WO2002048655A2 - Device for controlling a ship's cargo - Google Patents

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WO2002048655A2
WO2002048655A2 PCT/FR2001/003926 FR0103926W WO0248655A2 WO 2002048655 A2 WO2002048655 A2 WO 2002048655A2 FR 0103926 W FR0103926 W FR 0103926W WO 0248655 A2 WO0248655 A2 WO 0248655A2
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WO
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cargo
ship
sensor
control device
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PCT/FR2001/003926
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French (fr)
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WO2002048655A3 (en
Inventor
Daniel Gaudin
Fanch LE BRIS
Original Assignee
Thales
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Publication date
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Publication of WO2002048655A3 publication Critical patent/WO2002048655A3/en

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/80Arrangements for signal processing
    • G01F23/802Particular electronic circuits for digital processing equipment
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/80Arrangements for signal processing
    • G01F23/802Particular electronic circuits for digital processing equipment
    • G01F23/804Particular electronic circuits for digital processing equipment containing circuits handling parameters other than liquid level

Definitions

  • the present invention relates to a device for monitoring the cargo of a ship. In particular, it verifies that oil tankers do not cause oil pollution by illegally emptying their tanks at sea.
  • the cargo of an oil tanker can be checked when the ship is loaded, or when delivered.
  • the control can be carried out by taking samples, at different depths, and in all
  • a disadvantage of this technique is that it requires intervention on the ship to take samples. Consequently, these checks can only take place at certain times such as loading or unloading. In addition, a ship can escape controls if these are not systematic. Consequently, it is still possible to carry out illegal oil changes at sea (also called degassing) with greatity. Another drawback is that such a sampling control is long to perform, therefore expensive. In addition, it is necessary to open the tanks to carry out measurements, which can be dangerous when the products are flammable materials, such as hydrocarbons.
  • An object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks, and in particular to control the cargo of ships at all times, in particular at sea, in a reliable, economical and non-intrusive manner, that is to say without opening the tanks.
  • a device for monitoring the cargo of a ship is used. This device includes at least:
  • control device can also be used to manage the cargo of a ship.
  • Figures 8a and 8b an example of a signal reflected by a tank containing hydrocarbons
  • FIG. 10a, 10b and 10c a tank containing water and a layer of hydrocarbons, as well as an example of signal reflected by this tank.
  • FIG. 1 shows an example of the use of the invention in an oil tanker to detect degassing at sea.
  • a cargo control device is installed in an oil tanker 100. This device can transmit information on the ship's cargo to a shipping center. ship control 102. This control center is an authority responsible for monitoring the cargo of ships.
  • the information transmitted by the on-board control device can be for example an identification of the vessel (nationality, registration, ...), the position of the vessel, the date and time, the level of filling of the tanks, and the nature of the product. Of course, this list of information transmitted, given by way of example, is not limiting. It can be adapted as needed. In case of degassing 101, the level of the tanks varies.
  • This level variation is recorded by the control device, then transmitted to the control center 102.
  • the control center detects a degassing and can transmit an alert to the local authorities 103.
  • These local authorities 103 may be located near the destination of the ship 100, or be mobile to observe the offense of the ship.
  • FIG. 2a the oil tanker 100 is seen from the side. It comprises several tanks, such as tanks 200, 201, 202 which have a connection with the deck 210 of the ship. An oil tanker can have around 20 to 30 tanks.
  • the oil tanker 100 is seen from above. Some tanks 200, 201, 202 are placed on the periphery 220, while others 203, 204 are placed in the center. Some tanks, called "slop", are intended for decantation.
  • FIG. 3 an example of a control device according to the invention is shown.
  • This device comprises N sensors on board the ship, such as sensors 310, 311, 312. These sensors are placed on tanks 320, 321, 322, to measure the volumes of the cargoes 330, 331, 332 contained therein.
  • the device can include as many sensors (N) as there are settling tanks (“slot” tanks), that is to say of the order of 2 to 4.
  • a supervisor 300 comprising a calculation unit is connected to the sensors. The calculation unit acts on the sensors to trigger repetitive measurements and store the results of these measurements.
  • the supervisor 300 also includes an input / output interface connected to a radio antenna 350 for example.
  • This input / output interface makes it possible to transmit the stored measurements to an authority responsible for control, by means of the radio antenna 350 for example.
  • a second input / output interface can be added to the supervisor 300.
  • This input / output interface can be intended to be connected to a portable housing 351 used by a controller. In this way, a controller can directly interrogate the supervisor by connecting to this interface.
  • the connection between the controller box 351 and the supervisor 300 can be made with a cable or a short distance radio link for example.
  • the supervisor calculation unit 300 can be functionally connected to a positioning system 340 such as a GPS.
  • the positions originating from the positioning system 340 can be recorded in the calculation unit of the supervisor 300, then transmitted with the measurements to the authority responsible for control. Thanks to the stored positions, it is possible to locate the place where a possible degassing was carried out.
  • the date and time of the measurement of the level of the tanks can be recorded in the calculation unit of the supervisor 300 at the same time as the geographic positions.
  • the date and time can be provided by a clock, or by the GPS 340 for example.
  • the sensors contain encryption means for encrypting the measurements transmitted to the supervisor 300.
  • the measurements can be stored encrypted in the calculation unit of the supervisor 300 and transmitted encrypted to the control authorities.
  • the supervisor 300 can decrypt the measurements from the sensors, then encrypt them with another code before transmitting them to the control authority.
  • the stored data is either encrypted with a first encryption code common to the supervisor and the sensors, or encrypted with a second encryption code common to the supervisor and the control authority.
  • FIG. 4 is illustrated an example of a supervisor 400 which can be used in the device illustrated in FIG. 3.
  • the supervisor 400 illustrated in FIG. 4 corresponds to the supervisor 300 of FIG. 3.
  • the supervisor can be included in a case.
  • the housing includes for example two first input / output interfaces 411, 412, connected to a computing unit 410 included in the housing.
  • Input / output interfaces 411, 412 are used to send a signal calculation unit 410 to the outside of the box, to a radio antenna or a controller box for example.
  • the calculation unit 410 includes a memory for recording in particular the data coming from the sensors.
  • the memory makes it possible to preserve the data even in the absence of power. This memory can be a flash memory for example.
  • the capacity of this memory depends on the volume of data to be recorded, that is to say on the number of measurements (typically one measurement per minute and per cell) and on the time required between two checks.
  • the housing may further include an input / output interface 413 intended to be connected to a positioning system.
  • the calculation unit 410 is connected to a switcher 420 also included in the housing.
  • the switch 420 is connected to N input / output interfaces 421, 422, 423, 424, 425 intended to be connected to the sensors.
  • the calculation unit controls the switch 420 to connect to a particular sensor. In this way, the calculation unit can interrogate all the sensors successively.
  • the calculation unit 410 can just as easily be directly connected to the input / output interfaces 421, 422, 423, 424, 425 without going through a switcher. This requires that the computing unit 410 has sufficient inputs / outputs.
  • the function performed by the switch 420 can be performed in software.
  • the calculation unit 410 is then connected to the sensors by a network, this network possibly having a star structure (star distribution) or a ring structure (ring distribution).
  • the sensor 500 illustrated in FIG. 5 corresponds to one of the sensors 310, 311, 312 of FIG. 3.
  • the sensor 500 comprises a calculation unit 510, a measurement means 530 connected to the calculation unit 510, and an input / output interface 520 connected to the calculation unit 510.
  • the input / output interface 520 is intended to be connected to a supervisor 300, such as the supervisor 400.
  • the connection between the sensor 500 and the supervisor 400 can be wired (coaxial cable or optical fiber for example) or wireless (radio link for example). A first end of the link is connected to the input / output interface 520 of the sensor 500.
  • the measuring means 530 makes it possible in particular to measure the level of the cargo in the tank on which the sensor 500 is placed.
  • This measuring means can be a system comprising a float on the one hand, placed in the tank, whose movement is constrained by vertical rails. Such a system includes a sensor on the other hand, for measuring the altitude of the float.
  • the measuring means 530 can also be a capacity matrix immersed in the tank.
  • the level of the cargo is determined from its dielectric properties.
  • the sensor 500 can contain an encryption means in order to ensure the integrity of the data transmitted from the sensor to the supervisor.
  • Data encryption protects the control system against fraudulent damage carried out by technically assisted persons acting on the ship itself. These degradations can consist, for example, of:
  • the encryption can be performed digitally by the calculation unit 510.
  • the calculation unit 510 encrypts the data, coming from the measurement means, with an algorithm and predetermined keys for example.
  • the encrypted message can advantageously contain information other than the measurements, such as:
  • the responses to the supervisor's requests may depend in particular on the data transmitted in the previous messages.
  • the supervisor can check the encrypted message from a sensor, and in particular check that:
  • the encryption means can associate a variable key to the measurements, such as a value calculated from previous messages or real-time parameters. It is then no longer possible to replay recorded measurements. Indeed, the quantified measures vary while the original unencrypted measures remain constant.
  • the messages can be encrypted using for example DES algorithms (from the English expression “Data Encryption Standard”) or RSA (initials of the names of the inventors Rivest, Shamir, and Adleman).
  • DES Data Encryption Standard
  • RSA initials of the names of the inventors Rivest, Shamir, and Adleman
  • the senor is integrated in a secure housing.
  • a secure box is a box whose physical integrity is guaranteed.
  • the sensor housing 500 contains an opening detection device by example. This device can be produced with one or more switches, placed in the sensor housing 500 and connected to the calculation unit 510. These switches detect any attempt to open the sensor housing (in the closed position when the housing is closed, in the open position if the cover
  • an alert is recorded in a memory of the calculation unit 510, which modifies the state of the sensor for example.
  • the state of the sensor 510 is sent to the supervisor with the measurements, which makes it possible to detect an attempt to alter the sensor.
  • the opening detection device can be produced more simply using seals, for example. In other words, an opening indicator of the sensor or of the connection gate directly introduces information into its memory.
  • FIGS. 6a and 6b an example of a sensor represented in FIG. 5 comprising means for radar measurements.
  • This sensor called tank radar, makes it possible to measure the level of a liquid with an accuracy of the order of a millimeter.
  • the measurements made with this sensor are non-intrusive (that is to say without contact).
  • this sensor can be used safely in explosive environments, such as the tanks of oil tankers.
  • the Applicant has already developed such a tank radar meeting the Intrinsic Security (S.I.) standards.
  • the radar antenna 640 can be of the printed network type for example. Those skilled in the art will be able to search for other technical elements in patent application FR 2,757,315, entitled “Antenna with a broadband network”, by Jean-Pierre Daniel, Daniel Gaudin and Jean-Pierre David. Of course, the radar antenna 640 can be a horn, a rod or any other type.
  • the radar operates in X band, so as to pass through the hydrocarbons, and consequently make it possible to measure the thickness of a layer of hydrocarbons supernatant a layer of water.
  • the spectrum covers a wide band, for example of 1 GHz or more so as to perform precise distance measurements.
