode used to inject this current. This goes in the direction of the realization of practically wear-free devices, therefore autonomous for a long time. In addition, if the earth connection belongs to a third party, where possible (use of third-party works), the transmission process cannot cause its oxidation, but, on the contrary, limit it.
On remarque aussi que selon ce procédé de transmission, selon l 'invention, on n'utilise pas la puissance propre de l ' émetteur, mais plutôt celle de la station de soutirage, éventuellement complétée par celle de la prise de terre, cathode naturelle par rapport à la structure. En outre, plaçant le récepteur à un passage obligé du signal injecté, on peut en théorie et en pratique se jouer de la forme et de la taille de n'importe quelle structure métallique, à condition qu' elle soit protégée par un soutirage unique, et que l ' on soit prêt à baisser la fréquence de base des signaux injectés, jusqu ' à ce qu ' elle soit compatible avec la bande passante (fréquences à peine plus atténuées que la fréquence nulle) . Une variante possible de ce procédé de transmission selon l 'invention est de placer le récepteur à un endroit autre que le poste de soutirage. Cependant, suivant la topologie de la structure protégée, ce procédé sera moins performant et nécessitera une plus grande sensibilité du récepteur (en particulier si le récepteur est en bout de structure) . D ' autres variantes de ce procédé sont de placer plusieurs émetteurs et un ou plusieurs récepteurs sur un ouvrage protégé par plusieurs soutirages.We also note that according to this transmission method, according to the invention, the inherent power of the transmitter is not used, but rather that of the withdrawal station, possibly supplemented by that of the earth connection, natural cathode by relation to the structure. In addition, placing the receiver at a forced passage of the injected signal, one can in theory and in practice play with the shape and size of any metallic structure, provided that it is protected by a single racking, and that one is ready to lower the base frequency of the injected signals, until it is compatible with the passband (frequencies hardly more attenuated than the zero frequency). A possible variant of this transmission method according to the invention is to place the receiver at a location other than the racking station. However, depending on the topology of the protected structure, this process will be less efficient and will require greater sensitivity of the receiver (in particular if the receiver is at the end of the structure). Other variants of this process are to place several transmitters and one or more receivers on a structure protected by several rackings.
L ' atténuation des signaux sera plus forte, mais compatible avec une bonne réception dans la plupart des cas, surtout si les signaux ne trouvent pas sur leur chemin un poste de soutirage de faible résistance (source de tension pour la structure) , qui pourrait arrêter leur transmission.The attenuation of the signals will be stronger, but compatible with good reception in most cases, especially if the signals do not find in their path a racking station of low resistance (source of tension for the structure), which could stop their transmission.
Le procédé de transmission selon l 'invention peut utiliser de multiples formes d'ondes basse fréquence: signal carré périodique, impulsions, signal sinusoïdal... (la liste n' est pas limitative) .The transmission method according to the invention can use multiple low frequency waveforms: periodic square signal, pulses, sinusoidal signal ... (the list is not exhaustive).
Cependant, celle qui ne subit aucune déformation lors de la transmission est la sinusoïde (même un tuyau bien isolé est une ligne de transmission déformante, sauf pour les sinusoïdes) , et elle simplifie la logique de détection, d'autant plus qu' elle sera émise longtemps . Par ailleurs, la forme d' onde la plus facile à générer est sans doute le signal carré.However, the one that does not undergo any deformation during transmission is the sinusoid (even a well-insulated pipe is a deforming transmission line, except for sinusoids), and it simplifies the detection logic, especially since it will be issued for a long time. On the other hand, the easiest waveform to generate is probably the square wave.
Le procédé de transmission selon l' invention inclut un procédé de codage des informations transmises (généralement signature de l 'émetteur et mesure(s) transmise(s)) . Ce procédé de codage peut utiliser une forme de modulation de fréquence, la bande de fréquences attribuée aux transmissions étant découpée en fréquences absolues dédiées chacune à une valeur (ou combinaison de valeurs) particulière de la (ou des) mesure(s) faite (s) par un émetteur particulier. Si N est le nombre maximum de valeurs (ou combinaisons de valeurs) différentes qu'un émetteur peut émettre, et M le nombre maximum d'émetteurs que l'on veut pouvoir mettre sur une même structure protégée, alors le procédé de codage doit utiliser MxN fréquences différentes dans la bande de transmission allouée. Ce procédé de codage implique que M signaux peuvent être transmis simultanément. On note que la précision du codage n'est limitée que par celle des oscillateurs (quartz ou piézo- électrique) utilisés pour l'émission et la réception. Une variante proche est d'utiliser un codage analogique, seule la bande de fréquences par émetteur étant fixée, ce dernier émettant une fréquence fonction continue de la ou des mesures à transmettre (revient à N "infini") .The transmission method according to the invention includes a method of coding the information transmitted (generally signature of the transmitter and measurement (s) transmitted). This coding method can use a form of frequency modulation, the frequency band allocated to the transmissions being divided into absolute frequencies each dedicated to a particular value (or combination of values) of the measurement (s) made. ) by a particular transmitter. If N is the maximum number of different values (or combinations of values) that a transmitter can transmit, and M the maximum number of transmitters that we want to be able to put on the same protected structure, then the coding process must use MxN different frequencies in the allocated transmission band. This coding method implies that M signals can be transmitted simultaneously. Note that the coding precision is limited only by that of the oscillators (quartz or piezoelectric) used for transmission and reception. A close variant is to use analog coding, only the frequency band per transmitter being fixed, the latter transmitting a frequency which is a continuous function of the measurement or measurements to be transmitted (returns to N "infinite").
Une variante possible du procédé de codage est d'utiliser une fréquence différente par émetteur, les données à transmettre, codées en binaire, étant transmises par une succession d'émissions et de silences.A possible variant of the coding method is to use a different frequency per transmitter, the data to be transmitted, coded in binary, being transmitted by a succession of transmissions and rests.
On remarque que ces principes peuvent être appliqués sans trop de problèmes à toute forme d'onde périodique, si on ne s'intéresse qu' au premier harmonique, ou fréquence fondamentale, et que la bande de fréquences utilisée ne dépasse pas l'octave.We note that these principles can be applied without too many problems to any periodic waveform, if we are only interested in the first harmonic, or fundamental frequency, and that the frequency band used does not exceed the octave.
De façon générale, le procédé de codage peut être, ou ressembler à, toute méthode de codage/modulation connue, déterminée en fonction des objectifs de fiabilité de transmission, de vitesse de transmission, du nombre et de la nature des informations à transmettre, de la fréquence des cycles d'émission, etc.In general, the coding method can be, or resemble, any known coding / modulation method, determined as a function of the objectives of transmission reliability, transmission speed, the number and nature of the information to be transmitted, frequency of transmission cycles, etc.
Dans des modes particuliers de réalisation du dispositif d'émission selon l ' invention, on utilise un interrupteur pouvant réaliser un pont électrique entre la structure protégée et son milieu, donc injecter du courant dans la structure, via deux connexions: l'une à la structure protégée, l'autre à une "prise de terre " , la meilleure possible. Le signal émis est, dans ce cas, une succession de créneau de "tout ou rien" de durées variables, qui généreront par exemple une "signature spectrale" particulière. Dans un mode de réalisation de ce dispositif d' émission selon l'invention, l'interrupteur est contrôlé par une électronique simple qui peut hacher le courant injecté à haute fréquence.In particular embodiments of the emission device according to the invention, a switch is used which can make an electrical bridge between the protected structure and its environment, therefore injecting current into the structure, via two connections: one to the protected structure, the other to an "earth connection", the best possible. The signal transmitted is, in this case, a succession of "all or nothing" slots of variable durations, which will generate, for example, a particular "spectral signature". In one embodiment of this transmission device according to the invention, the switch is controlled by simple electronics which can chop the current injected at high frequency.
