1.5 Problématique de l’acheminement du signal
1.5.4 Cahier des charges de la solution sans fil
La section suivante a pour objectif de déterminer les caractéristiques techniques et les performances de la solution sans fil, afin de garantir de façon optimale l’acheminement
du signal de mesure dynamique en environnement extrême.
La figure1.32montre ce que pourrait être une expérimentation de détonique
instru-mentée par un réseau de capteurs sans fil. Chaque capteur dynamique de pression com-porterait un émetteur sans fil miniature intégré dans son boîtier et enverrait en temps réel le signal de mesure à un récepteur protégé et déporté dans la salle de commande de tir avec une antenne de réception extérieure.
FIGURE1.32 – Schéma d’une expérimentation de détonique avec un réseau de capteurs sans fil
(vue de haut)
Portée émetteur-récepteur
La distance entre l’émetteur et l’antenne de réception est ici généralement d’une tren-taine de mètres. Cette distance peut être plus importante en fonction des configurations expérimentales. La liaison sans fil devra avoir une portée minimale de 100 mètres.
Débits de données
Le signal de mesure est échantillonné à une fréquence d’échantillonage suffisantefs
de 100 MHz ce qui engendre un pas temporel de 10 ns nécessaire pour bien discrétiser le régime transitoire. Le signal est converti sur un minimum de 10 bits de résolution
verti-cale. Le débit par capteurDcapteurde la liaison sans fil devra être de 1 Gbits/s. Une
expé-rimentation de détonique qui utilise une dizaine de capteurs, nécessitent un débit global
pour la liaisonDliaisonde 10 Gbits/s.
Encombrement
Déporter l’émetteur du capteur n’est pas envisageable, car un câble serait nécessaire
et engendrerait les problèmes évoqués dans la section1.5.2(contraintes mécaniques,
vi-brations, bruit, ...).
La solution sans fil visée doit être facilement miniaturisable afin de pouvoir être inté-grée dans le même boîtier que celui du capteur de pression pour être faiblement intrusif.
Le volume maximal acceptable est de 1,5 cm3. Afin d’atteindre cette condition, le
condi-tionneur, l’émetteur et l’antenne pourront être reportés sur la même carte électronique et intégrés dans le même boîtier.
Consommation
Les phénomènes mesurés étant de courte durée, la transmission de données se fait sur une vingtaine de millisecondes. Le système peut être alimenté par une batterie. Tou-tefois, l’encombrement de la batterie devra être pris en compte lors de la conception. Un compromis entre portée / débit / consommation doit être trouvé pour répondre au mieux aux objectifs fixés. Une consommation électrique maximale de 10 mW est retenue.
Bande passante
La bande passante de l’émetteur doit être supérieure à celle du capteur et du condi-tionneur afin de ne pas détériorer les performances dynamiques de celui-ci. De plus, la solution sans fil pouvant être utilisée dans le futur avec d’autres capteurs plus perfor-mants, il est intéressant de maximiser la bande passante de l’émetteur. La bande passante minimale que la liaison sans fil devra garantir pour ne pas détériorer les performances dy-namiques du capteur est de 10 MHz.
Robustesse
La liaison sans fil étant utilisée en environnement extrême, le canal de propagation peut introduire de fortes perturbations sur la liaison sans fil. La boule de feu générée suite à l’explosion peut engendrer différents types de perturbations sur la propagation d’une onde électromagnétique. Il peut y avoir des réflexions multiples à l’interface de la boule de feu suite à un changement de l’indice du milieu, une atténuation de l’onde électro-magnétique lors du passage de celle-ci dans la boule de feu, un écrantage de l’onde par génération d’un milieu ionisé dans les gaz chauds sous pression et des comportements
non linéaires [22].
Pour garantir une transmission dans un tel milieu extrême la liaison sans fil choisie devra être capable de fonctionner avec un faible rapport signal sur bruit lors de la récep-tion.
Transmission temps réel
Numériser le signal, le stocker puis le transmettre après l’explosion semble impos-sible. En effet, le système peut être partiellement voire totalement détérioré suite aux conditions extrêmes de température et aux contraintes mécaniques générées par l’explo-sion.
De plus, une acquisition durant 100 ms du signal de mesure échantillonné à 100 MHz et converti sur 10 bits nécessite une mémoire de 100 Mbits. Cette taille relativement im-portante pour le microcontrôleur intégré dans l’émetteur nécessite l’utilisation d’une mé-moire externe dédiée complexifiant et augmentant alors l’encombrement, la consomma-tion et le coût de l’émetteur.
Pour pallier ce problème l’émetteur devra transmettre en temps réel le signal de me-sure avant la rupture de la liaison causée par sa destruction.
Bilan
Le tableau1.10résume le cahier des charges à respecter a minima pour la solution
recalibrer n’est pas nul et vient ajouter un temps de main d’œuvre non nul pour la solution sans fil.
TABLEAU1.10 – Récapitulatif des caractéristiques de la solution sans fil recherchée
Caractéristiques Valeurs Unité
Distance [10 à 100] m
Débit 10 Gbits/s
Consommation <10 mW
Encombrement <1.5 cm3
Bande passante >10 MHz
Temps réel oui
-1.6 Conclusion
Ce premier chapitre a permis de prendre conscience de la complexité et des enjeux de la mesure de pression ultra-rapide en environnement extrême. L’amélioration de la bande passante des capteurs de pression pour la mesure de régime transitoire doit s’accompa-gner du choix d’un système de transmission de l’information optimal. La transmission sans fil par onde électromagnétique (< 100GHz) semble être une alternative qui devrait permettre de pallier les limitations technologiques des solutions filaires classiques. Ce-pendant, la solution envisagée devra répondre à de nombreuses contraintes telles que la bande passante, l’encombrement réduit, la robustesse et la simplicité de mise en œuvre afin d’être adaptée à la mesure de pression en environnement extrême. Avant de rentrer dans les détails de conception de la transmission du signal de mesure abordés dans le
chapitre3, le capteur de pression a fait l’objet d’une étude approfondie présentée dans le