  • the opening angle of the antenna 640 can be of the order of 5 ° to 20 °. Thanks to a good resolution resulting in particular from the width of the spectrum, it is possible to discriminate echoes that are not very far apart.
  • the active part of the radar can be housed in a compact disc, for example less than 20cm in diameter and 1.5cm thick. Thanks to this reduced size, the cost of mounting and wiring the radar is reduced. This disc can then be protected in a structure robust stainless steel marine.
  • the antenna 640 a rigid disk, serves as a support for the electronic circuits:
  • a circuit comprising for example a phase locked loop (PLL) and analog processing 620;
  • PLL phase locked loop
  • the calculation unit 510 comprises a signal processing processor called DSP (from the English expression “Digital Signal Processor”) 610, a memory 611 and communication circuits 612.
  • the DSP 610 is connected to the analog card 620, to the memory 611, and to the communication circuits 612.
  • the communication circuits 612 are connected to the input / output interface 520 of the sensor 500.
  • the DSP performs in particular the processing necessary for encrypting the measurements, and for communication with the supervisor 300.
  • the analog processing circuit 620 comprises a digital / analog converter 621, an analog signal synthesizer 622, an amplifier 624, and an analog / digital converter 623.
  • the calculation unit 510 sends digital commands to the analog processing circuit 620.
  • These commands are converted into analog signals by the converter 621, which act on the synthesizer 622.
  • the synthesizer participates e the formation of the signal emitted by the antenna 640.
  • the signal received by the antenna is processed, after passing through the microwave circuit 630 by the analog processing circuit 620.
  • the analog processing circuit 620 it is amplified by the amplifier 624, then converts into digital signals by the converter 623. These digital signals are then transmitted to the DSP 610 of the calculation unit 510.
  • the microwave circuit 631 comprises a microwave generator 631, a directive device such as a circulator 633 and a mixer 632.
  • the microwave generator 631 receives as input the analog signal emitted by the synthesizer 622 of the analog circuit 620.
  • the generator 631 then emits a microwave signal, which is transmitted via the circulator 633 to the antenna 640 on the one hand, and to the mixer 632 on the other hand.
  • the emission channel (E) corresponds to the microwave signal generated by the generator 631 and transmitted by the pump 633 to the antenna 640.
  • the reception channel (R) corresponds to the microwave signal reflected by the tank and received by the antenna, and transmitted by the pump 633 to the mixer 632.
  • FIGS. 7a and 7b the operating principle of a tank radar such as that shown in FIGS. 6a and 6b is shown.
  • a tank radar 700 is placed at the top of a tank 710.
  • This tank 710 contains for example a layer of hydrocarbon 711, and a gas layer 712 on the layer of hydrocarbon 711.
  • the tank radar 700 makes it possible to measure the distance d between the top of the tank on the one hand, and the interface between the layers of gas 712 and of hydrocarbon 711 on the other hand.
  • the tank radar 700 makes it possible to measure the distance to the hydrocarbon layer 711. From this distance, from the knowledge of the geometry of the tank, and of the attitude of the ship, it is possible to determine the volume of the hydrocarbon cargo in the tank.
  • the radar can emit a signal comprising a series of pulses.
  • the measurement of the pulse return time makes it possible to determine the distance d.
  • the energy emitted on each pulse must be limited.
  • the levels are mobile on a ship.
  • the integration time must therefore be limited so as to avoid degrading the measurement due to movements in the tank. This limitation of the integration time consequently limits the accuracy of the measurement.
  • the distance measurement d is carried out with a frequency modulated signal according to an FMCW ramp (from the English expression "Frequency Modulation Continuous Wave”).
  • FMCW ramp from the English expression "Frequency Modulation Continuous Wave”
  • the tank reflects a signal 731, of the same kind, but shifted in time. The time difference is proportional to the distance d that we seeks to measure.
  • the transmitted signal 720 and the reflected signal 730 are mixed by the mixer 630 of the radar illustrated in FIGS. 6a and 6b.
  • the signal resulting from the mixing gives frequency information ⁇ f.
  • This signal includes a high frequency component (twice the transmitted frequency) and a low frequency component called the video signal.
  • the very high frequency component generally does not pass through the analog processing chain (mixer, operational amplifier).
  • the low frequency component ie the video signal, includes the frequency information ⁇ f.
  • a filter such as a bandpass filter can be used to cut the unnecessary frequency bands corresponding to noise. It is also possible to use a digital filter to extract the frequency of the video signal, such as an FFT filter (from the Ango-Saxon expression "Fast Fourier Transform") for example.
  • the frequency ⁇ f checks the following relation:
  • ⁇ f represents the frequency difference between the transmitted signal 720 and the reflected signal 730
  • a and b are constants
  • d is the distance that one seeks to determine
  • f d represents a frequency Doppler.
  • the constant b depends in particular on the design of the microwave card and the antenna.
  • the demodulated signal resulting from the mixing is digitized by the analog circuit 620 and then transmitted by the calculation unit 510 in encrypted form to the supervisor 300.
  • the transmitted signal 720 comprises a succession of rising ramps 721 and descending 722.
  • the rising ramp 721 followed by a downward ramp 722 eliminates the Doppler frequency from surface movements.
  • the Doppler frequency f d indeed changes sign in the relation (1) between the rising ramps 721 and the falling ramps 722.
  • VCO abbreviation for “Voltage Controlled Oscillator ”
  • the frequency ramp transmitted In order to improve the accuracy of the measurement, the frequency ramp transmitted must be as linear as possible.
  • the relationship between the accuracy of the measurement and the linearity of the ramp is given in Woodward's formula.
  • a PLL circuit In most VCOs there are non-linearities in voltage frequency, and drifts with the operating temperature.
  • a PLL circuit is used to slave the transmitted frequency. In this way, the measurement remains always as precise, even after a long time between two stopovers of the ship for example.
  • FIGS. 8a and 8b is shown an example of a signal reflected by a tank containing hydrocarbons.
  • the reflected signal is mixed with the transmitted signal.
  • the result of this mixture is a signal 900 shown in FIG. 8a.
  • This signal 900 is called a video signal.
  • the video signal 900 results from the mixture of the microwave signals corresponding to the emitted wave on the one hand and to the reflected wave on the other hand.
  • the video signal 900 has an amplitude A and a frequency ⁇ f.
  • the amplitude A depends on the reflection coefficient of the hydrocarbon layer.
  • the frequency ⁇ f depends on the distance d between the radar and the hydrocarbon layer.
  • the spectrum 910 of the video signal 900 is shown in Figure 8b.
  • This spectrum has a peak 911 at the frequency ⁇ f.
  • the frequencies being proportional to the distances, the spectrum is represented as a function of a distance.
  • the height of this peak corresponds to the amplitude A, the position of this peak at the distance d.
  • the spectrum of the video signal contains information on the distance d on the one hand, and on the other hand on the nature of the product (coefficient of reflection of the hydrocarbons). It is possible to discriminate with the amplitude of the video signal products of different families, that is to say having a different chemical root.
  • FIGS. 9a and 9b in which an example of a video signal corresponding to a tank containing water is shown.
  • the video signal 1000 corresponding to the reflection on water resembles that 900 shown in Figures 8a and 8b.
  • the video signal 1000 has an amplitude A '.
  • the amplitude A ' depends on the reflection coefficient of the water.
  • the coefficient A ' is greater than the coefficient A (in this example by 15 dB), all other things being equal. Indeed, water has a total reflection while hydrocarbons have a partial reflection. This difference is found in the spectrum 1010 of the video signal 1000.
  • the peak 1011 corresponding to the reflection on water is higher than that 911 on hydrocarbons. In other words, the reflection coefficients of electromagnetic waves on a hydrocarbon and on water are very different.
  • the amplitude of the video signal depends on the nature of the cargo.
  • the measurement of a physical property (reflection coefficient for example) relating to the nature of the cargo makes it possible to discriminate between different cargoes. For the monitoring of oil tankers, this makes it possible to notice an emptying of the tank, even if the level of the cargo seems constant.
  • FIGS. 10a, 10b and 10c are shown a tank containing water and a layer of hydrocarbon, the video signal corresponding to this tank, and the spectrum of the video signal.
  • a tank 1110 contains a layer of hydrocarbon 1113 and water 1114.
  • the layer of hydrocarbon 1113 is lighter than the layer of water 1114.
  • a radar 1100 is placed at the top of the tank 1110. This radar makes it possible to measure the distances d1 with the diopter D1, and d2 with the diopter D2 simultaneously. Indeed, the electromagnetic waves emitted by the radar propagate through the gas 1112. They are partially reflected by the first diopter D1 at the distance d1. The non-reflected part propagates with losses through the hydrocarbon layer 1113. This part is entirely reflected by the second diopter D2 at the distance d2.
  • the signal Video 1120 resulting from these two reflections is shown in Figure 10b. This video signal comprises a mixture of two frequencies corresponding to the distances d1 and d2.
  • the low-frequency envelope of the video signal 1120 has a frequency proportional to the thickness of the hydrocarbon layer 1113, that is to say d2 - d1.
  • the spectrum 1130 of the video signal 1120 is shown in FIG. 10c. This spectrum includes two peaks 1131 and 1132 at distances d1 and d2.
  • the radar 1100 therefore makes it possible to measure the surface thickness of a decantation product, that is to say the hydrocarbon layer 1113.
  • the measurement through a decantation medium (between D1 and D2) of the order of 3 meters is still perfectly usable.
  • the apparent thickness is corrected for the difference in propagation speed in the hydrocarbons, which is a known function of the dielectric constant of the hydrocarbons.
  • the invention is not limited to the previous examples.
  • the measurements from the sensors are stored in the supervisor. These measurements can also be stored in the sensors themselves. In this case, they will be transmitted from the sensors to the supervisor during an interrogation by a control authority.
  • the frequency ramp is not necessarily controlled by a PLL circuit.
  • the radar may include a means of calibrating the distance measurement.
  • the measurements can also be transmitted unencrypted for use by the on-board staff.
  • the sensors can have two uses: • to control the cargo of the ship,
  • the invention makes it possible in particular to verify cargoes and their movements in maritime transport. hydrocarbons.
  • data relating to the cargo is recorded.
  • the recording is carried out in tamper-proof “black box” type supports.
  • the data transmitted may contain dated cargo information, an identification of the vessel and the tanks, and the geographical position obtained by an on-board GPS system.
  • One or more sensors are used to measure and record the level and nature of the cargo repeatedly.
  • the “black box” function is obtained by recording on a computer support the movements of cargo in the tanks. This recording takes place during crossings or during transactions.
  • the inertia of emptying, filling and even degassing operations allows simple periodic sampling. This avoids recording redundant data and makes it possible to reduce the memory capacity required.
  • This memorization can be done in a supervisor connected to the sensors or in the sensors themselves.
  • the data can be consulted by a sworn controller.
  • a sworn controller This uses for example a box comprising an interface which can be connected to the supervisor.
  • the controller identifies himself with an access code. He can then interrogate the supervisor, copy the memorized data, and reset the memory.