La variante du procédé d ' émission mis en oeuvre sur un tel dispositif selon l ' invention peut être la suivante: on hache le courant injecté à haute fréquence pour lui donner la forme basse fréquence voulue (dans tout le texte, le terme hautes fréquences s'applique aux composantes spectrales supérieures à la fréquence de coupure de l 'ouvrage métallique concerné, et le terme basse fréquences s'applique aux composantes fréquentielles proches de la fréquence nulle, qui ne sont pas beaucoup plus atténuées que cette dernière. Par exemple, si on veut transmettre des informations sur plusieurs dizaines de kilomètres, le long d' une canalisation de gros diamètre, on peut considérer 1 kHz comme une haute fréquence, absorbée, et 2Hz comme une basse fréquence, peu atténuée) . Il peut s'agir d'une modulation dite par largeur d' impulsion, par fréquence d'impulsions, ou une combinaison des deux. Plus généralement, selon l 'invention, la technique de modulation du signal injecté peut-être toute technique faisant que durant chaque intervalle de temps (petit devant le temps de montée ou de descente du signal basse fréquence voulu durant cet intervalle de temps précis) , le rapport de la durée cumulée des états "passant" sur la durée cumulée des états "ouverts" fixe le courant moyen injecté dans la structure. Ce type de commande par impulsions est très répandu par ailleurs pour la commande de moteurs à courant continu. Une logique câblée simple ou un petit microcontrôleur peuvent sans problèmes commander l'interrupteur, et lui faire générer facilement les formes de courant basse fréquence les plus insolites, mais c 'est la sinusoïde qui sera la moins déformée, et permettra la détection la plus simple (pour être précis, il s ' agira alors d'une sinusoïde superposée à une composante continue, car on ne peut générer des alternances "prenant du courant " à la structure protégée. Dans ce cas, la composante continue constitue le courant "perdu " par le dispositif de transmission, conséquence logique de l 'utilisation du procédé de transmission selon l'invention) . On note qu'il est possible de hacher le courant à des fréquences proches de la fréquence de base du signal à générer, voire à l ' extrême de générer un signal carré à la place d'une sinusoïde souhaitée au niveau du récepteur. L'inconvénient est que l' on génère des harmoniques non souhaités au départ, imposant des limites dans le choix des fréquences à utiliser si on utilise une bande de fréquences plus large que l ' octave, et de façon générale rajoutant du bruit dans une bande de fréquences qui n'en a pas forcément besoin.The variant of the emission process implemented on such a device according to the invention can be as follows: the current injected at high frequency is chopped to give it the desired low frequency form (throughout the text, the term high frequencies s 'applies to the spectral components higher than the cutoff frequency of the metal work concerned, and the term low frequencies applies to the frequency components close to the zero frequency, which are not much attenuated more than this last. For example, if we want to transmit information over several tens of kilometers, along a large diameter pipe, we can consider 1 kHz as a high frequency, absorbed, and 2Hz as a low frequency, slightly attenuated). It can be a so-called pulse width modulation, pulse frequency, or a combination of the two. More generally, according to the invention, the technique of modulation of the injected signal may be any technique that, during each time interval (small compared to the rise or fall time of the desired low frequency signal during this precise time interval), the ratio of the cumulative duration of the "on" states to the cumulative duration of the "open" states fixes the average current injected into the structure. This type of pulse control is also very widespread for the control of DC motors. Simple wired logic or a small microcontroller can easily control the switch, making it easily generate the most unusual forms of low frequency current, but it is the sinusoid which will be the least deformed, and will allow the simplest detection. (to be precise, it will then be a sinusoid superimposed on a continuous component, because one cannot generate alternations "taking current" to the protected structure. In this case, the continuous component constitutes the "lost" current by the transmission device, a logical consequence of the use of the transmission method according to the invention). It is noted that it is possible to chop the current at frequencies close to the base frequency of the signal to be generated, or even at the extreme of generating a square signal in place of a desired sinusoid at the level of the receiver. The disadvantage is that we generate unwanted harmonics at the start, imposing limits in the choice of frequencies to use if we use a frequency band wider than the octave, and generally adding noise in a band frequencies that don't necessarily need them.
Cependant, le hachage d'un courant à basse fréquence perturbe moins l ' environnement électromagnétique en général. De plus, le choix délibéré d'un signal carré peut présenter deux avantages:However, chopping a current at low frequency disturbs the electromagnetic environment less in general. In addition, the deliberate choice of a square wave can have two advantages:
- il a une composante sinusoïdale à sa fréquence propre d' amplitude supérieure à celle de la sinusoïde que l 'on peut générer sans harmoniques dans les mêmes conditions (rapport 4/π, démontrable grâce aux séries de Fourier) , ce qui augmente la portée de l'émission si on ne cherche à détecter que la fréquence fondamentale,- it has a sinusoidal component at its natural frequency of amplitude higher than that of the sinusoid which one can generate without harmonics under the same conditions (ratio 4 / π, demonstrable thanks to the series of Fourier), which increases the range of the emission if we only try to detect the fundamental frequency,
- si on n'ouvre et ne ferme l'interrupteur qu'à basse fréquence, on peut lui adjoindre un gros condensateur de filtrage en parallèle (ou une bobine inductive en série), qui évitera que le bruit aux fréquences industrielles (50/60Hz), dépassant souvent en amplitude la tension de polarisation, et donc provoquant la conduction des diodes de protection et/ou de roue libre d' un éventuel transistor MOS, n' oxyde ou ne polarise la prise de terre (suivant qu'en moyenne ces courants parasites sont injectés ou retirés de la prise de terre). En effet, le circuit RC (respectivement RL) ainsi constitué avec la résistance de la prise de terre peut filtrer suffisamment les fréquences industrielles pour permettre à la prise de terre de n'être traversée en dehors des périodes où elle est utilisée que par un courant de valeur moyenne nulle (respectivement très faible) . Un avantage indéniable de ce dispositif d' émission selon l'invention est sa simplicité. En effet, en pratique, l' interrupteur peut- être un relais, un transistor en commutation de type bipolaire, MOS, ou IGBT, voire un thyristor ou un triac, la liste n'étant pas exhaustive. Le relais, véritable interrupteur, mais gourmand en courant de commande, est peu adapté à un système autonome. Les transistors, sans être de véritables interrupteurs (car non symétriques), se comportent dans l 'environnement de l ' invention comme des interrupteurs, la tension présente à leurs bornes ayant normalement toujours la même polarité. Et si des bruits industriels, hors de la bande spectrale utilisée pour la transmission, et non filtrés, ou pas suffisamment, par un éventuel condensateur ou une bobine de filtrage placé à leur intention, inversent instantanément cette polarité, les aberrations consécutives seront elles aussi en dehors de cette bande. Les transistors MOS et IGBT sont les plus adaptés à un système autonome, car ne nécessitent qu'une très faible puissance de commande. Le thyristor ou le triac ne sont raisonnablement pas adaptés, bien que leur usage soit possible.- if you only open and close the switch at low frequency, you can add a large filtering capacitor in parallel (or an inductive coil in series), which will prevent noise at industrial frequencies (50 / 60Hz ), often exceeding in amplitude the bias voltage, and therefore causing the conduction of the protective and / or freewheeling diodes of a possible MOS transistor, does not oxidize or bias the earth electrode (depending only on these parasitic currents are injected or removed from the earth). Indeed, the RC circuit (respectively RL) thus constituted with the resistance of the earth electrode can sufficiently filter the industrial frequencies to allow the earth electrode to be crossed outside the periods when it is used only by a current of zero mean value (respectively very low). An undeniable advantage of this transmission device according to the invention is its simplicity. In practice, the switch may be a relay, a bipolar, MOS, or IGBT switching transistor, or even a thyristor or a triac, the list not being exhaustive. The relay, a real switch, but greedy in current control, is poorly suited to an autonomous system. The transistors, without being real switches (because they are not symmetrical), behave in the environment of the invention like switches, the voltage present at their terminals normally having always the same polarity. And if industrial noises, outside the spectral band used for transmission, and not filtered, or not sufficiently, by a possible capacitor or a filter coil placed for them, instantly reverse this polarity, consecutive aberrations will also be in outside this band. The MOS and IGBT transistors are the most suitable for an autonomous system, since they require only a very low control power. The thyristor or the triac are not reasonably suitable, although their use is possible.
Une variante du procédé d'émission selon l'invention utilise, en tant que pont électrique, un transistor en mode de fonctionnement non saturé (généralement linéaire) . On injecte alors directement un courant de la forme voulue dans la structure. Les dispositifs mettant en oeuvre cette variante du procédé d'émission dissipent naturellement plus d'énergie dans le transistor et sont plus délicats à réaliser, surtout dans le cadre d'un émetteur autonome. Une autre variante du procédé d'émission selon l'invention utilise, en tant que pont électrique, un réseau de résistances connectables en parallèle ou en série via des interrupteurs. Un dispositif mettant en oeuvre ce procédé peut se constituer de quelques résistances pouvant être mises en parallèle par un jeu de transistors en commutation.A variant of the transmission method according to the invention uses, as an electrical bridge, a transistor in unsaturated operating mode (generally linear). A current of the desired shape is then injected directly into the structure. The devices implementing this variant of the emission process naturally dissipate more energy in the transistor and are more difficult to produce, especially in the context of a stand-alone transmitter. Another variant of the transmission method according to the invention uses, as an electrical bridge, a network of resistors connectable in parallel or in series via switches. A device implementing this method can consist of a few resistors which can be put in parallel by a set of switching transistors.
