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 Le système de codage en morse de la M60

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Voir aussi :  De la montgolfière à la radiosonde moderneLe Wettermuseum de Lindenberg - La radiosonde M60Examen d'une radiosonde ancienne : l'émetteur à tube de la M60La radiosonde ancienne DrGraw H50 - Une radiosonde autrichienne des années 50 -     


Le rôle d'une radiosonde est de transmettre par radio la valeur d'une grandeur physique : pression, température, humidité... Mais la valeur mesurée par le capteur de pression n'est pas exprimée en bars ou en pascals, c'est la variation d'épaisseur d'une capsule de Vidi par rapport à la pression de référence, celle utilisée lors de la calibration du capteur. Cette variation d'épaisseur devra être traduite en signaux utilisables pour moduler ou découper la porteuse de l'émetteur emporté par la radiosonde. Bien sûr, ces signaux devront pouvoir être traduits en valeur de pression après leur réception au sol.


Les contraintes

Un système de codage doit répondre aux impositions suivantes :
- coût de fabrication le plus bas possible
- volume et masse les plus faibles possibles
- grande résolution pour permettre une précision suffisante
- excellente fidélité, pour qu'une mesure issue d'un capteur soit toujours codée de la même façon
- possibilité de transmettre un nombre suffisant de mesures par minute
Et, ce qui a poussé les ingénieurs de la société Dr Graw de choisir le code morse : un système de décodage sûr, rapide et ne réclamant pas d'appareils sophistiqués.

Description du système de codage de la M60

La M60 (photo ci-contre) mesure pression, température et humidité. Les capteurs T et U sont placés dans une cheminée métallique extérieure, le capteur de pression est à l'intérieur du boîtier. Elle est apparue vers le milieu des années 1960 et a été utilisée jusque dans les années 80
Le système de codage de la M60 a hérité son principe de celui de la H50, le modèle Graw des années 1950. Il a été conçu dès le début des années 1940 et breveté en 1942.
Le coeur du système de codage est un tambour tournant sur son axe, entraîné par un petit moteur électrique par l'intermédiaire d'une démultiplication. Ce tambour a la forme d'un demi-cylindre excentré de 30 mm de diamètre et de 65 mm de longueur.
Le tambour est fabriqué dans une tôle d'aluminium finement striée d'environ 500 sillons et recouverte par endroit d'un vernis isolant de couleur verte dessinant un motif géométrique que nous examinerons plus bas. Le pas entre deux sillons est de 0,13mm.
Chacun des capteurs, que ce soit le bilame servant de thermomètre, le cheveu permettant de mesurer l'humidité ou les deux capsules de Vidi utilisées pour mesurer la pression, est équipé d'un levier terminé par une pointe très fine. La course des leviers est calculée pour décrire presque toute la longueur du cylindre.
Lorsque le cylindre tourne, la pointe choisit le sillon qui lui convient le mieux et y reste jusqu'à son extrémité, un demi-tour plus tard. Lorsque la pointe frotte sur la surface non vernie, le contact électrique s'établit et l'émetteur transmet un point ou un trait.
Bien sûr, les trois pointes sont décalées, déjà pour des raisons mécaniques, pour que les leviers ne se percutent pas et ensuite pour transmettre chaque mesure tour-à-tour. L'humidité est transmise d'abord, puis la température et enfin la pression. Un silence d'un demi-tour est ensuite observé pendant lequel les pointes sont libérées de leur sillon et chaque levier peut tourner librement sans que la mesure soit gênée.
Le principe de codage étant le même pour les trois types de mesure, on va se contenter de voir en détail le cas de la pression, le capteur de pression étant le plus visible dans son ensemble.


Le capteur de pression

Il est constitué de deux capsules de Vidi (rep.
C) différentes pour élargir la gamme de mesure et améliorer la précision. Lorsque la pression diminue, le poussoir axial (rep. P) fixé au centre de la capsule du dessus agit sur un petit levier (rep. M) qui fait pivoter l'axe repère A. Le ressort R maintient M et P en contact même pendant les mouvements brusques de la sonde. La rotation de l'axe A se traduit par un mouvement tournant du levier (rep. L) agissant comme l'aiguille d'un galvanomètre. Le contrepoids (rep. CP) compense la masse du levier L.

  
 A : axe
 C : capsules de Vidi
 CP : contrepoids pour compenser la masse du levier
 L : levier amplifiant la déformation des capsules
 M : petit levier transmettant à l'axe les mouvement du poussoir
 P : poussoir
   A : axe
 C : capsules de Vidi
 L : levier amplifiant la déformation des capsules
 M : petit levier
 P : pointe formant contact électrique avec le tambour
 T : tambour de codage
 Th : levier du capteur thermométrique