  • the analysis of the recordings by specialists allows the deduction of any illegal degassing.
  • real-time monitoring is possible thanks to a Hertzian transmission, such as a GSM type transmission / reception device.
  • the sensors can be tank radars for example. These sensors allow measurements to be made with millimeter precision. In addition, they make it possible to distinguish the nature of the liquid as a function of the amplitude of the reflected signal. We can distinguish water from hydrocarbons in particular. This makes it easier to detect tank washing operations than recording levels alone. In addition, such radar sensors make it possible to measure in the settling tanks, the thickness of the petroleum product (hydrocarbons) at the surface of the decanted liquid.
  • the measurements can be encrypted in the sensors.
  • the interventions physical on the sensors can be recorded.

Abstract

The invention concerns a device for controlling a ship's cargo, enabling in particular to verify cargoes and their movements in oil shipping. Therefor, data concerning the cargo are recorded in tamperproof black box type media. One or several sensors are used for iteratively measuring and recording the level and the type of cargo. The recorded data are then transmitted to the competent authorities. Said data can also include dated cargo data, identification of the ship and of the tanks, and the geographical position obtained by an onboard GPS system. The sensors can be tank radars for example. Said sensors can carry out measurements with millimetric accuracy. Furthermore, they enable to distinguish the type of liquid based on the amplitude of the reflected signal. In particular, water can be distinguished from the oil products, thereby enabling to detect more easily tank washing operations than with mere level recording. In addition, said radar sensors enable to measure in the tank sumps, the thickness of the oil product (hydrocarbons) at the surface of the settled liquid. The invention is useful for preventing open sea degassing.

Description

DISPOSITIF CONTROLE DE LA CARGAISON D'UN NAVIRE SHIPPING CARGO CONTROL DEVICE
La présente invention concerne un dispositif de contrôle de la cargaison d'un navire. Elle permet notamment de vérifier que les navires pétroliers ne provoquent pas de pollution aux hydrocarbures en vidangeant illégalement leurs cuves en pleine mer.The present invention relates to a device for monitoring the cargo of a ship. In particular, it verifies that oil tankers do not cause oil pollution by illegally emptying their tanks at sea.
La cargaison d'un navire pétrolier peut être contrôlée lors du chargement du navire, ou lors de la livraison. Le contrôle peut s'effectuer par un prélèvement d'échantillons, à différentes profondeurs, et ce dans toutesThe cargo of an oil tanker can be checked when the ship is loaded, or when delivered. The control can be carried out by taking samples, at different depths, and in all
I les cuves du navire. L'analyse des échantillons prélevés permet par exemple de déterminer la quantité de pétrole, et la quantité d'eau contenue dans les cuves.I the tanks of the ship. Analysis of the samples taken makes it possible, for example, to determine the quantity of oil and the quantity of water contained in the tanks.
Un inconvénient de cette technique est qu'elle nécessite une intervention sur le navire pour effectuer des prélèvements. Par conséquent, ces contrôles ne peuvent avoir lieu qu'à certains moments tel que le chargement ou le déchargement. De plus, un navire peut échapper aux contrôles si ceux ci ne sont pas systématiques. Par conséquent, il reste possible d'effectuer des vidanges illégales en pleine mer (encore appelées dégazages) en toute impunité. Un autre inconvénient est qu'un tel contrôle par prélèvement est long à effectuer, donc coûteux. De plus, il est nécessaire d'ouvrir les cuves pour effectuer des mesures, ce qui peut être dangereux lorsque les produits sont des matières inflammables, tel que les hydrocarbures.A disadvantage of this technique is that it requires intervention on the ship to take samples. Consequently, these checks can only take place at certain times such as loading or unloading. In addition, a ship can escape controls if these are not systematic. Consequently, it is still possible to carry out illegal oil changes at sea (also called degassing) with impunity. Another drawback is that such a sampling control is long to perform, therefore expensive. In addition, it is necessary to open the tanks to carry out measurements, which can be dangerous when the products are flammable materials, such as hydrocarbons.
Un but de l'invention est de pallier les inconvénients précités, et notamment de contrôler la cargaison des navires à tout instant notamment en pleine mer, de façon fiable, économique et non intrusive, c'est à dire sans ouvrir les cuves. A cet effet, un dispositif de contrôle de la cargaison d'un navire est utilisé. Ce dispositif comprend au moins :An object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks, and in particular to control the cargo of ships at all times, in particular at sea, in a reliable, economical and non-intrusive manner, that is to say without opening the tanks. For this purpose, a device for monitoring the cargo of a ship is used. This device includes at least:
(a) au moins un capteur, embarqué dans le navire, pour mesurer le volume de la cargaison contenue dans au moins une cuve ;(a) at least one sensor, on board the vessel, for measuring the volume of the cargo contained in at least one tank;
(b) une unité de calcul, embarquée dans le navire, agissant sur le(s) capteur(s) pour déclencher des mesures répétitives et mémoriser les résultats ; (c) une interface d'entrée / sortie, reliée à l'unité de calcul, pour transmettre les mesures mémorisées à une autorité chargée du contrôle de la cargaison.(b) a calculation unit, on board the ship, acting on the sensor (s) to trigger repetitive measurements and store the results; (c) an input / output interface, connected to the calculation unit, for transmitting the stored measurements to an authority responsible for monitoring the cargo.
Un avantage de l'invention est que le contrôle est effectué de manière automatique, ledit contrôle étant piloté par un ordinateur. Selon une variante avantageuse, le dispositif de contrôle peut aussi être utilisé pour gérer la cargaison d'un navire.An advantage of the invention is that the control is carried out automatically, said control being controlled by a computer. According to an advantageous variant, the control device can also be used to manage the cargo of a ship.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent :Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly in the description which follows and in the appended figures which represent:
• la figure 1 , un exemple d'utilisation de l'invention sur un navire pétrolier pour détecter les dégazages en pleine mer ;• Figure 1, an example of use of the invention on an oil tanker to detect degassing in the open sea;
• les figures 2a et 2b, un exemple de cuves d'un navire pétrolier ; • la figure 3, un exemple de dispositif de contrôle selon l'invention ;• Figures 2a and 2b, an example of tanks of an oil tanker; • Figure 3, an example of a control device according to the invention;
• la figure 4, un exemple de superviseur pouvant être utilisé dans le dispositif représenté figure 3 ;• Figure 4, an example of a supervisor that can be used in the device shown in Figure 3;
• la figure 5, un exemple de capteur pouvant être utilisé dans le dispositif représenté figure 3 ; • les figures 6a et 6b, un exemple de capteur représenté figure 5 comprenant des moyens de mesures radar ;• Figure 5, an example of a sensor that can be used in the device shown in Figure 3; • Figures 6a and 6b, an example of sensor shown in Figure 5 comprising radar measurement means;
• les figures 7a et 7b, le principe de fonctionnement général d'un radar de cuve représenté figures 6a et 6b ;• Figures 7a and 7b, the general operating principle of a tank radar shown in Figures 6a and 6b;
• les figures 8a et 8b, un exemple de signal réfléchi par une cuve contenant des hydrocarbures ;• Figures 8a and 8b, an example of a signal reflected by a tank containing hydrocarbons;
• les figures 9a et 9b, un exemple de signal réfléchi par une cuve contenant de l'eau ;• Figures 9a and 9b, an example of a signal reflected by a tank containing water;
• les figures 10a, 10b et 10c, une cuve contenant de l'eau et une couche d'hydrocarbures, ainsi qu'un exemple de signal réfléchi par cette cuve.• Figures 10a, 10b and 10c, a tank containing water and a layer of hydrocarbons, as well as an example of signal reflected by this tank.
On se réfère maintenant à la figure 1 , sur laquelle est représenté un exemple d'utilisation de l'invention dans un navire pétrolier pour détecter les dégazages en pleine mer. Un dispositif de contrôle de cargaison est installé dans un navire pétrolier 100. Ce dispositif de contrôle peut transmettre des informations sur la cargaison du navire à un centre de contrôle des navires 102. Ce centre de contrôle est une autorité chargée de contrôler la cargaison des navires. Les informations transmises par le dispositif de contrôle embarqué peuvent être par exemple une identification du navire (nationalité, immatriculation, ...), la position du navire, la date et l'heure, le niveau de remplissage des cuves, et la nature du produit. Bien entendu, cette liste d'informations transmises, donnée à titre d'exemple, est non limitative. Elle peut être adaptée en fonction des besoins. En cas de dégazage 101 , le niveau des cuves varie. Cette variation de niveau est enregistrée par le dispositif de contrôle, puis transmise au centre de contrôle 102. Après analyse, le centre de contrôle détecte un dégazage et peut transmettre une alerte aux autorités locales 103. Ces autorités locales 103 peuvent être situées près de la destination du navire 100, ou être mobiles pour constater l'infraction du navire.Reference is now made to FIG. 1, which shows an example of the use of the invention in an oil tanker to detect degassing at sea. A cargo control device is installed in an oil tanker 100. This device can transmit information on the ship's cargo to a shipping center. ship control 102. This control center is an authority responsible for monitoring the cargo of ships. The information transmitted by the on-board control device can be for example an identification of the vessel (nationality, registration, ...), the position of the vessel, the date and time, the level of filling of the tanks, and the nature of the product. Of course, this list of information transmitted, given by way of example, is not limiting. It can be adapted as needed. In case of degassing 101, the level of the tanks varies. This level variation is recorded by the control device, then transmitted to the control center 102. After analysis, the control center detects a degassing and can transmit an alert to the local authorities 103. These local authorities 103 may be located near the destination of the ship 100, or be mobile to observe the offense of the ship.
On se réfère maintenant aux figures 2a et 2b sur lesquelles est représenté un exemple de cuves d'un navire pétrolier. Sur la figure 2a, le navire pétrolier 100 est vu de côté. Il comporte plusieurs cuves, telles que les cuves 200, 201 , 202 qui comportent une liaison avec le pont 210 du navire. Un navire pétrolier peut comporter de l'ordre de 20 à 30 cuves. Sur la figure 2b, le navire pétrolier 100 est vu de dessus. Certaines cuves 200, 201 , 202 sont placées en périphérie 220, alors que d'autres 203, 204 sont placées au centre. Certaines cuves, dites « slop », sont destinée à la décantation.Referring now to Figures 2a and 2b which is shown an example of tanks of an oil tanker. In Figure 2a, the oil tanker 100 is seen from the side. It comprises several tanks, such as tanks 200, 201, 202 which have a connection with the deck 210 of the ship. An oil tanker can have around 20 to 30 tanks. In Figure 2b, the oil tanker 100 is seen from above. Some tanks 200, 201, 202 are placed on the periphery 220, while others 203, 204 are placed in the center. Some tanks, called "slop", are intended for decantation.