Un complément du procédé d'émission selon l 'invention consiste, quelque soit le pont électrique utilisé, à utiliser un réservoir d'énergie - batterie ou gros condensateur- périodiquement rechargé par le dispositif d'alimentation selon l'invention, et qui servira, durant les émissions, à augmenter le courant injecté dans la structure protégée. Pratiquement, par un jeu d'interrupteurs électroniques (transistors, relais, etc.), la batterie ou le condensateur seront insérés dans la chaîne prise de terre, pont électrique, ouvrage métallique pour augmenter le débit de courant. Cependant un dispositif mettant en oeuvre cette variante de procédé n'a de raison technique d'exister que s'il est impossible de diminuer la valeur de la résistance de terre (ce qui est quasiment toujours possible).A complement to the emission method according to the invention consists, whatever the electric bridge used, of using an energy reservoir - battery or large capacitor - periodically recharged by the supply device according to the invention, and which will serve, during emissions, increase the current injected into the protected structure. In practice, by a set of electronic switches (transistors, relays, etc.), the battery or the capacitor will be inserted into the earthed chain, electric bridge, metal structure to increase the flow of current. However, a device implementing this variant process has technical reason to exist only if it is impossible to decrease the value of the earth resistance (which is almost always possible).
Selon le procédé de réception des signaux émis, on peut utiliser aussi bien un capteur de courant que de tension. Si le poste de soutirage est surtout une source de courant par rapport à la structure (voir plus haut) , il sera préférable d'utiliser un capteur de tension. Dans le cas où le poste se comporte comme une source de tension (voir plus haut là encore), un capteur de courant sera préférable.Depending on the method for receiving the signals transmitted, it is possible to use both a current and a voltage sensor. If the racking station is mainly a current source compared to the structure (see above), it will be preferable to use a voltage sensor. In the event that the station behaves as a voltage source (see above again), a current sensor will be preferable.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de réception selon l'invention comprend donc une sonde de courant, mesurant le courant passant de l'ouvrage protégé vers le poste de soutirage, ou encore dans la structure protégée, partout où cela est possible. Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif de réception utilise un capteur de tension, placé à n'importe quel endroit de la structure, mais de préférence au niveau du poste de soutirage, s' il n'y en a qu'un, et entre une prise de terre si possible sans bruit et la dite structure.In one embodiment, the receiving device according to the invention therefore comprises a current probe, measuring the current flowing from the protected structure to the racking station, or even in the protected structure, wherever possible. In a second embodiment, the receiving device uses a tension sensor, placed at any point of the structure, but preferably at the level of the racking station, if there is only one, and between an earth connection if possible without noise and the said structure.
Selon une variante du procédé de réception, on utilise un filtre passe-bas (ou passe-bande) analogique, pour assurer un filtrage anti¬ repliement de spectre, et réduire la dynamique utile. La fréquence de coupure haute de ce filtre dépend bien entendu des fréquences de transmission utilisées, mais une fréquence de coupure de 10Hz laisse à la fois une bande de fréquences raisonnable pour les transmissions, et est suffisamment éloignée des harmoniques et sous- harmoniques provenant du secteur pour qu'un filtre du deuxième ordre atténue les composantes à 100/ 120Hz, provenant du pont redresseur du poste de soutirage (respectivement à 50/60Hz, fréquences industrielles) d'un facteur 100 (respectivement 25) , ce qui permet d'utiliser derrière des composants ayant une dynamique de l'ordre de 1000 sur de nombreuses structures. Le signal filtré est alors échantillonné et transformé en données numériques, puis traité par un moyen de traitement numérique du signal, qui, par exemple, rejette le 50 et/ou le 60Hz, ses harmoniques et principaux sous-harmoniques (filtre en sinus cardinal suffisant) puis qui effectue autant d' autocorrélations en parallèle que de possibilités de signaux transmis. Le but du rejet des fréquences venant du secteur est d'éviter de "saturer" le processeur avec des valeurs trop disparates durant le traitement de détection à proprement parler. De plus, si la fréquence d'échantillonnage est bien choisie, un filtre en sinus cardinal ne se traduit que par une succession d'additions, qui ne font courir aucun risque de perte d'information durant le calcul.According to a variant of the reception method, an analog low-pass filter (or band-pass) is used, to ensure anti-aliasing spectrum filtering, and to reduce the useful dynamic range. The high cut-off frequency of this filter depends of course on the transmission frequencies used, but a cut-off frequency of 10Hz leaves both a reasonable frequency band for transmissions, and is sufficiently far from the harmonics and sub-harmonics coming from the sector so that a second order filter attenuates the components at 100 / 120Hz, coming from the rectifier bridge of the racking station (respectively at 50 / 60Hz, industrial frequencies) by a factor of 100 (respectively 25), which makes it possible to use behind components with a dynamic range of around 1000 on many structures. The filtered signal is then sampled and transformed into digital data, then processed by a digital signal processing means, which, for example, rejects the 50 and / or 60Hz, its harmonics and main sub-harmonics (sufficient cardinal sine filter ) then which performs as many autocorrelations in parallel as there are possibilities of transmitted signals. The purpose of rejecting frequencies from the sector is to avoid "saturating" the processor with values that are too disparate during the detection processing proper. In addition, if the sampling frequency is well chosen, a cardinal sine filter only results in a succession of additions, which pose no risk of loss of information during the calculation.
Cependant, de façon générale, le traitement de signal utilisé dans cette variante du procédé de réception selon l' invention, peut-être tout méthode numérique permettant de détecter et de démoduler un signal utile noyé dans le bruit. Selon des modes particuliers de réalisation, le dispositif de réception comprend donc un filtre analogique passe-bas ou passe-bande (par exemple 0, 1Hz à 10Hz) , suivi d'un convertisseur analogique numérique, et, pour effectuer le traitement de signal, et suivant la puissance de calcul nécessaire, une carte électronique, un circuit logique spécifique, un processeur de traitement de signal, un microprocesseur ou un microcontrôleur, ou un micro- ordinateur de bureau.However, in general, the signal processing used in this variant of the reception method according to the invention, perhaps any digital method making it possible to detect and demodulate a useful signal embedded in noise. According to particular embodiments, the reception device therefore comprises an analog low-pass or band-pass filter (for example 0.1 Hz to 10 Hz), followed by an analog-digital converter, and, to carry out the signal processing, and depending on the computing power required, an electronic card, a specific logic circuit, a signal processing processor, a microprocessor or a microcontroller, or a desktop microcomputer.
Le procédé d'alimentation, selon l'invention, de la carte émetteur découle de deux constatations :The method of feeding, according to the invention, the transmitter card follows from two observations:
- L'émetteur, se contentant pour émettre de commander le pont électrique entre la prise de terre et la structure, n ' a besoin pour fonctionner que de la puissance électrique nécessaire au fonctionnement d'un circuit logique basse consommation pilotant la commande d'un transistor MOS, et éventuellement quelques capteurs et convertisseurs basse consommation (en pratique, un émetteur intelligent basé sur un microcontrôleur peut consommer moins de 100 μA).- The transmitter, content to transmit to control the electrical bridge between the earth electrode and the structure, only needs to operate the electrical power necessary for the operation of a low-consumption logic circuit controlling the control of a MOS transistor, and possibly some low consumption sensors and converters (in practice, an intelligent transmitter based on a microcontroller can consume less than 100 μA).
- Une tension correcte de polarisation de la structure métallique par rapport à la terre étant toujours inférieure à -0, 8V (mesure avec électrode Cu-CuSθ4) , on a donc normalement une différence de potentiel supérieure à 0,9V entre une prise de terre en cuivre ou en charbon (potentiel de 0, 1V dans la terre) et la structure protégée. Ce chiffre est augmenté dans l'eau de mer. Cette tension est exploitable par un convertisseur de tension continu/continu, pour générer du 5V: il existe d' ailleurs des circuits intégrés manufacturés pour implanter cette fonction sur un circuit imprimé. Basée sur la première constatation, une première variante du procédé d' alimentation consiste à utiliser une source d 'énergie électrique entièrement autonome, telle qu'une pile, dispositif possible d' alimentation selon l' invention: la capacité de tels dispositifs existant permet une autonomie théorique d'au moins 10 ans.- A correct bias voltage of the metal structure with respect to the earth being always less than -0.8V (measurement with Cu-CuSθ4 electrode), there is therefore normally a potential difference greater than 0.9V between an earth connection made of copper or carbon (potential of 0.1V in the earth) and the protected structure. This figure is increased in seawater. This voltage can be used by a DC / DC voltage converter to generate 5V: there are also integrated circuits manufactured to implement this function on a printed circuit. Based on the first observation, a first variant of the power supply method consists in using a fully autonomous source of electrical energy, such as a battery, a possible power supply device according to the invention: the capacity of such existing devices allows a theoretical autonomy of at least 10 years.