Le tambour de codage

On devine sa forme demi-cylindrique sur la photo ci-dessus à droite (rep.
T). Le profil du bord d'attaque est prévu pour un atterrissage en douceur de la pointe. Comme les radiosondes sont généralement à usage unique, il n'y a pas à craindre les effets de l'usure du vernis. Le signal d'une M60 enregistré par Bernard F4FUS et Stéphane F1SRX donne une idée médiocre de ce que pouvait entendre un radiosondeur dans les années 1960 à 1980, le signal était sans doute bien plus pur mais le rythme devait être comparable à ce qu'on peut entendre ici. La vitesse de manipulation est confortable, suffisamment rapide pour que l'opérateur puisse lire globalement chaque caractère.
Le tambour fait un tour en une dizaine de secondes, avec une vitesse de montée de 300m/mn on peut estimer que la sonde transmettait un groupe de mesures tous les 50 mètres, ce qui faisait quand même jusqu'à 320x3 mesures à traduire en clair pour la partie de l'atmosphère intéressant les météorologistes, environ 16000m (100hPa).
Il y a environ 500 sillons sur le tambour, ce qui signifie que la gamme de température, mettons de -70°C à +30°C soient 100°C pour simplifier, sera transmise théoriquement avec une résolution de 0,2°C. Cette résolution peut être jugée suffisante quand on sait que le capteur est un bilame métallique. Pour la pression, et a fortiori l'humidité, cette résolution est largement suffisante.
Lorsque la pointe-curseur d'un des leviers a choisi son sillon, il n'en sort normalement plus avant que le tambour ait terminé sa demi-rotation. Au moment où la pointe se trouvera en contact avec la partie non recouverte par le vernis, le contact va s'établir. Selon le sillon un caractère morse particulier sera émis. Sur la photo ci-dessous à droite, on voit que la pointe, ayant suivi la direction de la flèche jaune et traversé la première frise, aura manipulé d'abord un trait puis un point, c'est à dire la lettre "N". Mais si elle avait pris un des sillons adjacents c'est aussi un "N" qui aurait été manipulé. Ce "N" correspond en fait à un paquet de 10 sillons et c'est la deuxième frise, celle d'où sort la pointe sur la photo, qui va permettre de préciser le numéro du sillon particulier. Ici, par pur hasard, c'est encore un "N" qui va être manipulé.

  
 C : capsules de Vidi
 L : levier amplifiant la déformation des capsules
 M : moteur électrique
 P : pointe formant contact électrique avec le tambour
 T : tambour de codage
   Lors de la rotation du tambour la pointe (à droite de la photo) parcourt le sillon dans lequel elle se trouve dans le sens des flèches jaunes en établissant le contact électrique avec la masse du tambour suivant une séquence du code morse.


Complément pour les lecteurs non radiotélégraphistes

Le code morse est composé de traits, de points... et de silences. Un espace entre deux signes (points ou traits) dure autant qu'un point, la durée d'un trait est égal à trois fois celle du point et le silence entre deux caractères dure aurant qu'un trait. Pour émettre un "S" on enverra trois points, tout le monde sait cela, même sans avoir été scout.
Les lettres à connaître en morse pour être radiosondeur dans un centre utilisant des M60 sont les suivantes :
t : trait
i : point point
s : point point point
n : trait point
d : trait point point
m : trait trait
u : point point trait
h : point point point point
r : point trait point
a : point trait
Sur la figure ci-contre, la pointe est fixe et le tambour tourne dans le sens de la flèche verte, vers la gauche. Tout se passe comme si la pointe se déplaçait dans le sens de la flèche jaune, vers la droite. Au moment où elle passe sur la partie métallisée, elle rencontre d'abord une bande large et le contact électrique dure le temps d'un trait (rep. t sur la figure) puis, pendant un court instant (la durée d'un point) le contact va s'interrompre avant de reprendre à nouveau pour la durée d'un point (rep. p). Un trait et un point correspondent bien à un N.
On peut s'étonner que le technicien doivent savoir le morse, en fait l'apprentissage est très rapide (il n'y a que 10 lettres à connaître) et dix ou vingt heures d'entraînement devraient suffire à un opérateur peu doué pour savoir "lire au son" correctement la transmission d'une M60.
Comme le rythme de transmission est lent, il n'est pas trop difficile d'écrire dans un tableau les groupes de caractères qui vont se succéder pendant une heure.


Réception des mesures et décodage

Une fois sous tension la radiosonde émet des séries de trois mots de deux caractères chacun. Un simple récepteur et un opérateur capable de "lire au son" suffisent pour recevoir les données transmises. L'alphabet à connaître est réduit à 10 lettres : t, i, s, n, d, m, u, h, r, a
Un groupe de mesures, soit 6 caractères morse, est transmis toutes les huit à douze secondes, le nombre de caractères transmis par minute est de 30 à 45.
Selon la grandeur transmise (P, T ou U) et en tenant compte de la calibration correspondante, il est facile quoique fastidieux de traduire ces groupes de caractères respectivement en hectopascals ou en degrés. Il faut toutefois tenir compte du contexte de la mesure car une combinaison de deux caractères peut représenter jusqu'à 5 valeurs différentes car, comme on le voit sur la photo ci-dessus, après le "a" on recommence à "t"...

Un exemple de transmission : ".AA..SH........UM..AA..SH"

Bibliographie

The invention and development of the radiosonde par Dubois, Multhauf et Ziegler - Smithsonian Institution 2002
Die Entwicklung der deutschen Radiosonden von 1930 - 1955 par F. Trenkle (DFVLR) - 1982