On se réfère maintenant à la figure 3 sur laquelle est représenté un exemple de dispositif de contrôle selon l'invention. Ce dispositif comprend N capteurs embarqués dans le navire, tels que les capteurs 310, 311 , 312. Ces capteurs sont placés sur des cuves 320, 321 , 322, pour mesurer les volumes des cargaisons 330, 331 , 332 contenues dans celles-ci. Le dispositif peut comprendre autant de capteurs (N) qu'il y a de cuves de décantation (cuves « slot »), c'est à dire de l'ordre de 2 à 4. Un superviseur 300 comprenant une unité de calcul est relié aux capteurs. L'unité de calcul agit sur les capteurs pour déclencher des mesures répétitives et mémoriser les résultats de ces mesures. Le superviseur 300 comprend aussi une interface d'entrée / sortie reliée à une antenne radio 350 par exemple. Cette interface d'entrée / sortie permet de transmettre les mesures mémorisées à une autorité chargée du contrôle, par l'intermédiaire de l'antenne radio 350 par exemple. Avantageusement, on peut ajouter une seconde interface d'entrée / sortie au superviseur 300. Cette interface d'entrée / sortie peut être destinée à être reliée à un boîtier 351 portatif utilisé par un contrôleur. De cette manière, un contrôleur peut interroger directement le superviseur en se connectant à cette interface. La connexion entre le boîtier contrôleur 351 et le superviseur 300 peut être réalisée avec un câble ou une liaison radio courte distance par exemple.Reference is now made to FIG. 3 in which an example of a control device according to the invention is shown. This device comprises N sensors on board the ship, such as sensors 310, 311, 312. These sensors are placed on tanks 320, 321, 322, to measure the volumes of the cargoes 330, 331, 332 contained therein. The device can include as many sensors (N) as there are settling tanks (“slot” tanks), that is to say of the order of 2 to 4. A supervisor 300 comprising a calculation unit is connected to the sensors. The calculation unit acts on the sensors to trigger repetitive measurements and store the results of these measurements. The supervisor 300 also includes an input / output interface connected to a radio antenna 350 for example. This input / output interface makes it possible to transmit the stored measurements to an authority responsible for control, by means of the radio antenna 350 for example. Advantageously, a second input / output interface can be added to the supervisor 300. This input / output interface can be intended to be connected to a portable housing 351 used by a controller. In this way, a controller can directly interrogate the supervisor by connecting to this interface. The connection between the controller box 351 and the supervisor 300 can be made with a cable or a short distance radio link for example.
Avantageusement, l'unité de calcul du superviseur 300 peut être reliée fonctionnellement à un système de positionnement 340 tel qu'un GPS. Les positions provenant du système de positionnement 340 peuvent être enregistrées dans l'unité de calcul du superviseur 300, puis transmises avec les mesures à l'autorité chargée du contrôle. Grâce aux positions enregistrées, il est possible de repérer l'endroit où a été effectué un éventuel dégazage. Avantageusement la date et l'heure de la mesure du niveau des cuves peuvent être enregistrées dans l'unité de calcul du superviseur 300 en même temps que les positions géographiques. La date et l'heure peuvent être fournies par une horloge, ou par le GPS 340 par exemple.Advantageously, the supervisor calculation unit 300 can be functionally connected to a positioning system 340 such as a GPS. The positions originating from the positioning system 340 can be recorded in the calculation unit of the supervisor 300, then transmitted with the measurements to the authority responsible for control. Thanks to the stored positions, it is possible to locate the place where a possible degassing was carried out. Advantageously, the date and time of the measurement of the level of the tanks can be recorded in the calculation unit of the supervisor 300 at the same time as the geographic positions. The date and time can be provided by a clock, or by the GPS 340 for example.
Avantageusement, les capteurs contiennent des moyens de chiffrement pour chiffrer les mesures transmises au superviseur 300. Les mesures peuvent être mémorisées chiffrées dans l'unité de calcul du superviseur 300 et transmises chiffrées aux autorités de contrôle. Selon une variante de réalisation, le superviseur 300 peut déchiffrer les mesures issues des capteurs, puis les chiffrer avec un autre code avant de les transmettre à l'autorité de contrôle. Dans ce cas, les données mémorisées sont soit chiffrées avec un premier code de chiffrement commun au superviseur et aux capteurs, soir chiffrées avec un second code de chiffrement commun au superviseur et à l'autorité de contrôle.Advantageously, the sensors contain encryption means for encrypting the measurements transmitted to the supervisor 300. The measurements can be stored encrypted in the calculation unit of the supervisor 300 and transmitted encrypted to the control authorities. According to an alternative embodiment, the supervisor 300 can decrypt the measurements from the sensors, then encrypt them with another code before transmitting them to the control authority. In this case, the stored data is either encrypted with a first encryption code common to the supervisor and the sensors, or encrypted with a second encryption code common to the supervisor and the control authority.
On se réfère maintenant à la figure 4 sur laquelle est illustré un exemple de superviseur 400 pouvant être utilisé dans le dispositif illustré figure 3. Le superviseur 400 illustré figure 4 correspond au superviseur 300 de la figure 3. En pratique, le superviseur peut être inclus dans un boîtier. Le boîtier comprend par exemple deux premières interfaces d'entrée / sortie 411 , 412, reliées à une unité de calcul 410 incluse dans le boîtier. Les interfaces d'entrées / sorties 411 , 412 sont utilisées pour émettre un signal numérique de l'unité de calcul 410 vers l'extérieur du boîtier, vers une antenne radio ou un boîtier contrôleur par exemple. L'unité de calcul 410 comprend une mémoire pour enregistrer notamment les données provenant des capteurs. La mémoire permet de conserver les données même en l'absence d'alimentation. Cette mémoire peut être une mémoire flash par exemple. La capacité de cette mémoire dépend du volume de données à enregistrer, c'est à dire du nombre de mesures (typiquement une mesure par minute et par cuve) et du laps de temps requis entre deux contrôles. Le boîtier peut comprendre en outre une interface d'entrée / sortie 413 destinées à être reliées à un système de positionnement. L'unité de calcul 410 est reliée à un aiguilleur 420 lui aussi inclus dans le boîtier. L'aiguilleur 420 est relié à N interfaces d'entrées / sorties 421 , 422, 423, 424, 425 destinées à être reliées aux capteurs. L'unité de calcul commande l'aiguilleur 420 pour se connecter à un capteur particulier. De cette manière, l'unité de calcul peut interroger successivement tous les capteurs. Bien entendu, l'unité de calcul 410 peut tout aussi bien être directement reliée aux interfaces d'entrées / sorties 421 , 422, 423, 424, 425 sans passer par l'intermédiaire d'un aiguilleur. Il faut pour cela que l'unité de calcul 410 ait suffisamment d'entrées / sorties. Selon une variante de réalisation, la fonction réalisée par l'aiguilleur 420 peut être réalisée de façon logicielle. L'unité de calcul 410 est alors reliée aux capteurs par un réseau, ce réseau pouvant avoir une structure en étoile (distribution étoile) ou en anneau (distribution anneau).We now refer to FIG. 4 in which is illustrated an example of a supervisor 400 which can be used in the device illustrated in FIG. 3. The supervisor 400 illustrated in FIG. 4 corresponds to the supervisor 300 of FIG. 3. In practice, the supervisor can be included in a case. The housing includes for example two first input / output interfaces 411, 412, connected to a computing unit 410 included in the housing. Input / output interfaces 411, 412 are used to send a signal calculation unit 410 to the outside of the box, to a radio antenna or a controller box for example. The calculation unit 410 includes a memory for recording in particular the data coming from the sensors. The memory makes it possible to preserve the data even in the absence of power. This memory can be a flash memory for example. The capacity of this memory depends on the volume of data to be recorded, that is to say on the number of measurements (typically one measurement per minute and per cell) and on the time required between two checks. The housing may further include an input / output interface 413 intended to be connected to a positioning system. The calculation unit 410 is connected to a switcher 420 also included in the housing. The switch 420 is connected to N input / output interfaces 421, 422, 423, 424, 425 intended to be connected to the sensors. The calculation unit controls the switch 420 to connect to a particular sensor. In this way, the calculation unit can interrogate all the sensors successively. Of course, the calculation unit 410 can just as easily be directly connected to the input / output interfaces 421, 422, 423, 424, 425 without going through a switcher. This requires that the computing unit 410 has sufficient inputs / outputs. According to an alternative embodiment, the function performed by the switch 420 can be performed in software. The calculation unit 410 is then connected to the sensors by a network, this network possibly having a star structure (star distribution) or a ring structure (ring distribution).
On se réfère maintenant à la figure 5 sur laquelle est illustré un exemple de capteur 500 pouvant être utilisé dans le dispositif illustré figure 3. Le capteur 500 illustré figure 5 correspond à l'un des capteurs 310, 311 , 312 de la figure 3. Le capteur 500 comprend une unité de calcul 510, un moyen de mesure 530 relié à l'unité de calcul 510, et une interface d'entrée / sortie 520 reliée à l'unité de calcul 510. L'interface d'entrée / sortie 520 est destinée à être reliée à un superviseur 300, tel que le superviseur 400. La liaison entre le capteur 500 et le superviseur 400 peut être avec fil (câble coaxial ou fibre optique par exemple) ou sans fil (liaison radio par exemple). Une première extrémité de la liaison est reliée à l'interface d'entrée / sortie 520 du capteur 500. L'autre extrémité est reliée à l'une des interfaces d'entrée / sortie 421 , 422, 423, 424, 425 du superviseur 400. Le moyen de mesure 530 permet notamment de mesurer le niveau de la cargaison dans la cuve sur laquelle est placé le capteur 500. Ce moyen de mesure peut être un système comprenant un flotteur d'une part, placé dans la cuve, dont le mouvement est contraint par des rails verticaux. Un tel système comprend un senseur d'autre part, pour mesurer l'altitude du flotteur. Le moyen de mesure 530 peut aussi être une matrice de capacités immergée dans la cuve. Le niveau de la cargaison est déterminé à partir des propriétés diélectriques de celle-ci. Il existe d'autres moyens de mesures pouvant être utilisés dans le capteur 500. Ces moyens de mesures, tel que les jauges à bases de fibres optiques, ou les jauges par mesure de pression, sont décrit dans la littérature. L'homme de l'art pourra aller chercher des éléments techniques dans le brevet US 5,251 ,482 de Bâtes et al.Reference is now made to FIG. 5 in which is illustrated an example of sensor 500 which can be used in the device illustrated in FIG. 3. The sensor 500 illustrated in FIG. 5 corresponds to one of the sensors 310, 311, 312 of FIG. 3. The sensor 500 comprises a calculation unit 510, a measurement means 530 connected to the calculation unit 510, and an input / output interface 520 connected to the calculation unit 510. The input / output interface 520 is intended to be connected to a supervisor 300, such as the supervisor 400. The connection between the sensor 500 and the supervisor 400 can be wired (coaxial cable or optical fiber for example) or wireless (radio link for example). A first end of the link is connected to the input / output interface 520 of the sensor 500. The other end is connected to one of the input / output interfaces 421, 422, 423, 424, 425 of the supervisor 400. The measuring means 530 makes it possible in particular to measure the level of the cargo in the tank on which the sensor 500 is placed. This measuring means can be a system comprising a float on the one hand, placed in the tank, whose movement is constrained by vertical rails. Such a system includes a sensor on the other hand, for measuring the altitude of the float. The measuring means 530 can also be a capacity matrix immersed in the tank. The level of the cargo is determined from its dielectric properties. There are other measurement means that can be used in the sensor 500. These measurement means, such as gauges based on optical fibers, or gauges by pressure measurement, are described in the literature. Those skilled in the art will be able to find technical elements in patent US Pat. No. 5,251,482 of Bâtes et al.