Se basant sur les deux constatations précédentes , une deuxième variante du procédé d' alimentation consiste à utiliser la puissance potentielle disponible entre la prise de terre et la structure protégée (égale approximativement à U2/4.Rt, si U est la différence de potentiel et Rt la " résistance" de terre), via un dispositif convertisseur de tension, pour alimenter directement l' électronique de l'émetteur ou pour charger un dispositif accumulateur d'énergie électrique, qui alimentera en retour l'électronique de l' émetteur. Dans le cas où on alimente l 'électronique directement avec le convertisseur, elle pourra s' arrêter si la tension de polarisation de la structure devient supérieure à -0,8V, mais le récepteur sera au courant du problème immédiatement, surtout si l'émetteur s'interdit de repartir dès que la tension est à nouveau correcte.Based on the two previous observations, a second variant of the supply process consists in using the potential power available between the earth connection and the protected structure (approximately equal to U 2 /4.Rt, if U is the potential difference and Rt the "resistance" of earth), via a voltage converter device, to directly supply the electronics of the transmitter or to charge a device accumulating electrical energy, which will feed in return the electronics of the transmitter. In the case where the electronics are supplied directly with the converter, it may stop if the bias voltage of the structure becomes greater than -0.8V, but the receiver will be aware of the problem immediately, especially if the transmitter does not start again as soon as the tension is correct again.
Les dispositifs selon l' invention pour alimenter les émetteurs peuvent donc être:The devices according to the invention for supplying the transmitters can therefore be:
- Une simple pile longue durée, par exemple au Lithium-Thionyle, qui a pour avantage la simplicité et le fait de ne pas polariser la prise de terre.- A simple long-life battery, for example Lithium-Thionyle, which has the advantage of simplicity and the fact of not polarizing the earth connection.
- Un convertisseur de tension, par exemple une alimentation à découpage ou une pompe de charge.- A voltage converter, for example a switching power supply or a charge pump.
- Un convertisseur de tension associé à une batterie ou un gros condensateur. Dans ce cas, le convertisseur peut être très rudimentaire, et contrôlé par un microcontrôleur.- A voltage converter associated with a battery or a large capacitor. In this case, the converter can be very rudimentary, and controlled by a microcontroller.
On remarque que l'émetteur est dans tous ces cas autonome, et peut donc être installé n ' importe où sur l 'ouvrage métallique protégé.Note that the transmitter is in all cases autonomous, and can therefore be installed anywhere on the protected metal structure.
La prise de terre au niveau des émetteurs nécessite un soin particulier. En effet, pour que le courant injecté soit maximum, elle doit offrir le potentiel d'oxydation le plus élevé possible, la résistance de terre la plus faible possible, et une bonne résistance à la polarisation.Grounding at the transmitters requires special care. Indeed, for the injected current to be maximum, it must offer the highest possible oxidation potential, the lowest possible earth resistance, and good resistance to polarization.
Selon un premier mode de réalisation, bon compromis performance/prix, la prise de terre selon l'invention est un simple piquet de cuivre planté directement dans la terre ou un electrolyte entouré de terre (résistance de terre par exemple de l'ordre de 30 Ohms) . Le potentiel d'oxydation très élevé du cuivre permet d' avoir une différence de potentiel maximale entre le piquet et la structure protégée, ce qui permet à l'émetteur d' injecter plus de courant qu' avec un piquet de terre ordinaire de mêmes dimensions, et autorise un fonctionnement de l' alimentation à découpage à des tensions de polarisation du tuyau juste inférieures à -0,8V.According to a first embodiment, a good performance / price compromise, the earth connection according to the invention is a simple copper stake planted directly in the earth or an electrolyte surrounded by earth (earth resistance for example of the order of 30 Ohms). The very high oxidation potential of copper makes it possible to have a maximum potential difference between the stake and the protected structure, which allows the emitter to inject more current than with an ordinary ground stake of the same dimensions. , and authorizes operation of the switching power supply at pipe bias voltages just below -0.8V.
Selon un deuxième mode de réalisation, la prise de terre selon l'invention est une électrode en charbon, coke ou graphite, éventuellement entourée d'un mélange régulateur à base de poudre de graphite. Son potentiel est comparable à celui d'un piquet de cuivre, mais nécessite un plus gros volume enterré (avec pour avantage un vieillissement plus lent). Selon d' autres modes de réalisation, et en fonction de la résistivité du terrain, la prise de terre peut être constituée d'un piquet, d'une plaque ou d'un fil de métal quelconque enterrés dans la terre même ou un electrolyte, lui-même en contact avec le sol, la préférence étant donnée aux métaux à fort potentiel d'oxydation tels que le cuivre, le laiton, le bronze et la fonte à forte teneur en silicium.According to a second embodiment, the earth connection according to the invention is a carbon, coke or graphite electrode, optionally surrounded by a regulating mixture based on graphite powder. Its potential is comparable to that of a copper stake, but requires a larger buried volume (with the advantage of slower aging). According to other embodiments, and depending on the resistivity of the ground, the earth connection can consist of a stake, a plate or any metal wire buried in the earth itself or an electrolyte, itself in contact with the soil, preference being given to metals with a high oxidation potential such as copper, brass, bronze and cast iron with a high silicon content.
Selon un autre mode de réalisation, on utilisera un ouvrage métallique existant comme prise de terre. Dans ce cas, on veillera à garantir le sens d'écoulement du courant (de l ' ouvrage extérieur vers l' ouvrage protégé) en utilisant un composant ou un montage redresseur (par exemple une diode), ainsi que son intensité maximale, en utilisant un limiteur de courant (une simple résistance peut parfois suffire) , de façon à ne pas nuire à ces ouvrages extérieurs: le sens du courant garantit que l' on n'oxyde pas l' ouvrage extérieur, et l ' intensité maximale limitée que l ' on ne risque pas de perturber des équipements électriques ou électroniques connectés par ailleurs à cette structure extérieure, voire à perturber le fonctionnement d'un autre soutirage. Au niveau des émetteurs, on veillera par ailleurs à utiliser des fréquences qui ne perturbent pas les équipements de transmission utilisant éventuellement l' ouvrage extérieur.According to another embodiment, an existing metal structure will be used as an earth connection. In this case, care must be taken to guarantee the direction of current flow (from the external structure to the protected structure) by using a component or a rectifier assembly (for example a diode), as well as its maximum intensity, by using a current limiter (a simple resistance can sometimes be enough), so as not to harm these external works: the direction of the current guarantees that the external work is not oxidized, and the maximum intensity limited that the '' there is no risk of disturbing equipment electric or electronic connected moreover to this external structure, or even to disturb the operation of another racking. In terms of transmitters, care should also be taken to use frequencies which do not disturb the transmission equipment possibly using the external structure.
Une première variante du procédé de mesure de la tension de polarisation cathodique selon l'invention consiste à relever la tension entre le piquet de terre (utilisé par le pont électrique et éventuellement le convertisseur de tension) , et la structure à protéger. La mesure devra s' effectuer quand aucun courant ne provient du piquet de terre, donc quand le dispositif d' émission et le convertisseur de tension sont arrêtés.A first variant of the method for measuring the cathodic polarization voltage according to the invention consists in measuring the voltage between the ground rod (used by the electric bridge and possibly the voltage converter), and the structure to be protected. The measurement must be carried out when no current comes from the earth rod, therefore when the emission device and the voltage converter are stopped.
Selon une deuxième variante du procédé de mesure de la tension de polarisation selon l'invention, on utilise une prise de potentiel distincte de la prise de terre pour la mesure. Ce procédé est de loin le plus précis, car le potentiel de la prise de terre utilisée pour l'émission et l 'alimentation évolue dans le temps.According to a second variant of the method for measuring the bias voltage according to the invention, a potential tap separate from the ground socket is used for the measurement. This process is by far the most accurate, since the potential of the earth electrode used for transmission and supply changes over time.
