Brevet FR2004155A1 — publié le 19691121

20Ô41S5 Dans certaines circonstances, et peut être surtout dans les travaux utilisant des explosifs, on a grandement besoin d'un procédé objectif d'avertissement de l'éclatement de l'orage avec une marge de temps suffisamment raisonnable pour que diffé-5 rentes mesures puissent être prises afin d'éviter les dégâts et blessures et, surtout, afin d'évacuer le personnel. La présente invention concerne un procédé de ce genre et un dispositif pour sa mise en oeuvre. Dans les systèmes connus d'avertissement contre 10 l'orage, on détecte d'une part le champ électrique quasi-statique qui se présente entre les charges électriques d'un nuage orageux et le sol et, d'autre part, les impulsions du rayonnement électromagnétique se situant dans la bande spectrale des fréquences radioélectriques correspondant aux ondes longues, et qui sont 15 transmises par les coups de foudre se produisant dans les orages ambiants complètement développés. Après amplification, les signaux de mesure provenant des détecteurs provoquent individuellement le déclenchement de signaux visuels ou audibles, pour lesquels il s'est avéré approprié d'avoir deux seuils, alerte et 20 alarme respectivement, permettant ainsi d'interrompre les travaux dangereux qui peuvent par exemple accroître le danger d'explosion et de se préparer à une évacuation consécutivement au signal d'alerte, alors que le périmètre de sécurité est immédiatement et inconditionnellement évacué consécutivement au signal d'alerme 25 Pour détecter les impulsions de rayonnement, ces systèmes connus utilisent un fil d'antenne suspendu de façon classique, et ayant une grande longueur, à savoir de l'ordre de quelques dizaines de mètres. Un inconvénient manifeste de ce procédé réside dans le danger accru de coups de foudre dans l'appareil, que le fil 33 d'antenne produit. Un autre point faible de ces formes de réalisations connues s'avère être leur sensibilité aux perturbations provenant non seulement des éclairs des coups de foudre lointains, mais aussi de sources de rayonnement situées à leur proximité, par exemple, de machines où se produisent des décharges 25 par étincelles. Les déficiences mentionnées ci-dessus sont en grande partie réduites au moyen de la présente invention. Ce résultat est obtenu en combinant les signaux de mesure provenant de différents détecteurs de telle manière dans un système élec-40 tronique logique que le circuit d'alarme ne puisse être déclenché 69 07678 2 2004155 par les impulsions de rayonnement à des fréquences radioélectri-ques que lorsque ces dernières se répètent dans un intervalle de temps prédéterminé ou bien sont combinées avec des impulsions simultanées se situant dans une autre bande du spectre, de préfé-5 rence du spectre optique, ou avec un champ électrique quasi-statique ayant un niveau d'intensité prédéterminé. La fonction alarme n'est pas seulement déclenchée par ces combinaisons j elle est également déclenchée uniquèment lorsque ledit champ électrique dépasse un niveau prédéterminé plus élevé. Dans un 20 exemple de réalisation pratique, le détecteur de champ peut être constitué de façon appropriée par un condensateur et un diaphragme tournant placé devant le condensateur et fonctionnant selon le principe dit "du moulin à champs électrique", ledit diaphragme étant disposé dans une antenne captant les impulsions de rayon-15 nement à des fréquences radioélectriques correspondant aux ondes longues, et qui est spécifiquement prévue à cet effet. Ce système de détection, conçu comme un ensemble, a une IlctïitCUX correspondant sensiblement à la taille humaine normale. Il en résulte une diminution sensible du danger des coups de foudre dans 2D l'appareil, et des avantages pour sa mise en place en d'autres endroits, par rapport aux réalisations antérieures indiquées ci-dessus qui comportent des antennes séparées classiques captant les ondes longues. L'utilisation d'autres bandes du spectre que celles 25 du domaine des fréquences radioélectriques correspondant aux ondes longues, comme il a été mentionné ci-dessus, entraîne une amélioration sensible, rendue possible par la présente invention. Dans le domaine optique, une grande partie des décharges de la foudre est masquée lorsqu'elles se produisent dans ou entre les 30 nuages. C'est pourquoi ce domaine ne peut être utilisé comme seule information pour déclencher une alarme consécutive aux impulsions de rayonnement. Cependant, grâce à la présente invention, la lumière provenant des éclaire non obscurcis, en parti» culier de ceux provoqués par la foudre tombant sur la terre, 35 intéressants du point de vue de l'avertissement, peut être utilisée en tant qu'information supplémentaire pour provoque^ une alarme déclenchée par une seule impulsion si celle-ci est présente a la fois dans les bandes du spectre correspondant au domaine optique et au domaine des fréquences radioélectriques® 40 La sécurité totale de fonctionnement du système en est accrue. 