Le capteur 500 peut contenir un moyen de chiffrement afin d'assurer l'intégrité des données transmises du capteur vers le superviseur. Le chiffrement des données permet de protéger le dispositif de contrôle contre des dégradations frauduleuses réalisées par des personnes assistées techniquement et agissant dans le navire même. Ces dégradations peuvent consister par exemple à:The sensor 500 can contain an encryption means in order to ensure the integrity of the data transmitted from the sensor to the supervisor. Data encryption protects the control system against fraudulent damage carried out by technically assisted persons acting on the ship itself. These degradations can consist, for example, of:
• remplacer un capteur par un équipement générant de fausses mesures ; • enregistrer les mesures transmises d'un capteur vers le superviseur 300, déconnecter le capteur et rejouer les mesures enregistrées ;• replace a sensor with equipment generating false measurements; • record the measurements transmitted from a sensor to the supervisor 300, disconnect the sensor and replay the recorded measurements;
• modifier les mesures enregistrées dans le superviseur 300.• modify the measurements recorded in the supervisor 300.
Le chiffrement peut être réalisé numériquement par l'unité de calcul 510. L'unité de calcul 510 chiffre les données, issues du moyen de mesure, avec un algorithme et des clés prédéterminées par exemple. Le message chiffré peut contenir avantageusement d'autres informations que les mesures, tel que :The encryption can be performed digitally by the calculation unit 510. The calculation unit 510 encrypts the data, coming from the measurement means, with an algorithm and predetermined keys for example. The encrypted message can advantageously contain information other than the measurements, such as:
• le numéro de série du capteur ;• the serial number of the sensor;
• le message de commande provenant du superviseur ; • un message d'état du capteur ;• the command message from the supervisor; • a sensor status message;
• une valeur de départ d'une suite pseudo-aléatoire calculée à partir des messages précédents ;• a starting value of a pseudo-random sequence calculated from previous messages;
• des nombres pseudo-aléatoires ; • des paramètres temps réels garantissant le bon fonctionnement du capteur, tel que le nombre de secondes écoulées depuis la dernière mise sous tension du capteur.• pseudo-random numbers; • real-time parameters guaranteeing the correct functioning of the sensor, such as the number of seconds elapsed since the last power-up of the sensor.
En d'autres termes, les réponses aux requêtes du superviseur peuvent dépendre notamment des données transmises dans les messages précédents. Le superviseur peut vérifier le message chiffré provenant d'un capteur, et notamment vérifier que :In other words, the responses to the supervisor's requests may depend in particular on the data transmitted in the previous messages. The supervisor can check the encrypted message from a sensor, and in particular check that:
• le numéro de série est celui attendu ;• the serial number is that expected;
• la valeur calculée à partir des messages précédents est correcte ; • les nombres aléatoires générés à partir de la valeur calculée sont corrects ;• the value calculated from previous messages is correct; • the random numbers generated from the calculated value are correct;
• les paramètres temps réels indiquent que le capteur fonctionne bien.• the real-time parameters indicate that the sensor is working well.
Ainsi, les moyens de chiffrement peuvent associer une clé variable aux mesures, telle qu'une valeur calculée à partir des messages précédents ou des paramètres temps réels. Il n'est alors plus possible de rejouer des mesures enregistrées. En effet, les mesures chiffrées varient alors que les mesures non chiffrées d'origine restent constantes.Thus, the encryption means can associate a variable key to the measurements, such as a value calculated from previous messages or real-time parameters. It is then no longer possible to replay recorded measurements. Indeed, the quantified measures vary while the original unencrypted measures remain constant.
Les messages peuvent être chiffrés en utilisant par exemple des algorithmes DES (de l'expression anglo-saxonne « Data Encryption Standard ») ou RSA (initiales des noms des inventeurs Rivest, Shamir, et Adleman). L'homme de l'art pourra aller chercher des éléments techniques relatifs aux algorithmes de chiffrement dans les documents suivants :The messages can be encrypted using for example DES algorithms (from the English expression “Data Encryption Standard”) or RSA (initials of the names of the inventors Rivest, Shamir, and Adleman). Those skilled in the art will be able to find technical elements relating to the encryption algorithms in the following documents:
• le livre « Applied Cryptography », 2eme édition, de Bruce Schneier, édité par John Wiley & Sons, 1996, ou son équivalent en français intitulé « Cryptographie Appliquée », du même auteur, édité par International• the book “Applied Cryptography”, 2 nd edition, by Bruce Schneier, published by John Wiley & Sons, 1996, or its French equivalent entitled “Cryptographie Appléquence”, by the same author, published by International
Thomson Publishing France, 1995 ;Thomson Publishing France, 1995;
• le livre « The Twofish Encryption Algorithm », de Niels Ferguson, Chris Hall, Davis Wagner, Doug Whiting, John Kelsey et Bruce Schneier, édité par John Wiley & Sons, 1999 ; • le brevet US 4,405,829, dit « brevet RSA », intitulé « Cryptographie Communications System and Method », de Ronald L. Rivest, Adi Shamir et Léonard M. Adlemand.• the book “The Twofish Encryption Algorithm”, by Niels Ferguson, Chris Hall, Davis Wagner, Doug Whiting, John Kelsey and Bruce Schneier, edited by John Wiley & Sons, 1999; • US patent 4,405,829, known as “RSA patent”, entitled “Cryptography Communications System and Method”, of Ronald L. Rivest, Adi Shamir and Léonard M. Adlemand.
Avantageusement, le capteur est intégré dans un boîtier sécurisé.Advantageously, the sensor is integrated in a secure housing.
Un boîtier sécurisé est un boîtier dont l'intégrité physique est garantie. Le bbîtier du capteur 500 contient un dispositif de détection d'ouverture par exemple. Ce dispositif peut être réalisé avec un ou plusieurs interrupteurs, placés dans le boîtier du capteur 500 et relié à l'unité de calcul 510. Ces interrupteurs détectent toute tentative d'ouverture du boîtier du capteur (en position fermée lorsque le boîtier est fermé, en position ouverture si le capot A secure box is a box whose physical integrity is guaranteed. The sensor housing 500 contains an opening detection device by example. This device can be produced with one or more switches, placed in the sensor housing 500 and connected to the calculation unit 510. These switches detect any attempt to open the sensor housing (in the closed position when the housing is closed, in the open position if the cover
du boîtier est soulevé par exemple). En cas d'ouverture, une alerte est enregistrée dans une mémoire de l'unité de calcul 510, ce qui modifie l'état du capteur par exemple. L'état du capteur 510 est envoyé au superviseur avec les mesures, ce qui permet de détecter une tentative d'altération du capteur. Le dispositif de détection d'ouverture peut être réalisé plus simplement à l'aide de scellées par exemple. En d'autres termes, un témoin d'ouverture du capteur ou du portillon de raccordement introduit directement une information dans la mémoire de celui-ci.the case is lifted, for example). In the event of opening, an alert is recorded in a memory of the calculation unit 510, which modifies the state of the sensor for example. The state of the sensor 510 is sent to the supervisor with the measurements, which makes it possible to detect an attempt to alter the sensor. The opening detection device can be produced more simply using seals, for example. In other words, an opening indicator of the sensor or of the connection gate directly introduces information into its memory.
On se réfère maintenant aux figures 6a et 6b sur lesquelles est représenté un exemple de capteur représenté figure 5 comprenant des moyens de mesures radar. Ce capteur, appelé radar de cuve, permet de mesurer le niveau d'un liquide avec une précision de l'ordre du millimètre. Les mesures réalisées avec ce capteur sont non intrusives (c'est à dire sans contact). De plus, ce capteur peut être utilisé sans risque dans les milieux explosifs, tel que les cuves de navires pétroliers. La Demanderesse a déjà mis au point un tel radar de cuve répondant au normes de Sécurité Intrinsèque (S.I.).Reference is now made to FIGS. 6a and 6b on which is shown an example of a sensor represented in FIG. 5 comprising means for radar measurements. This sensor, called tank radar, makes it possible to measure the level of a liquid with an accuracy of the order of a millimeter. The measurements made with this sensor are non-intrusive (that is to say without contact). In addition, this sensor can be used safely in explosive environments, such as the tanks of oil tankers. The Applicant has already developed such a tank radar meeting the Intrinsic Security (S.I.) standards.
L'antenne radar 640 peut être de type réseau imprimé par exemple. L'homme de l'art pourra chercher d'autres éléments techniques dans la demande de brevet FR 2,757,315, intitulée « Antenne à réseau large bande », de Jean-Pierre Daniel, Daniel Gaudin et Jean-Pierre David. Bien entendu, l'antenne radar 640 peut être un cornet, une tige ou de tout autre nature.The radar antenna 640 can be of the printed network type for example. Those skilled in the art will be able to search for other technical elements in patent application FR 2,757,315, entitled “Antenna with a broadband network”, by Jean-Pierre Daniel, Daniel Gaudin and Jean-Pierre David. Of course, the radar antenna 640 can be a horn, a rod or any other type.
Avantageusement, le radar fonctionne en bande X, de manière à traverser les hydrocarbures, et par conséquent permettre de mesurer l'épaisseur d'une couche d'hydrocarbures surnageant une couche d'eau.Advantageously, the radar operates in X band, so as to pass through the hydrocarbons, and consequently make it possible to measure the thickness of a layer of hydrocarbons supernatant a layer of water.
Avantageusement, le spectre couvre une bande large, par exemple de 1GHz ou plus de manière à effectuer des mesures de distance précises. L'angle d'ouverture de l'antenne 640 peut être de l'ordre de 5° à 20°. Grâce une bonne résolution résultant notamment de la largeur du spectre, il est possible de discriminer des échos peu écartés.Advantageously, the spectrum covers a wide band, for example of 1 GHz or more so as to perform precise distance measurements. The opening angle of the antenna 640 can be of the order of 5 ° to 20 °. Thanks to a good resolution resulting in particular from the width of the spectrum, it is possible to discriminate echoes that are not very far apart.