Le dispositif utilisé pour mesurer la tension peut par exemple être un simple échantillonneur/convertisseur analogique numérique de tension (à l 'extrême un comparateur) , dont l 'entrée est filtrée par un filtre anti-repliement classique (fréquence de coupure au moins deux fois inférieure à la fréquence d'échantillonnage, pour éviter que des composantes alternatives, de fréquences multiples de la fréquence d'échantillonnage ne soient vues comme des composantes continues). Le procédé de télémesure selon l'invention peut facilement servir de base à un procédé de télérégulation selon l'invention qui, au niveau du récepteur, utilise les mesures des grandeurs effectuées à distance pour réguler ces grandeurs, en agissant sur des actionneurs ayant un effet sur ces grandeurs, et pilotés directement ou non par le récepteur. On pourrait citer d' autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description et les figures ci-après représentent d'une part des schémas simplifiés du procédé de fonctionnement d'un dispositif suivant l' invention, et d' autre part des exemples de réalisation d'un tel dispositif, mais n'ont aucun caractère limitatif : d' autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée de l'étendue de cette invention, tel qu'un homme de l' art connaissant l 'électronique serait capable de les réaliser. La figure 1 représente schematiquement un environnement et des dispositifs pour mettre en oeuvre le procédé de transmission suivant l'invention.The device used to measure the voltage can for example be a simple analog digital voltage sampler / converter (in the extreme a comparator), the input of which is filtered by a conventional anti-aliasing filter (cutoff frequency at least twice lower than the sampling frequency, to avoid that alternative components, of frequencies multiple of the sampling frequency are seen as continuous components). The telemetry method according to the invention can easily be used as a basis for a remote control method according to the invention which, at the level of the receiver, uses the measurements of the quantities carried out remotely to regulate these quantities, by acting on actuators having an effect on these quantities, and controlled directly or not by the receiver. We could cite other advantages of the present invention but those mentioned above already show enough to prove its novelty and interest. The description and the figures below represent, on the one hand, simplified diagrams of the operating method of a device according to the invention, and on the other hand exemplary embodiments of such a device, but have no limiting character: other embodiments are possible within the scope of the scope of this invention, such that a person skilled in the art knowing electronics would be able to realize them. FIG. 1 schematically represents an environment and devices for implementing the transmission method according to the invention.
La figure 2 représente un schéma d'installation simplifié d'un dispositif suivant l'invention sur une conduite métallique protégée par un système de protection cathodique classique.FIG. 2 represents a simplified installation diagram of a device according to the invention on a metal pipe protected by a conventional cathodic protection system.
La figure 3 représente un schéma de réalisation d'un émetteur suivant l 'invention.FIG. 3 represents a diagram of an embodiment of a transmitter according to the invention.
Sur les figures 1 et 2, on repère tout d'abord les différents éléments constitutifs d'un système de protection cathodique par soutirage classique:In FIGS. 1 and 2, the various constituent elements of a cathodic protection system by conventional withdrawal are first identified:
- le déversoir 1 ,- weir 1,
- la station de polarisation à proprement parler 2, -ici un poste redresseur, mais 1 et 2 pourraient représenter une anode sacrificielle qui peut aussi assurer un soutirage de courant - - la structure métallique 19 protégée contre l 'oxydation par soutirage 1 et 2 -ici, un tuyau de gaz enterré-, qui sert de support pour la transmission des informations,- the polarization station proper 2, - here a rectifier station, but 1 and 2 could represent a sacrificial anode which can also ensure current draw - - the metal structure 19 protected against oxidation by draw 1 and 2 - here, a buried gas pipe, which serves as a support for the transmission of information,
- la "terre" 21 -ici, véritablement la terre, et non la mer-,- "land" 21 - here, truly the land, not the sea -,
- le courant injecté dans la structure métallique par défaut d'isolement ou induction 9.- the current injected into the metal structure by default of insulation or induction 9.
Sur la figure 1 , on voit aussi les dispositifs fondamentaux et indispensables pour mettre en oeuvre une variante du procédé de transmission suivant l'invention, qui prévoit l'utilisation d'un pont électrique en tout ou rien. Au niveau de l'émetteur, placé n' importe où sur l' ouvrage:FIG. 1 also shows the fundamental and essential devices for implementing a variant of the transmission method according to the invention, which provides for the use of an all-or-nothing electric bridge. At the transmitter, placed anywhere on the structure:
- une prise de terre 16, offrant un potentiel d' oxydation permettant d'avoir une différence de potentiel positive avec l'ouvrage protégé 19, de "résistance de terre apparente " Rt, incluant dans ce contexte la résistance due à la conduite entre l'émetteur et le poste de soutirage, la résistance du poste de soutirage, et sa résistance par rapport à la terre,- an earth electrode 16, offering an oxidation potential allowing to have a positive potential difference with the protected structure 19, of "apparent earth resistance" Rt, including in this context the resistance due to the conduct between the transmitter and station racking, the resistance of the racking station, and its resistance compared to the earth,
- faisant partie de tout émetteur selon l' invention, un pont électrique 23 : ici, selon la variante citée ci-dessus, un interrupteur contrôlé par une commande C (interrupteur ouvert ou fermé quand C respectivement égal à 0 ou 1), qui peut relier électriquement la prise de terre 16 à la conduite 19.- forming part of any transmitter according to the invention, an electrical bridge 23: here, according to the variant cited above, a switch controlled by a command C (switch open or closed when C respectively equal to 0 or 1), which can electrically connect the earth electrode 16 to the pipe 19.
La différence de potentiel existant entre la prise de terre 16 et la conduite 19 quand l' interrupteur 23 est ouvert est positive, égale à (ΔV) .The potential difference existing between the earth connection 16 and the pipe 19 when the switch 23 is open is positive, equal to (ΔV).
Si Vo_t et Vo_c sont les potentiels d'oxydation de la prise de terre et de la conduite, et Vc est le potentiel de la conduite protégée par le soutirage, alors on peut écrire:If Vo_t and Vo_c are the oxidation potentials of the earth connection and the pipe, and Vc is the potential of the pipe protected by the withdrawal, then we can write:
ΔV - (Vo_t - Vc) ou encore:ΔV - (Vo_t - Vc) or also:
ΔV - (Vo_t - Vo_c ) + (Vo_c - Vc)ΔV - (Vo_t - Vo_c) + (Vo_c - Vc)
Il apparaît ici clairement que la différence de potentiel entre la prise de terre 16 et l'ouvrage 19 est la somme de la tension à vide de la pile constituée par la prise de terre et la conduite (Vo_t - Vo_c ) , et de l' abaissement de tension provoqué par le soutirage sur la conduite, indépendamment de la prise de terre (Vo c - Vc) .It is clear here that the potential difference between the earth electrode 16 and the structure 19 is the sum of the no-load voltage of the battery constituted by the earth electrode and the pipe (Vo_t - Vo_c), and the lowering of voltage caused by withdrawal from the pipe, independently of the earth connection (Vo c - Vc).
Quand C - l , le courant injecté I dans la conduite est rapidement égal à lm - ΔV/Rt. Quand C - 0, le courant injecté est nul.When C - l, the current injected I into the pipe is quickly equal to lm - ΔV / Rt. When C - 0, the injected current is zero.
On remarque au passage que le courant injecté I, positif ou nul, s'écoule toujours de la prise de terre 16 vers l' ouvrage 19, et que la station de soutirage 1,2 fournit toujours au moins une partie de la puissance nécessaire, l' autre partie étant éventuellement fournie par la cathode naturelle par rapport à l 'ouvrage qu'est, le cas échéant (si Vo_t > Vo_c) , la prise de terre 16. Cette dernière fournit d ' autant plus de puissance que son potentiel d'oxydation est élevé.It is noted in passing that the injected current I, positive or zero, always flows from the earth connection 16 to the structure 19, and that the withdrawal station 1,2 always supplies at least part of the power required, the other part being possibly supplied by the natural cathode with respect to the work which is, if necessary (if Vo_t> Vo_c), the earth electrode 16. The latter provides all the more power than its potential oxidation is high.
Une variante simple du procédé d'émission selon l' invention consiste dans cet environnement à imposer à C de suivre une loi C(t) , qui soit un signal carré (succession de 0 et de 1) de fréquence fo la plus élevée possible mais dans la bande passante de la conduite. De cette manière, on injecte un courant comportant principalement une partie continue à peu près égale à Im/2 (moyenne du courant injecté) , une partie sinusoïdale à la fréquence fo, d'amplitude sensiblement égale (car peut-être déjà légèrement atténuée) à 2.1m/π, et des sinusoïdes de fréquences supérieures à 3fo, ayant peut-être déjà du mal à rentrer dans l'ouvrage (effet selfique de la conduite atténuant l' amplitude du courant injecté d'un coefficient a(f)/ | a(f) | < 1) , et dont les amplitudes sont de toutes façons inférieures ou égales à 2Im/3π (donc au moins trois fois inférieures à celle du fondamental). ωo = 2πfo étant la pulsation du premier harmonique de C(t) , au niveau du poste de soutirage 2, le courant de soutirage Is suit une loi:A simple variant of the transmission method according to the invention consists in this environment of imposing on C to follow a law C (t), which is a square signal (succession of 0 and 1) of frequency fo as high as possible but in the pipe bandwidth. Of this way, a current is injected mainly comprising a continuous part roughly equal to Im / 2 (average of the injected current), a sinusoidal part at the frequency fo, of amplitude substantially equal (because perhaps already slightly attenuated) to 2.1 m / π, and sinusoids with frequencies higher than 3fo, perhaps already having trouble entering the structure (selfic effect of the pipe attenuating the amplitude of the injected current by a coefficient a (f) / | a (f) | <1), and whose amplitudes are anyway less than or equal to 2Im / 3π (therefore at least three times lower than that of the fundamental). ωo = 2πfo being the pulsation of the first harmonic of C (t), at the level of the racking station 2, the racking current Is follows a law:
Is(t) = IsO(t) + KO.Im/2 + 2Im/π.Kl .sin(ωot + fl) + 2Im/3π.K3. | a(3fo) | .sin(3ωot + f3)) + ... , où IsO(t) est la loi suivie par le courant de soutirage en l 'absence d'émetteur, KO, Kl et K3 les coefficients d' atténuation de la conduite respectivement en continu, à la pulsation ωo et 3ωo. ωo étant par choix à la limite de la bande passante de la conduite, Kl est sensiblement égal à KO, mais K3 < (voire < < )K0.Is (t) = IsO (t) + KO.Im/2 + 2Im / π.Kl .sin (ωot + fl) + 2Im / 3π.K3. | a (3fo) | .sin (3ωot + f3)) + ..., where IsO (t) is the law followed by the draw-off current in the absence of transmitter, KO, Kl and K3 the attenuation coefficients of the conduct respectively continuous, at pulsation ωo and 3ωo. ωo being by choice at the limit of the passband of the pipe, Kl is substantially equal to KO, but K3 <(or even <<) K0.