69 07678 3 2004155 Le fait de recueillir des impulsions répétées dans un intervalle de temps prédéterminé, comme il est indiqué ci-dessus, a pour effet de rendre possible l'utilisation des impulsions ou des trains d'impulsions du domaine des micro-ondes, qui précèdent 5 les coups de foudre. Dans ce cas, ces impulsions doivent naturellement être détectées par une antenne particulière captant les ondes mucrométriques, nommée détecteur de bruit. En pratique il convient de concevoir des dispositifs appliquant l'invention dans un nombre de réalisations de complexi-10 tés différentes dans le domaine des applications concernées. Pour les petits systèmes, mobiles et fonctionnant à la campagne, il convient d'employer la réalisation standard la plus simple, dans laquelle le système de détection est constitué, comme il a été indiqué ci-dessus, par un ensemble aisément transportable formé 15 ' par des détecteurs de champ et par une antenne captant les ondes longues. Pour des installations importantes et fixes, telles que les usines et les mines, la réalisation standard complétée avec le détecteur de bruit ou avec les détecteurs optiques, mentionnés ci-dessus, au moyen d'un système complénentaire simple. \ 20 D'autres caractéristiques de la présente invention ressortiront de ce qui suit et'ladite invention sera mieux comprise par la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d'exemple et représentée au dessin annexé dans lequel : 25 La figure 1 représente un schéma de blocs du dispo sitif de base suivant la présente invention ; La figure 2 représente sous la forme d'un schéma de blocs de circuits supplémentaires du dispositif de la figure 1 ; 30 La figure 3 représente un diagramme des temps pour les tensions du signal a des emplacements prédéterminés du schéma de blocs de la figure 1 ; La figure 4 représente un exemple de détecteur suivant la présente intention. 35" Le schéma de clocs représenté dans la figure 1 a sim plement pour objet d'illustrer les principes de la présente invention ; les composants classiques tels que les dispositifs d'alimentation, la batterie de réserve pour les interruptions de courant, les filtres passe-bande, les circuits d'amplifica-40 tions, etc, ont été omis. Un ensemble de détection 1 est relié 69 07678 2004155 au moyen de cables blindés, à un système électronique 2, à partir duquel un circuit avertisseur 3 peut être actionné et un circuit d'alarme 4 déclenché. La connexion à la terre 5 dudit ensemble de détection doit être fixée à une prise de terre séparée,dans 5 le sol, à l'endroit où ledit ensemble est placé, car la prise de terre 6 du circuit peut amener des perturbations depuis ce dernier aux signaux de mesure non amplifiés, et indiquer aux détecteurs de l'ensemble 1 de détection un potentiel de terre et une hauteur efficace d'antenne, inexacts. Un de ces détecteurs comprend un 10 dispositif 7, décrit en détail ci-dessous, à partir duquel on obtient un signal de mesure proportionnel au signal de mesure du champ électrique quasi-statique, par exemple une tension sinusoïdale de 200 cycles par seconde, ledit signal proportionnel étant transmis respectivement à deux discriminateurs d'amplitude 8 et 9 15 ayant des niveaux de seuils différents. Ceux-ci peuvent être choisis par exemple de façon qu'un signal de sortie soit produit par le discriminateur 8 qui a le niveau le plus bas, pour des intensités du champ dépassant 1 kilovolt par mètre, tandis que le discriminateur 9 ne produira pas de signal de sortie avant 2D que la valeur de 2 kilovolts par mètre ne soit dépassée. Un signal de sortie provenant du discriminateur 8 est transmis d'une part au circuit d'avertissement 3 de façon à maintenir ce dernier en activité pendant un laps de temps donné sous l'effet du champ électrique quasi-statique et, d'autre part, est transmis à l'une 23 des entrées d'un circuit OU 10. Un signal de sortie provenant du discriminateur 9 déclenche le circuit d'alarme 4 qui n'est pas inactivé en raison du signal issu dudit discriminateur qui cesse de fonctionner, mais doit être mis hors circuit manuellement. Lorsqu'un coup de foudre éclate, le détecteur 11 de rayonnement 30 à des fréquences radio-électriques produit des impulsions qui sont introduites dans le discriminateur 12. Le détecteur 11 peut être par exemple constitué par un récepteur basse fréquence à large bande et le niveau de discrimination peut correspondre par exemple à un éclair normal d'un coup de foudre à une distance de 35 10 à 15 kilomètres. Une impulsion de rayonnement dépassant cette énergie produit une impulsion de signal à partir du discriminateur 12, ladite impulsion étant transmise séparément d'une part à un circuit ET 13 et d'autre part à un circuit à base de temps 14 constitué par deux bascules monostables, dénommées circuits 40 flip-flop monostables 15 et 16 respectivement, reliés en série, 69 07678 s 2004155 les signaux de sortie desdites bascules ayant des durées en rapport avec les périodes respectives t^ et t^ de la figure 3, après l'excitation des bascules. Le circuit flip-flop 15 est réglé par ladite impulsion de signal provenant du discriminateur 5 12, tandis que le circuit flip-flop 16 est réglé par le temps d'affaiblissement de l'impulsion du signal de sortie du circuit flip-flop 15. Les signaux mentionnés ci-dessus sont représentés sur la figure 3, V désignant la tènsion du signal et t sa durée. Les étroits rectangles sur la ligne