La partie active du radar, y compris l'antenne, peut se loger dans un disque compact par exemple de moins de 20cm de diamètre et 1 ,5cm d'épaisseur. Grâce à cette taille réduite, le coût de montage et de câblage du radar est réduit. Ce disque peut être protégé ensuite dans une structure robuste marine en inox. Avantageusement, pour simplifier l'assemblage, l'antenne 640, disque rigide, sert de support aux circuits électroniques :The active part of the radar, including the antenna, can be housed in a compact disc, for example less than 20cm in diameter and 1.5cm thick. Thanks to this reduced size, the cost of mounting and wiring the radar is reduced. This disc can then be protected in a structure robust stainless steel marine. Advantageously, to simplify assembly, the antenna 640, a rigid disk, serves as a support for the electronic circuits:
• un circuit hyperfrequence 630 ;• a 630 microwave circuit;
• un circuit comprenant par exemple une boucle à verrouillage de phase (PLL) et des traitements analogiques 620 ;• a circuit comprising for example a phase locked loop (PLL) and analog processing 620;
• un circuit de traitement numérique, ou unité de calcul 510.• a digital processing circuit, or 510 calculation unit.
L'unité de calcul 510 comporte un processeur de traitement du signal dit DSP (de l'expression anglo-saxonne « Digital Signal Processor ») 610, une mémoire 611 et des circuits de communication 612. Le DSP 610 est relié à la carte analogique 620, à la mémoire 611 , et aux circuits de communication 612. Les circuits de communication 612 sont reliés à l'interface d'entrée / sortie 520 du capteur 500. Le DSP réalise notamment les traitements nécessaires au chiffrement des mesures, et à la communication avec le superviseur 300. Le circuit de traitement analogique 620 comprend un convertisseur numérique / analogique 621 , un synthétiseur de signaux analogiques 622, un amplificateur 624, et un convertisseur analogique / numérique 623. L'unité de calcul 510 envoie des commandes numériques au circuit de traitement analogique 620. Ces commandes sont converties en signaux analogiques par le convertisseur 621 , lesquels agissent sur le synthétiseur 622. Le synthétiseur participe à la formation du signal émis par l'antenne 640. Le signal reçu par l'antenne est traité, après son passage dans le circuit hyperfrequence 630 par le circuit de traitement analogique 620. Dans le circuit de traitement analogique 620, il est amplifié par l'amplificateur 624, puis convertit en signaux numériques par le convertisseur 623. Ces signaux numériques sont alors transmis au DSP 610 de l'unité de calcul 510.The calculation unit 510 comprises a signal processing processor called DSP (from the English expression “Digital Signal Processor”) 610, a memory 611 and communication circuits 612. The DSP 610 is connected to the analog card 620, to the memory 611, and to the communication circuits 612. The communication circuits 612 are connected to the input / output interface 520 of the sensor 500. The DSP performs in particular the processing necessary for encrypting the measurements, and for communication with the supervisor 300. The analog processing circuit 620 comprises a digital / analog converter 621, an analog signal synthesizer 622, an amplifier 624, and an analog / digital converter 623. The calculation unit 510 sends digital commands to the analog processing circuit 620. These commands are converted into analog signals by the converter 621, which act on the synthesizer 622. The synthesizer participates e the formation of the signal emitted by the antenna 640. The signal received by the antenna is processed, after passing through the microwave circuit 630 by the analog processing circuit 620. In the analog processing circuit 620, it is amplified by the amplifier 624, then converts into digital signals by the converter 623. These digital signals are then transmitted to the DSP 610 of the calculation unit 510.
Le circuit hyperfrequence 631 comprend un générateur hyperfrequence 631 , un dispositif directif tel qu'un circulateur 633 et un mélangeur 632. Le générateur hyperfrequence 631 reçoit en entrée le signal analogique émis par le synthétiseur 622 du circuit analogique 620. Le générateur 631 émet alors un signal hyperfrequence, qui est transmis par l'intermédiaire du circulateur 633 à l'antenne 640 d'une part, et au mélangeur 632 d'autre part. On distingue deux voies (E) et (R), appelées respectivement voie d'émission et voie de réception. La voie d'émission (E) correspond au signal hyperfrequence généré par le générateur 631 et transmis par le circulateur 633 à l'antenne 640. La voie de réception (R) correspond au signal hyperfrequence réfléchi par la cuve et reçu par l'antenne, et transmis par le circulateur 633 au mélangeur 632. On se réfère maintenant aux figures 7a et 7b sur lesquelles est représenté le principe de fonctionnement d'un radar de cuve tel que celui représenté figures 6a et 6b. Un radar de cuve 700 est placé au sommet d'une cuve 710. Cette cuve 710 contient par exemple une couche d'hydrocarbure 711 , et une couche gazeuse 712 sur la couche d'hydrocarbure 711. Le radar de cuve 700 permet de mesurer la distance d entre le sommet de la cuve d'une part, et l'interface entre les couches de gaz 712 et d'hydrocarbure 711 d'autre part. En d'autres termes, le radar de cuve 700 permet de mesurer la distance jusqu'à la couche d'hydrocarbure 711. A partir de cette distance, de la connaissance de la géométrie de la cuve, et de l'assiette du navire, il est possible de déterminer le volume de la cargaison en hydrocarbure dans la cuve.The microwave circuit 631 comprises a microwave generator 631, a directive device such as a circulator 633 and a mixer 632. The microwave generator 631 receives as input the analog signal emitted by the synthesizer 622 of the analog circuit 620. The generator 631 then emits a microwave signal, which is transmitted via the circulator 633 to the antenna 640 on the one hand, and to the mixer 632 on the other hand. There are two channels (E) and (R), called respectively transmission channel and reception channel. The emission channel (E) corresponds to the microwave signal generated by the generator 631 and transmitted by the pump 633 to the antenna 640. The reception channel (R) corresponds to the microwave signal reflected by the tank and received by the antenna, and transmitted by the pump 633 to the mixer 632. Reference is now made to FIGS. 7a and 7b in which the operating principle of a tank radar such as that shown in FIGS. 6a and 6b is shown. A tank radar 700 is placed at the top of a tank 710. This tank 710 contains for example a layer of hydrocarbon 711, and a gas layer 712 on the layer of hydrocarbon 711. The tank radar 700 makes it possible to measure the distance d between the top of the tank on the one hand, and the interface between the layers of gas 712 and of hydrocarbon 711 on the other hand. In other words, the tank radar 700 makes it possible to measure the distance to the hydrocarbon layer 711. From this distance, from the knowledge of the geometry of the tank, and of the attitude of the ship, it is possible to determine the volume of the hydrocarbon cargo in the tank.
\ Le radar peut émettre un signal comprenant une série d'impulsions. La mesure du temps d'aller retour des impulsions permet de déterminer la distance d. Cependant, compte tenu du caractère explosible, l'énergie émise à chaque impulsion doit être limitée. De manière à avoir une précision acceptable de mesure, il est nécessaire de réaliser une post intégration longue. Or les niveaux sont mobiles sur un navire. Le temps d'intégration doit donc être limité de manière à éviter de dégrader la mesure à cause des mouvements dans la cuve. Cette limitation du temps d'intégration limite par conséquent la précision de la mesure.\ The radar can emit a signal comprising a series of pulses. The measurement of the pulse return time makes it possible to determine the distance d. However, given the explosive nature, the energy emitted on each pulse must be limited. In order to have an acceptable measurement accuracy, it is necessary to carry out a long post integration. The levels are mobile on a ship. The integration time must therefore be limited so as to avoid degrading the measurement due to movements in the tank. This limitation of the integration time consequently limits the accuracy of the measurement.
Avantageusement, la mesure de distance d s'effectue avec un signal modulé en fréquence selon une rampe FMCW (de l'expression anglo- saxonne « Frequency Modulation Continuous Wave »). Cette solution technique permet de résoudre le problème de précision de mesure. En effet selon cette technique, un signal de faible énergie permet d'obtenir une mesure précise.Advantageously, the distance measurement d is carried out with a frequency modulated signal according to an FMCW ramp (from the English expression "Frequency Modulation Continuous Wave"). This technical solution solves the problem of measurement accuracy. Indeed, according to this technique, a low energy signal makes it possible to obtain an accurate measurement.
\ Un exemple du signal FMCW 720 émis est représenté sur la figure\ An example of the FMCW 720 signal sent is shown in the figure
7b. La cuve réfléchit un signal 731 , de même nature, mais décalé dans le temps. Le décalage temporel est proportionnel à la distance d que l'on cherche à mesurer. Le signal émis 720 et le signal réfléchi 730 sont r élangés par le mélangeur 630 du radar illustré figure 6a et 6b.7b. The tank reflects a signal 731, of the same kind, but shifted in time. The time difference is proportional to the distance d that we seeks to measure. The transmitted signal 720 and the reflected signal 730 are mixed by the mixer 630 of the radar illustrated in FIGS. 6a and 6b.
Le signal résultant du mélange donne une information de fréquence Δf. Ce signal comprend une composante haute fréquence (double de la fréquence émise) et une composante basse fréquence appelée signal vidéo. La composante très haute fréquence ne passe généralement pas à travers la chaîne de traitement analogique (mélangeur, amplificateur opérationnel). La composante basse fréquence, c'est à dire le signal vidéo, comprend l'information de fréquence Δf. Avantageusement, on peut utiliser un filtre tel qu'un filtre passe bande pour couper les bandes de fréquences inutiles correspondant à du bruit. Il est possible aussi d'utiliser un filtre numérique pour extraire la fréquence du signal vidéo, tel qu'un filtre FFT (de l'expression ango-saxonne « Fast Fourier Transform ») par exemple. La fréquence Δf vérifie la relation suivante :The signal resulting from the mixing gives frequency information Δf. This signal includes a high frequency component (twice the transmitted frequency) and a low frequency component called the video signal. The very high frequency component generally does not pass through the analog processing chain (mixer, operational amplifier). The low frequency component, ie the video signal, includes the frequency information Δf. Advantageously, a filter such as a bandpass filter can be used to cut the unnecessary frequency bands corresponding to noise. It is also possible to use a digital filter to extract the frequency of the video signal, such as an FFT filter (from the Ango-Saxon expression "Fast Fourier Transform") for example. The frequency Δf checks the following relation:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Dans la relation (1), Δf représente l'écart de fréquence entre le signal émis 720 et le signal réfléchi 730, a et b sont des constantes, d est la distance que l'on cherche à déterminer, et fd représente une fréquence Doppler. La constante b dépend notamment de la conception de la carte hyperfrequence et de l'antenne. Le signal démodulé résultant du mélange est numérisé par le circuit analogique 620 puis transmis par l'unité de calcul 510 sous forme chiffrée au superviseur 300. Avantageusement, le signal émis 720 comporte une succession de rampes montantes 721 et descendantes 722. La rampe montante 721 suivie d'une rampe descendante 722 permet d'éliminer la fréquence Doppler provenant des mouvements de surface. La fréquence Doppler fd en effet change de signe dans la relation (1) entre les rampes montantes 721 et les rampes descendantes 722. On peut utiliser un oscillateur commandé en tension, connu sous l'abréviation anglo-saxonne VCO (abréviation pour « Voltage Controlled Oscillator »), pour générer un tel signal hyperfrequence en forme de rampe.In equation (1), Δf represents the frequency difference between the transmitted signal 720 and the reflected signal 730, a and b are constants, d is the distance that one seeks to determine, and f d represents a frequency Doppler. The constant b depends in particular on the design of the microwave card and the antenna. The demodulated signal resulting from the mixing is digitized by the analog circuit 620 and then transmitted by the calculation unit 510 in encrypted form to the supervisor 300. Advantageously, the transmitted signal 720 comprises a succession of rising ramps 721 and descending 722. The rising ramp 721 followed by a downward ramp 722 eliminates the Doppler frequency from surface movements. The Doppler frequency f d indeed changes sign in the relation (1) between the rising ramps 721 and the falling ramps 722. It is possible to use a voltage controlled oscillator, known by the English abbreviation VCO (abbreviation for “Voltage Controlled Oscillator ”), to generate such a ramp-shaped microwave signal.