Is(t) se compose donc principalement d'une composante "continue bruitée" (IsO(t) + KO.Im/2) et d'une sinusoïde de pulsation ωo, due à l' émetteur, d'amplitude K0.2.Im/π. Les harmoniques de fréquences supérieures générées par l'émetteur engendrent un bruit de faible puissance non aléatoire qui, s'il ne gène pas le récepteur selon l'invention, peut éventuellement perturber d' autres équipements. Dans ce dernier cas, on choisira peut-être de générer des signaux s' approchant plus de la sinusoïde.Is (t) therefore mainly consists of a "continuous noisy" component (IsO (t) + KO.Im/2) and a sinusoid of pulsation ωo, due to the transmitter, of amplitude K0.2. Im / π. The higher frequency harmonics generated by the transmitter generate non-random low power noise which, if it does not interfere with the receiver according to the invention, may possibly disturb other equipment. In the latter case, we may choose to generate signals closer to the sinusoid.
Selon une variante du procédé de réception selon l' invention, on mesure le courant Is(t), et, par autocorrélation, on calcule l 'amplitude apparente de la composante spectrale de fréquence fo. Si à un moment elle est proche de K 1.2.Im/π, on en déduit la présence d' un émetteur.According to a variant of the reception method according to the invention, the current Is (t) is measured, and, by autocorrelation, the apparent amplitude of the spectral component of frequency fo is calculated. If at some point it is close to K 1.2.Im/π, we deduce the presence of an emitter.
Cette variante du procédé sera d'autant plus fiable que lm est grand (bonne tension de polarisation et faible résistance de terre) , qu'il y a peu de bruit (en particulier dans la bande de fréquence entourant fo) , et que l'on peut faire une autocorrélation sur une longue durée (incertitude sur la fréquence inversement proportionnelle au temps d'observation, et donc réjection du bruit fonction croissante du temps d' observation) .This variant of the method will be all the more reliable when lm is large (good bias voltage and low earth resistance), when there is little noise (in particular in the frequency band surrounding fo), and when the we can autocorrelate over a long period (uncertainty on the frequency inversely proportional to the observation time, and therefore noise rejection increasing function of the observation time).
On repère ensuite sur la figure 2 les éléments propres à un mode de réalisation particulier du dispositif d'émission selon l'invention:Then, in FIG. 2, the elements specific to a particular embodiment of the transmission device according to the invention are identified:
- le convertisseur continu-continu (10A ou 10B) , (alimentation à découpage ou pompe de charges),- the DC-DC converter (10A or 10B), (switching power supply or charge pump),
- la logique de contrôle basse consommation (11A ou HB)-ici une carte microcontrôleur- alimentée respectivement entre la sortie du convertisseur (10A ou 10B) et la structure 19.- the low consumption control logic (11A or HB) - here a microcontroller card - supplied respectively between the output of the converter (10A or 10B) and the structure 19.
- Le générateur d'impulsions 12A (ou 12B), contrôlé par 1 1A (respectivement 11B) en fonction des données de 15 (respectivement 18) .- The pulse generator 12A (or 12B), controlled by 1 1A (respectively 11B) according to the data of 15 (respectively 18).
- Le transistor servant de pont électrique contrôlé 13 ou 20, piloté par 12A (respectivement 12B) qui peut être ouvert (1 = 0) ou fermé. Dans ce dernier cas I ≈ Im au bout d'un temps grand devant les constantes de temps du système- The transistor serving as a controlled electrical bridge 13 or 20, controlled by 12A (respectively 12B) which can be open (1 = 0) or closed. In the latter case I ≈ Im after a long time in front of the system time constants
- un parafoudre 14, qui peut être constitué d'une diode transil basse tension (la tension de polarisation ne doit pas être inférieure à - 10V) . La résistance du transistor 13 ou 20 passant doit être suffisamment grande pour que le transistor ne claque pas en cas de surintensité (tension source-drain ou émetteur-collecteur égale alors à la tension maximale aux bornes de la diode transil) . Le cas échéant, on pourra adjoindre au transistor une résistance série.- a surge arrester 14, which may consist of a low voltage transil diode (the bias voltage must not be less than - 10V). The resistance of the transistor 13 or 20 passing must be large enough so that the transistor does not break in the event of overcurrent (source-drain or emitter-collector voltage then equal to the maximum voltage across the transil diode). If necessary, a series resistance may be added to the transistor.
Viennent ensuite sur la figure 2 les éléments propres à la mesure de tension de polarisation et d'une autre grandeur (ici la pression en bout de filaire par exemple) :Next come in FIG. 2 the elements specific to the measurement of bias voltage and of another quantity (here the pressure at the end of the wireframe for example):
- un convertisseur analogique-numérique 15 mesurant la tension de la prise de terre 16, après filtrage passe-bas anti-repliement par 15A, par rapport à la structure 19. Pour obtenir la mesure la plus fiable possible, il vaut mieux, selon l'invention, l'effectuer 13 ouvert et 10A temporairement arrêté (la durée d'une conversion est suffisamment faible pour que les condensateurs de filtrage d' alimentation de la carte électronique maintiennent l' alimentation à un niveau correct durant la conversion) . La sortie du convertisseur est exploitée par 1 1 A, pour piloter 12A et par conséquent 13 de façon à ce qu'un signal caractéristique de la mesure faite soit injecté dans 19.- an analog-digital converter 15 measuring the voltage of the earth electrode 16, after low-pass anti-aliasing filtering by 15A, relative to the structure 19. To obtain the most reliable measurement possible, it is better, depending on the invention, perform 13 open and 10A temporarily stopped (the duration of a conversion is short enough for the power supply filter capacitors of the electronic card to keep the power supply at a correct level during the conversion). The output of the converter is operated by 1 1 A, for control 12A and consequently 13 so that a signal characteristic of the measurement made is injected into 19.
- un capteur de pression, ou convertisseur pression-tension 17, dont la sortie en tension est éventuellement filtrée par le filtre passe-bas 18A,a pressure sensor, or pressure-voltage converter 17, the voltage output of which is optionally filtered by the low-pass filter 18A,
- un convertisseur analogique-numérique 18, transformant la tension issue de 18B en valeurs exploitées par 11B, pour piloter 12B et par conséquent 20 de façon à ce qu'un signal caractéristique de la pression mesurée soit injecté dans 19. On peut discerner ensuite toujours sur la figure 2 les éléments propres à la réception des mesures faites:- an analog-digital converter 18, transforming the voltage from 18B into values used by 11B, to control 12B and therefore 20 so that a signal characteristic of the measured pressure is injected into 19. We can then always discern in FIG. 2, the elements specific to the reception of the measurements made:
- un convertisseur courant-tension 7 placé entre le tuyau protégé et la source du courant de soutirage. Dans un autre mode de réalisation selon l'invention, plus approprié dans la cas des structures mal isolées, un simple capteur de tension placé entre la structure et une prise de terre sera préférable.- a current-voltage converter 7 placed between the protected pipe and the source of the draw-off current. In another embodiment according to the invention, more suitable in the case of poorly insulated structures, a simple voltage sensor placed between the structure and an earth connection will be preferable.
- un filtre analogique passe-bas 6. Un filtre passe-bande, enlevant la composante continue, permet d'augmenter la dynamique utile pour la transmission, mais fait perdre la valeur absolue de la tension de polarisation en début de filaire, ce qui peut être très utile pour piloter 8 d'une façon plus sûre.- a low-pass analog filter 6. A band-pass filter, removing the DC component, makes it possible to increase the dynamic range useful for the transmission, but causes the absolute value of the bias voltage to be lost at the start of the wire, which can be very useful for driving 8 in a safer way.