Afin d'améliorer la précision de la mesure, la rampe de fréquence émise doit être le plus linéaire possible. La relation entre la précision de la mesure et la linéarité de la rampe est donnée dans la formule de Woodward. Il existe dans la plupart des VCO des non linéarités tension fréquence, et des dérives avec la température de fonctionnement. Avantageusement, on utilise un circuit PLL pour asservir la fréquence émise. De cette manière, la mesure reste toujours aussi précise, même après un long moment entre deux escales du navire par exemple.In order to improve the accuracy of the measurement, the frequency ramp transmitted must be as linear as possible. The relationship between the accuracy of the measurement and the linearity of the ramp is given in Woodward's formula. In most VCOs there are non-linearities in voltage frequency, and drifts with the operating temperature. Advantageously, a PLL circuit is used to slave the transmitted frequency. In this way, the measurement remains always as precise, even after a long time between two stopovers of the ship for example.
L'homme de l'art pourra chercher d'autres éléments techniques dans les documents suivants :Those skilled in the art can look for other technical elements in the following documents:
• la demande de brevet FR 2,692,681 intitulée « Procédé de discrimination d'obstacles à partir d'un radar, et applications » de Gilbert Année, Pascal• patent application FR 2,692,681 entitled “Method of discriminating obstacles from a radar, and applications” by Gilbert Année, Pascal
Cornic , et Patrick Garrec ;Cornic, and Patrick Garrec;
• la demande de brevet FR 2,682,235 intitulée « Procédé et dispositif d'annulation de l'erreur de phase sur le déphasage entre les signaux d'entrée et de sortie d'une boucle à verrouillage de phase. » de Daniel Gaudin et Alain Leclere-Ailain ;• patent application FR 2,682,235 entitled “Method and device for canceling the phase error on the phase shift between the input and output signals of a phase locked loop. By Daniel Gaudin and Alain Leclere-Ailain;
On se réfère maintenant aux figures 8a et 8b sur lesquelles est représenté un exemple de signal réfléchi par une cuve contenant des hydrocarbures. Le signal réfléchi est mélangé avec le signal émis. Il résulte de ce mélange un signal 900 représentée figure 8a. On appelle ce signal 900 un signal vidéo. En d'autres termes, le signal vidéo 900 résulte du mélange des signaux hyperfrequence correspondant à l'onde émise d'une part et à l'onde réfléchie d'autre part. Le signal vidéo 900 a une amplitude A et une fréquence Δf. L'amplitude A dépend du coefficient de réflexion de la couche d'hydrocarbures. La fréquence Δf dépend de la distance d entre le radar et la couche d'hydrocarbures. Le spectre 910 du signal vidéo 900 est représenté sur la figure 8b. Ce spectre présente un pic 911 à la fréquence Δf. Les fréquences étant proportionnelles aux distances, on représente le spectre en fonction d'une distance. La hauteur de ce pic correspond à l'amplitude A, la position de ce pic à la distance d. En d'autres termes, le spectre du signal vidéo contient une information sur la distance d d'une part, et d'autre part sur la nature du produit (coefficient de réflexion des hydrocarbures). Il est possible de discriminer avec l'amplitude du signal vidéo des produits de famille différentes, c'est à dire ayant une racine chimique différente. On se réfère maintenant aux figures 9a et 9b sur lesquelles est représenté un exemple de signal vidéo correspondant à une cuve contenant de l'eau. Le signal vidéo 1000 correspondant à la réflexion sur de l'eau ressemble à celui 900 représenté sur les figures 8a et 8b. Le signal vidéo 1000 a une amplitude A'. L'amplitude A' dépend du coefficient de réflexion de l'eau. Le coefficient A' est supérieur au coefficient A (dans cet exemple de 15 dB), toutes choses étant égales par ailleurs. En effet, l'eau présente une réflexion totale tandis que les hydrocarbures ont une réflexion partielle. On retrouve cette différence dans le spectre 1010 du signal vidéo 1000. Le pic 1011 correspondant à la réflexion sur l'eau est supérieur à celui 911 sur les hydrocarbures. En d'autres termes, les coefficients de réflexion des ondes électromagnétiques sur un hydrocarbure et sur l'eau sont très différents. A une distance donnée, l'amplitude du signal vidéo dépend de la nature de la cargaison. Ainsi, la mesure d'une propriété physique (coefficient de réflexion p^r exemple) relative à la nature de la cargaison permet de discriminer des cargaisons différentes. Pour la surveillance des navires pétroliers, ceci permet de remarquer une vidange de cuve, même si le niveau de la cargaison semble constant.Reference is now made to FIGS. 8a and 8b in which is shown an example of a signal reflected by a tank containing hydrocarbons. The reflected signal is mixed with the transmitted signal. The result of this mixture is a signal 900 shown in FIG. 8a. This signal 900 is called a video signal. In other words, the video signal 900 results from the mixture of the microwave signals corresponding to the emitted wave on the one hand and to the reflected wave on the other hand. The video signal 900 has an amplitude A and a frequency Δf. The amplitude A depends on the reflection coefficient of the hydrocarbon layer. The frequency Δf depends on the distance d between the radar and the hydrocarbon layer. The spectrum 910 of the video signal 900 is shown in Figure 8b. This spectrum has a peak 911 at the frequency Δf. The frequencies being proportional to the distances, the spectrum is represented as a function of a distance. The height of this peak corresponds to the amplitude A, the position of this peak at the distance d. In other words, the spectrum of the video signal contains information on the distance d on the one hand, and on the other hand on the nature of the product (coefficient of reflection of the hydrocarbons). It is possible to discriminate with the amplitude of the video signal products of different families, that is to say having a different chemical root. Reference is now made to FIGS. 9a and 9b in which an example of a video signal corresponding to a tank containing water is shown. The video signal 1000 corresponding to the reflection on water resembles that 900 shown in Figures 8a and 8b. The video signal 1000 has an amplitude A '. The amplitude A 'depends on the reflection coefficient of the water. The coefficient A 'is greater than the coefficient A (in this example by 15 dB), all other things being equal. Indeed, water has a total reflection while hydrocarbons have a partial reflection. This difference is found in the spectrum 1010 of the video signal 1000. The peak 1011 corresponding to the reflection on water is higher than that 911 on hydrocarbons. In other words, the reflection coefficients of electromagnetic waves on a hydrocarbon and on water are very different. At a given distance, the amplitude of the video signal depends on the nature of the cargo. Thus, the measurement of a physical property (reflection coefficient for example) relating to the nature of the cargo makes it possible to discriminate between different cargoes. For the monitoring of oil tankers, this makes it possible to notice an emptying of the tank, even if the level of the cargo seems constant.
On se réfère maintenant aux figures 10a, 10b et 10c sur laquelle sont représentés une cuve contenant de l'eau et une couche d'hydrocarbure, le signal vidéo correspondant à cette cuve, et le spectre du signal vidéo. Une cuve 1110 contient une couche d'hydrocarbure 1113 et de l'eau 1114. La couche d'hydrocarbure 1113 est plus légère que la couche d'eau 1114. Il y a deux dioptres dans la cuve 1110 : • un premier dioptre D1 entre du gaz 1112 et la couche d'hydrocarbure 1113, • un second dioptre D2, sous le premier dioptre D1 , entre la couche d'hydrocarbure 1113 et l'eau 1114.Reference is now made to FIGS. 10a, 10b and 10c in which are shown a tank containing water and a layer of hydrocarbon, the video signal corresponding to this tank, and the spectrum of the video signal. A tank 1110 contains a layer of hydrocarbon 1113 and water 1114. The layer of hydrocarbon 1113 is lighter than the layer of water 1114. There are two diopters in tank 1110: • a first diopter D1 between gas 1112 and the hydrocarbon layer 1113, • a second diopter D2, under the first diopter D1, between the hydrocarbon layer 1113 and water 1114.
Un radar 1100 est placé au sommet de la cuve 1110. Ce radar permet de mesurer les distances d1 avec le dioptre D1, et d2 avec le dioptre D2 simultanément. En effet, les ondes électromagnétiques émises par le radar se propagent à travers le gaz 1112. Elles sont partiellement réfléchies par le premier dioptre D1 à la distance d1. La partie non réfléchie se propage avec pertes à travers la couche d'hydrocarbure 1113. Cette partie est entièrement réfléchie par le second dioptre D2 à la distance d2. Le signal vidéo 1120 résultant de ces deux réflexions est représenté figure 10b. Ce signal vidéo comprend un mélange de deux fréquences correspondant aux distances d1 et d2. L'enveloppe basse fréquence du signal vidéo 1120 a une fréquence proportionnelle à l'épaisseur de la couche d'hydrocarbure 1113, c'est à dire d2 - d1. Le spectre 1130 du signal vidéo 1120 est représenté figure 10c. Ce spectre comprend deux pics 1131 et 1132 aux distances d1 et d2. Le radar 1100 permet donc de mesurer l'épaisseur en surface d'un produit de décantation, c'est à dire la couche d'hydrocarbure 1113. La mesure à travers un milieu de décantation (compris entre D1 et D2) de l'ordre de 3 mètres est encore parfaitement exploitable. Avantageusement, l'épaisseur apparente est corrigée de l'écart de vitesse de propagation dans les hydrocarbures, qui est une fonction connue de la constante diélectrique des hydrocarbures.A radar 1100 is placed at the top of the tank 1110. This radar makes it possible to measure the distances d1 with the diopter D1, and d2 with the diopter D2 simultaneously. Indeed, the electromagnetic waves emitted by the radar propagate through the gas 1112. They are partially reflected by the first diopter D1 at the distance d1. The non-reflected part propagates with losses through the hydrocarbon layer 1113. This part is entirely reflected by the second diopter D2 at the distance d2. The signal Video 1120 resulting from these two reflections is shown in Figure 10b. This video signal comprises a mixture of two frequencies corresponding to the distances d1 and d2. The low-frequency envelope of the video signal 1120 has a frequency proportional to the thickness of the hydrocarbon layer 1113, that is to say d2 - d1. The spectrum 1130 of the video signal 1120 is shown in FIG. 10c. This spectrum includes two peaks 1131 and 1132 at distances d1 and d2. The radar 1100 therefore makes it possible to measure the surface thickness of a decantation product, that is to say the hydrocarbon layer 1113. The measurement through a decantation medium (between D1 and D2) of the order of 3 meters is still perfectly usable. Advantageously, the apparent thickness is corrected for the difference in propagation speed in the hydrocarbons, which is a known function of the dielectric constant of the hydrocarbons.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux exemples précédents. Dans ces exemples, les mesures issues des capteurs sont mémorisées dans le superviseur. Ces mesures peuvent être aussi mémorisées dans les capteurs eux-mêmes. Dans ce cas, elles seront transmises des capteurs vers le superviseur lors d'une interrogation par une autorité de contrôle.Of course, the invention is not limited to the previous examples. In these examples, the measurements from the sensors are stored in the supervisor. These measurements can also be stored in the sensors themselves. In this case, they will be transmitted from the sensors to the supervisor during an interrogation by a control authority.