Une variante selon l'invention consiste à utiliser deux voies analogiques: une voie pour la transmission, qui utilise un filtre passe- bande (0,1 à 10Hz par exemple) , et une voie pour la mesure de tension de polarisation au départ, qui utilise un simple passe-bas.A variant according to the invention consists in using two analog channels: a channel for transmission, which uses a bandpass filter (0.1 to 10 Hz for example), and a channel for measuring the bias voltage at the start, which uses a simple low pass.
- un convertisseur analogique-numérique 5 faible vitesse de précision 8 à 24 bits suivant le filtrage initial et l'atténuation maximale dans la structure.- a low speed precision 8 to 24 bit analog-digital converter 5 according to the initial filtering and the maximum attenuation in the structure.
- une carte de traitement numérique 4, déterminant les fréquences présentes, et en déduisant les émetteurs présents et la mesure qu'ils émettent. Le traitement de signal effectué dans le dispositif de réception selon l'invention peut être un rejet des harmoniques et de quelques sous-harmoniques de la fréquence locale du secteur (un simple filtre en sinus cardinal étant suffisant) , suivie par une transformation de Fourier rapide, ou une série de corrélations, ou d'autocorrélations.- a digital processing card 4, determining the frequencies present, and deducting the transmitters present and the measurement that they transmit. The signal processing carried out in the reception device according to the invention can be a rejection of the harmonics and of some sub-harmonics of the local frequency of the sector (a simple filter in cardinal sinus being sufficient), followed by a rapid Fourier transformation, or a series of correlations, or autocorrelations.
- un voyant lumineux 3, qui pourrait aussi être une alarme sonore ou par modem, qui indique un problème sur la structure protégée (pas de protection ou manque de pression par exemple) .- an indicator light 3, which could also be an audible or modem alarm, which indicates a problem on the protected structure (no protection or lack of pressure for example).
Quelques ajouts transforment le dispositif de télémesure en un dispositif complet de télérégulation, selon l'invention:A few additions transform the telemetry device into a complete remote control device, according to the invention:
- un hacheur électronique 8, piloté par la carte de traitement 4, et s'insérant entre le poste de soutirage original (roto-transformateur dans la plupart des cas) ou une source de tension quelconque 2 d'une part, et l'ouvrage à protéger 19 d'autre part. Ce dernier permet à la carte de traitement numérique d'ajuster la tension de polarisation initiale pour que la tension de polarisation cathodique soit satisfaisante en tous les points de l'ouvrage où elle est mesurée. - le cas échéant, un compresseur de gaz 22 pilotable de façon électronique, qui sera commandé de façon à ce que la pression en bout de filaire soit satisfaisante.- an electronic chopper 8, controlled by the processing card 4, and inserted between the original racking station (roto-transformer in most cases) or any voltage source 2 on the one hand, and the structure to protect 19 on the other hand. The latter allows the digital processing card to adjust the initial bias voltage so that the cathode bias voltage is satisfactory at all points in the structure where it is measured. - If necessary, a gas compressor 22 electronically controllable, which will be controlled so that the pressure at the end of the wireframe is satisfactory.
La figure 3 montre un dispositif d'émission selon l 'invention, et selon un mode particulier de réalisation: L'électronique est alimentée entre 42 et 44 par un batterie au plomb 2V longue durée (8 à 10 ans) .FIG. 3 shows a transmission device according to the invention, and according to a particular embodiment: The electronics are supplied between 42 and 44 by a long-lasting 2V lead battery (8 to 10 years).
La terre prise de terre 16 est connectée en 40, et la structure 19 à protéger, à un potentiel négatif par rapport à la terre, est connectée en 41. Le microcontrôleur 30, fonctionnant de 2 à 6 volts, (ici, unEarth taken from earth 16 is connected at 40, and the structure 19 to be protected, at a negative potential with respect to earth, is connected at 41. The microcontroller 30, operating from 2 to 6 volts, (here, a
PIC 16LC84 du fabricant américain Microchip) contrôle toutes les fonctions de la carte: la fonction émission 13 , 43 et 30, la fonction alimentation à découpage et recharge de la batterie 30 à 38 , 38A et 45, et la fonction mesure de la tension de polarisation 37, 39, 39A et 45. On remarque que 30 est impliqué dans ces trois fonctions principales, 37 et 45 dans les deux dernières.PIC 16LC84 from the American manufacturer Microchip) controls all of the card's functions: the transmission function 13, 43 and 30, the switching power supply function and battery recharge 30 to 38, 38A and 45, and the voltage measurement function polarization 37, 39, 39A and 45. We note that 30 is involved in these three main functions, 37 and 45 in the last two.
La fonction émission est assurée par un transistor MOS 13 de tension de seuil inférieure à 2 volts (ici, un SI6426DQ du fabricant Ternie- Siliconix) en série avec une résistance 43 , commandé par le microcontrôleur 30. La résistance a surtout un but de protection en cas de surtension, qui devrait surtout être absorbée par la diode transil 14. En maîtrisant le rapport cyclique de sa commande, le microcontrôleur contrôle très précisément le courant qu'il injecte dans la structure. Le condensateur 14A peut être ajouté pour absorber les fortes composantes alternatives industrielles (supérieures à la tension de polarisation de l' ouvrage), et éviter que 14 (voire 13 en inverse) ne les écrête de façon déséquilibrée, ce qui pourrait provoquer une oxydation ou une polarisation rapide de 16. On note que le montage selon l'invention pourrait très bien utiliser directement une sortie du microcontrôleur (i.e. des transistors intégrés) pour injecter du courant dans la structure (passage de la sortie de haute impédance à l'état "zéro" et réciproquement) , mais la fiabilité ne serait plus garantie (la sortie de ce microcontrôleur ne supporte que 150 mA en pointe, courant qui peut être dépassé en cas de surintensité, tandis que le transistor MOS utilisé supporte 30A en pointe. Dans ce dernier cas, il y a beaucoup de marge) . La fonction alimentation et recharge de la batterie s'analyse ainsi: - la diode 34 permet à la fonction émission de fonctionner correctement lorsque le condensateur 32 est chargé. Ce dernier sert de réservoir d'énergie, permettant au courant dans la bobine 3 1 de ne pas être limité par la résistance de terre et l'inductance de la structure; la bobine 31 se charge d'une énergie proportionnelle au carré de l'intensité de courant qui la traverse quand le transistor 33 est rendu passant par 30, et se décharge d'une bonne partie de cette énergie dans l' alimentation principale de la carte, lorsque 33 est brusquement "ouvert " par le microcontrôleur 30. Le condensateur 36 permet de limiter les fluctuations de l'alimentation lors de cette opération. La batterie (entre 42 et 43) se charge quand l 'alimentation à découpage est actionnée par 30, ou que la tension de polarisation est supérieure à 2,6V, et limite la tension d'alimentation de l'émetteur à environ 3 volts maximum, quand la tension de polarisation de la structure n'est pas trop importante.The emission function is provided by a MOS transistor 13 with a threshold voltage lower than 2 volts (here, an SI6426DQ from the manufacturer Ternie-Siliconix) in series with a resistor 43, controlled by the microcontroller 30. The resistance above all has a protective purpose in the event of an overvoltage, which should above all be absorbed by the transil diode 14. By controlling the duty cycle of its command, the microcontroller very precisely controls the current which it injects into the structure . Capacitor 14A can be added to absorb strong industrial alternative components (higher than the bias voltage of the structure), and prevent 14 (or even 13 in reverse) from clipping them unbalanced, which could cause oxidation or a fast polarization of 16. It is noted that the assembly according to the invention could very well directly use an output of the microcontroller (ie integrated transistors) to inject current into the structure (passage of the output of high impedance in the state " zero "and vice versa), but reliability would no longer be guaranteed (the output of this microcontroller only supports 150 mA at peak, current which can be exceeded in the event of overcurrent, while the MOS transistor used supports 30A at peak. In this last case, there is a lot of margin). The battery supply and recharge function can be analyzed as follows: - the diode 34 allows the emission function to function correctly when the capacitor 32 is charged. The latter serves as an energy reservoir, allowing the current in the coil 3 1 not to be limited by the earth resistance and the inductance of the structure; the coil 31 is charged with an energy proportional to the square of the intensity of current which crosses it when the transistor 33 is made passing through 30, and discharges a good part of this energy in the main supply of the card , when 33 is suddenly "opened" by the microcontroller 30. The capacitor 36 makes it possible to limit the fluctuations of the supply during this operation. The battery (between 42 and 43) is charged when the switching power supply is actuated by 30, or when the bias voltage is higher than 2.6V, and limits the supply voltage of the transmitter to approximately 3 volts maximum , when the bias voltage of the structure is not too high.
La fonction mesure de tension de polarisation est réalisée par le double comparateur 37 associé à la référence de tension 45 , au jeu de résistances 39 et au condensateur 39A, qui permettent de détecter dans ce cas si la tension moyenne de la structure est en dessus ou en deçà du seuil fixé par l 'exploitant. Le microcontrôleur 30 utilise la sortie correspondante de 37 pour déterminer quelle forme de commande C il doit utiliser, et quand il doit l'utiliser.The polarization voltage measurement function is performed by the double comparator 37 associated with the voltage reference 45, to the set of resistors 39 and capacitor 39A, which make it possible to detect in this case whether the average voltage of the structure is above or below the threshold set by the operator. The microcontroller 30 uses the corresponding output of 37 to determine which form of command C it should use, and when it should use it.
La référence de tension 45, le jeu de résistances 38, le condensateur 38A et le comparateur 37, permettent de déterminer si l'alimentation de la carte n' est pas au delà des marges de sécurité, auquel cas le microcontrôleur protège la carte en fermant le transistor 13 et/ou 33. Ce dernier cas se produit quand la structure est sur¬ polarisée. The voltage reference 45, the set of resistors 38, the capacitor 38A and the comparator 37, make it possible to determine whether the supply of the card is not beyond the safety margins, in which case the microcontroller protects the card by closing transistor 13 and / or 33. This latter case occurs when the structure is over-polarized.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de télémesure fonctionnant sur un ouvrage métallique (19) protégé contre l'oxydation par soutirage (1) et (2), qui utilise l'ouvrage lui-même (19) comme support pour la transmission des informations, à partir d'au moins un émetteur relié à l'ouvrage, et reconnues par un récepteur (4), (5), (6), (7) relié également plus loin à ce même ouvrage (19), caractérisé en ce que :1. A telemetry method operating on a metal work (19) protected against oxidation by racking (1) and (2), which uses the work itself (19) as a medium for the transmission of information, from '' at least one transmitter connected to the structure, and recognized by a receiver (4), (5), (6), (7) also linked further to this same structure (19), characterized in that:
- on utilise des prises de terre (16) permettant d'avoir une différence de potentiel positive avec l'ouvrage protégé (19), - on utilise la puissance de la station de soutirage (1,2) et ladite différence de potentiel positive existant entre au moins une des dites prises de terre (16) et l'ouvrage métallique (19), pour injecter un courant variable (I) modulé par ledit émetteur en fonction de l'information à transmettre dans l'ouvrage (19), - on mesure ladite variation de courant par le récepteur et on en déduit l'information relevée et transmise par l'émetteur, ledit émetteur étant autonome peut être implanté en tous points de l'ouvrage (19).- earth plugs (16) are used to have a positive potential difference with the protected structure (19), - the power of the withdrawal station (1,2) and said existing positive potential difference are used between at least one of said earth connections (16) and the metal structure (19), to inject a variable current (I) modulated by said transmitter as a function of the information to be transmitted in the structure (19), - the said variation in current is measured by the receiver and the information read and transmitted by the transmitter is deduced therefrom, the said transmitter being autonomous can be installed at any point in the structure (19).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on provoque l'injection dudit courant variable (I) par l'ouverture contrôlée par ledit émetteur d'un pont électrique (13,20) entre une desdites prises de terre (16) et l'ouvrage (19), le courant variable (I) s'écoulant alors toujours de la prise de terre vers l'ouvrage (19)2. Method according to claim 1, characterized in that the injection of said variable current (I) is caused by the opening controlled by said transmitter of an electric bridge (13,20) between one of said earth connections (16 ) and the structure (19), the variable current (I) then always flowing from the earth connection to the structure (19)
3. Procédé selon une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'on utilise des prises de terre (16) offrant un potentiel d'oxydation supérieur au potentiel d'oxydation de l'ouvrage métallique (19), les dites prises de terre se comportant par rapport à l'ouvrage (19) comme des cathodes naturelles, qui permettent d'augmenter le courant injecté (I), et donc fournissent un complément de puissance à l'émission. 3. Method according to any one of claims 1 and 2 characterized in that earth connections are used (16) offering an oxidation potential greater than the oxidation potential of the metal structure (19), said sockets earth behaving with respect to the structure (19) like natural cathodes, which make it possible to increase the injected current (I), and therefore provide additional power to the emission.
4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que : - on utilise la différence de potentiel entre la structure protégée (19) et une desdites prises de terre (16) pour générer l ' énergie électrique dont les émetteurs ont besoin,4. Method according to any one of claims 1 to 3 characterized in that: - the potential difference is used between the protected structure (19) and one of said earth connections (16) to generate the electrical energy which the transmitters need,
- on augmente le cas échéant cette tension à un niveau compatible avec le fonctionnement des cartes électroniques desdits émetteurs.- if necessary, this voltage is increased to a level compatible with the operation of the electronic cards of said transmitters.
5. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce :5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in:
- on utilise le fait que la variation dudit courant injecté (I) dans ledit ouvrage métallique (19) par le pont électrique (13,20), est repérable au niveau de la station soutirage (1 ,2) ou l' on place le récepteur (4,5,6,7) quelque soit la forme et la dimension de l' ouvrage (19) protégé, du moment que la tension de polarisation cathodique par rapport à la terre (21) est correcte en tout point de l' ouvrage (19) ,- use is made of the fact that the variation of said current injected (I) into said metal structure (19) by the electric bridge (13,20), is identifiable at the level of the withdrawal station (1, 2) where the receiver (4,5,6,7) whatever the shape and the size of the protected structure (19), as long as the cathodic polarization voltage with respect to the earth (21) is correct at all points of the work (19),
- on définit pour cela des composantes spectrales dudit courant (I) à transmettre suffisamment basses pour ne pas être beaucoup plus atténuées que la composante continue (composantes fréquencielles dans la bande passante de l'ouvrage) .- We define for this spectral components of said current (I) to be transmitted low enough not to be much more attenuated than the DC component (frequency components in the bandwidth of the structure).
6. Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'on génère à partir de chaque émetteur placé sur l ' ouvrage (19) des signaux qui lui sont propres permettent au récepteur d'identifier l 'émetteur de ces signaux et de connaître la ou les mesures qu'il transmet.6. Method according to any one of claims 1 to 5 characterized in that it generates from each transmitter placed on the work (19) its own signals allow the receiver to identify the transmitter of these signals and to know the measure (s) it transmits.
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on utilise les mesures des grandeurs effectuées à distance et récupérées par le récepteur (7), (6) , (5) , et (4) pour réguler ces grandeurs, en agissant sur des actionneurs (par exemple (8) ou (10)) ayant un effet sur ces grandeurs, et pilotés directement ou non par le récepteur.7. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that one uses the measurements of the quantities carried out remotely and recovered by the receiver (7), (6), (5), and (4) to regulate these quantities, by acting on actuators (for example (8) or (10)) having an effect on these quantities, and controlled directly or not by the receiver.
8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 7 caractérisé en ce que des émetteurs utilisent, en tant que pont électrique, un ou plusieurs transistors, MOS (13), bipolaires (20) , ou IGBT, discrets (13) ou (20) ou non, pour injecter dans l'ouvrage métallique (19) un courant variable. 8. Device for implementing the method according to any one of claims 1 to 7 characterized in that transmitters use, as electric bridge, one or more transistors, MOS (13), bipolar (20), or IGBT, discrete (13) or (20) or not, to inject a variable current into the metal structure (19).
9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que des prises de terre sont réalisées dans un matériau offrant un potentiel d' oxydation élevé, tel que le cuivre, le laiton, le bronze, la fonte à forte teneur en silicium, le charbon, le coke ou le graphite.9. Device for implementing the method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that earth connections are made of a material offering a high oxidation potential, such as copper, brass, bronze, high silicon cast iron, coal, coke or graphite.
10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l' une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que des émetteurs comportent au moins un condensateur (14A) en parallèle, ou une bobine inductive en série, avec le dispositif d'écrêtage (14) pour éviter que les éventuelles fortes composantes alternatives de la tension présente entre la prise de terre (16) et l'ouvrage (19) ne provoquent l ' oxydation ou une polarisation inutile de la prise de terre (16), par conduction répétitive et déséquilibrée de (14) . 10. Device for implementing the method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that transmitters comprise at least one capacitor (14A) in parallel, or an inductive coil in series, with the device clipping (14) to prevent any strong alternating components of the voltage present between the earth electrode (16) and the structure (19) from causing unnecessary oxidation or polarization of the earth electrode (16), for example repetitive and unbalanced conduction of (14).
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