Bien entendu, il est possible d'utiliser d'autres types de capteurs qlie des radars. Par ailleurs, il est possible d'utiliser des capteurs radars ayant une conception différente. Par exemple, la rampe de fréquence n'est pas nécessairement asservie par un circuit PLL. A la place du circuit PLL, le radar peut comprendre un moyen d'étalonnage de la mesure de distance.Of course, it is possible to use other types of sensors such as radars. Furthermore, it is possible to use radar sensors having a different design. For example, the frequency ramp is not necessarily controlled by a PLL circuit. Instead of the PLL circuit, the radar may include a means of calibrating the distance measurement.
Avantageusement, les mesures peuvent être aussi transmises non chiffrées pour être utilisées par le personnel de bord. Ainsi, les capteurs peuvent avoir deux utilités : • permettre de contrôler la cargaison du navire,Advantageously, the measurements can also be transmitted unencrypted for use by the on-board staff. Thus, the sensors can have two uses: • to control the cargo of the ship,
• et permettre au personnel de bord de gérer la cargaison lors des livraisons par exemple.• and allow flight attendants to manage the cargo during deliveries, for example.
En d'autres termes, l'invention permet notamment de vérifier des cargaisons et leurs mouvements dans les transports maritimes d'hydrocarbures. A cet effet, des données relatives à la cargaison sont enregistrées. Avantageusement, l'enregistrement est effectué dans des supports de type « boîte noire » infalsifiables. Les données transmises peuvent contenir des informations de cargaison datées, une identification du navire et des cuves, et la position géographique obtenue par un système GPS embarqué.In other words, the invention makes it possible in particular to verify cargoes and their movements in maritime transport. hydrocarbons. For this purpose, data relating to the cargo is recorded. Advantageously, the recording is carried out in tamper-proof “black box” type supports. The data transmitted may contain dated cargo information, an identification of the vessel and the tanks, and the geographical position obtained by an on-board GPS system.
Un ou plusieurs capteurs sont utilisés pour mesurer et enregistrer le niveau et la nature de la cargaison de manière répétitive. La fonction « boîte noire » est obtenue par l'enregistrement sur un support informatique des mouvements de cargaison dans les cuves. Cet enregistrement a lieu lors des traversées ou lors des transactions. L'inertie des opérations de vidage, de remplissage, voire de dégazage permet un simple échantillonnage périodique. Ceci évite d'enregistrer des données redondantes et permet de réduire la capacité mémoire nécessaire. Cette mémorisation peut se faire dans un superviseur relié aux capteurs ou dans les capteurs eux-mêmes.One or more sensors are used to measure and record the level and nature of the cargo repeatedly. The “black box” function is obtained by recording on a computer support the movements of cargo in the tanks. This recording takes place during crossings or during transactions. The inertia of emptying, filling and even degassing operations allows simple periodic sampling. This avoids recording redundant data and makes it possible to reduce the memory capacity required. This memorization can be done in a supervisor connected to the sensors or in the sensors themselves.
Les données peuvent être consultées par un contrôleur assermenté. Celui-ci utilise par exemple un boîtier comprenant une interface pouvant être reliée au superviseur. Avantageusement, le contrôleur s'identifie avec un code d'accès. Il peut alors interroger le superviseur, recopier les données mémorisées, et mettre la mémoire à zéro. L'analyse des enregistrements par des spécialistes permet la déduction d'éventuels dégazages illégaux. De plus, un suivi en temps réel est possible grâce à une transmission Hertzienne, tel qu'un dispositif d'émission / réception de type GSM. Les capteurs peuvent être des radars de cuves par exemple. Ces capteurs permettent d'effectuer des mesures avec une précision millimétrique. De plus, ils permettent de distinguer la nature du liquide en fonction de l'amplitude du signal réfléchi. On peut distinguer l'eau des hydrocarbures notamment. Ceci permet de détecter des opérations de lavage de cuve plus facilement qu'avec l'enregistrement des niveaux seuls. Par ailleurs, de tels capteurs radars permettent de mesurer dans les cuves de décantation, l'épaisseur du produit pétrolier (hydrocarbures) à la surface du liquide décanté.The data can be consulted by a sworn controller. This uses for example a box comprising an interface which can be connected to the supervisor. Advantageously, the controller identifies himself with an access code. He can then interrogate the supervisor, copy the memorized data, and reset the memory. The analysis of the recordings by specialists allows the deduction of any illegal degassing. In addition, real-time monitoring is possible thanks to a Hertzian transmission, such as a GSM type transmission / reception device. The sensors can be tank radars for example. These sensors allow measurements to be made with millimeter precision. In addition, they make it possible to distinguish the nature of the liquid as a function of the amplitude of the reflected signal. We can distinguish water from hydrocarbons in particular. This makes it easier to detect tank washing operations than recording levels alone. In addition, such radar sensors make it possible to measure in the settling tanks, the thickness of the petroleum product (hydrocarbons) at the surface of the decanted liquid.
Afin d'éviter les falsifications des données enregistrées, les mesures peuvent être chiffrées dans les capteurs. De plus, les interventions physiques sur les capteurs (tentatives d'ouvertures) peuvent être enregistrées. In order to avoid falsification of the recorded data, the measurements can be encrypted in the sensors. In addition, the interventions physical on the sensors (attempts to open) can be recorded.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle de la cargaison d'un navire caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :1. A method of controlling the cargo of a ship, characterized in that it comprises at least the following steps:
(a) une étape de mesure du volume de la cargaison contenue dans au moins une cuve réalisée de manière répétitive ;(A) a step of measuring the volume of the cargo contained in at least one tank made repeatedly;
(b) une étape de mémorisation des résultats des mesures de l'étape (a) ;(b) a step of memorizing the results of the measurements of step (a);
(c) une étape de transmission des mesures mémorisées à l'étape (b) à une autorité chargée du contrôle de la cargaison.(c) a step of transmitting the measurements stored in step (b) to an authority responsible for checking the cargo.
2. Dispositif de contrôle de la cargaison d'un navire caractérisé en ce qu'il comprend au moins :2. Device for controlling the cargo of a ship, characterized in that it comprises at least:
(a) au moins un capteur, embarqué dans le navire, pour mesurer le volume de la cargaison contenue dans au moins une cuve ;(a) at least one sensor, on board the vessel, for measuring the volume of the cargo contained in at least one tank;
(b) une unité de calcul, embarquée dans le navire, agissant sur le(s) capteur(s) pour déclencher des mesures répétitives et mémoriser les résultats ;(b) a calculation unit, on board the ship, acting on the sensor (s) to trigger repetitive measurements and store the results;
(c) une interface d'entrée / sortie, reliée à l'unité de calcul, pour transmettre les mesures mémorisées à une autorité chargée du contrôle de la cargaison.(c) an input / output interface, connected to the calculation unit, for transmitting the stored measurements to an authority responsible for monitoring the cargo.
3. Dispositif de contrôle selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'unité de calcul est reliée fonctionnellement à un système de positionnement, enregistre les positions du navire avec les mesures, et les transmet avec les mesures à l'autorité chargée du contrôle.3. Control device according to claim 2 characterized in that the calculation unit is functionally connected to a positioning system, records the positions of the ship with the measurements, and transmits them with the measurements to the authority responsible for control.
4. Dispositif de contrôle de cargaison selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'unité de calcul enregistre la date et l'heure avec les mesures, et les transmet avec les mesures à l'autorité chargée du contrôle.4. Cargo control device according to claim 3 characterized in that the calculation unit records the date and time with the measurements, and transmits them with the measurements to the authority responsible for the control.
5. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le(s) capteur(s) mesure(nt) aussi au moins une propriété physique relative à la nature de la cargaison pour permettre de discriminer différentes cargaisons. 5. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (s) also measure at least one physical property relating to the nature of the cargo in order to discriminate between different cargoes.
6. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un (des) moyen(s) de chiffrement est (sont) associé(s) au(x) capteur(s) pour chiffrer les résultats des mesures.6. Control device according to one of the preceding claims characterized in that one (of) means (s) of encryption is (are) associated (s) with (x) sensor (s) to encrypt the results of the measurements.
7. Dispositif de contrôle selon la revendication précédente caractérisé en ce que le(s) moyen(s) de chiffrement associe(nt) une clé variable aux mesures, pour que les mesures chiffrées varient lorsque les mesures non chiffrées restent constantes.7. Control device according to the preceding claim, characterized in that the encryption means associate a variable key to the measurements, so that the encrypted measurements vary when the unencrypted measurements remain constant.
8. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le(s) capteur(s) est (sont) placé(s) dans un module de sécurité, pour garantir leur intégrité physique.8. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (s) is (are) placed (s) in a security module, to guarantee their physical integrity.
9. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la transmission des données à l'autorité chargée du contrôle se fait par des ondes radio, que le navire soit en mer ou à quai.9. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission of data to the authority responsible for control is by radio waves, whether the ship is at sea or at the quay.
10. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la transmission des données à l'autorité chargée du contrôle se fait par connexion d'un boîtier d'un contrôleur à l'unité de calcul.10. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission of the data to the authority responsible for the control takes place by connection of a box of a controller to the calculation unit.
11. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le(s) capteur(s) est (sont) un (des) radar(s) de cuve.11. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (s) is (are) one (of) tank radar (s).
12. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le(s) capteur(s) (est) sont associé(s) à un moyen de mesure de l'assiette du navire pour que les mesures de volume restent fiable même si le navire n'est pas horizontal.12. Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (s) (is) are associated with a means of measuring the attitude of the ship so that the volume measurements remain reliable even if the ship is not horizontal.
13. Radar de cuve destiné à être utilisé pour mettre en œuvre le procédé de la revendication , caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission d'ondes hyperfréquences, lesdites ondes comprenant une succession de rampes montantes (721) et descendantes (722), de manière à éliminer la fréquence Doppler sur une surface mobile.13. Cellar radar intended to be used to implement the method of claim, characterized in that it comprises means for transmitting microwave waves, said waves comprising a succession of rising (721) and descending (722) ramps, so as to eliminate the Doppler frequency on a moving surface.
14. Radar de cuve selon la revendication 12 caractérisé en ce que les moyens d'émissions sont asservis en fréquence, de manière à avoir des' mesures toujours précises même après un long moment. 14. Radar tank according to claim 12 characterized in that the emission means are controlled in frequency, so as to have ' measurements always precise even after a long time.
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