A représentent les signaux 10 de sortie provenant du discriminateur 12, le rectangle sur la ligne B a une longueur correspondant à la durée t^ et représente le signal de sortie du circuit flip-flop 15, et le rectangle sur la ligne C a une longueur correspondant a la durée t^ et représente le signal de sortie du circuit flip-flop 16. Ce dernier 15 signal est transmis séparément d'une part au circuit d'avertissement 3, en continuant par là même a l'actionner pendent le temps %6' d'autre part à la seconde entrée dudit circuit OR, la sortie de ce dernier étant reliée à la seconde entrée dudit circuit HT 13. Un signal de sortie provenant de ce circuit déclenche le 20 circuit d'alarme 4 et c'est la raison pour laquelle cela ne se produit pas seulement lorsque l'impulsion de signal est transmise depuis le discriminateur 12 durant l'intervalle de temps pendant lequel le discriminateur 8 produit un signal* mais aussi lorsque deux impulsions consécutives de signal provenant du discrimina-25 teur 12 se produisent à un intervalle de temps supérieur à mais inférieur à t-^ + t-^g. Le but de cet intervalle de temps est de fournir une indication sur une impulsion isolée soit grâce à des impulsidns se succédant à un rythme élevé ou grâce à des trains d'impulsions issus de la même série de coups de foudre 33 ou de séries corrélatives dans un nuage orageux ou en provenance de sources des perturbations, soit grâce à des impulsions si espacées dans le temps que, selon toute probabilité, elles ne oroviennent pas d'un orage complètement développé. Dans une ferme de réalisation utilisée en pratiqué, t15 était choisi égal à 2 35 secondes et t^ égal à 100 secondes, comme cela s'avère convenir aux conditions nordiques. Afin de pouvoir l'utiliser dans des régions plus méridionnales, où les orages sont plus intenses, on peut remplacer le circuit a base de temps par un circuit possédant d'autres caractéristiques. 40 Comme cela a été mentionné, on peut adjoindre au 69 07678 2004155 dispositif indiqué ci-dessus d'autres détecteurs afin de réaliser des dispositifs plus complexes. Ainsi,le détecteur 11 des ondes longues peut être remplacé par ce qu'on appelle un détecteur de bruit. 5 De plus l'exemple de réalisation indiqué peut être complété avec un détecteur optique, dans lequel le système électronique logique de la figure 1 est muni d'un ensemble supplémentaire 18, conformément à la figure 2, et qui lui est relié, en établissant les liaisons A^-Ag, ^x-^2' ^l- 20 L'ensemble de détection 1, mentionné dans l'intro duction, utilisé dans l'exemple de réalisation de base et conçu suivant le principe dit " moulin à champ électrique" est illustré sur la figure 4, la référence 21 se rapportant au blindage, relié à la terre, de la plaque d'un condensateur 26 suspendu et isolé 25 dans une enveloppe métallique 32. Cette dernière est reliée au conduit 22 de l'antenne et en est un des éléments constitutifs. A l'intérieur du blindage 21, un moteur électrique 23 fait tourner un diaphragme 24, relié à la terre, afin de couper et de laisser passer alternativement le champ électrique par les 3D ouvertures 25 ménagées dans le blindage, relié à la terre, vers l'intérieur duquel ledit champ est dévié. Le moteur 23 est électriquement blindé afin de diminuer l'interférence du moteur avec la plaque 26 du condensateur, qui est suspendue aux isolateurs 35. Une tension alternative proportionnelle à l'intensité du $ champ électrique est produite dans ladite plaque par induction et elle est conduite par un câble blindé à la borne 27 située dans une boîte de connexions 33, reliée à la terre au moyen d'une tige 31. La boîte 33 est également munie d'une borne 28 de l'antenne, isolée en 29, et aussi d'une borne 30 pour l'alimentation 43 du moteur en courant. Une valve de dissipation 34 relie la borne 69 07678 7 20041SS 28 et la boîte 33, forme une protection de l'antenne et des circuits d'entrée contre les coups de foudre, et elle peut etre par exemple conçue de sorte qu'un court-circuit se produise, si la tension entre la borne 28 et la boîte 33 dépasse 330 volts, 5 par décharge dans ladite valve. Cela peut avoir pour conséquence de produire un courant allant jusqu'à 50 OOO ampères. Le fait que l'enveloppe métallique 32 forme une partie de l'antenne, a permis non seulement de protéger l'intérieur de l'ensemble de détection contre les influences des condi-10 tions atmosphériques et du vent, mais aussi de réduire sensiblement les dimensions de l'ensemble formé par le détecteur de champ et l'antenne par rapport aux dispositifs antérieurs. C'est pourquoi, en pratique, l'ensemble du détecteur et de l'antenne peut avoir, par exemple, une hauteur totale de 2 mètres. 69 07678 8 2004155 - REVENDICATIONS - 1. Procédé pour produire et diffuser une information, concernant le danger d'orages, selon deux étapes d'avertissement et d'alarme, à partir de données de mesure, caractérisé 5 par le fait que les signaux de mesure provenant d'un système de détecteurs sont combinés dans un système électronique logique de telle manière que ce dernier déclenche des signaux d'avertissement d'une part lorsque l'intensité du champ électrique environnant dépasse un seuil inférieur prédéterminé, et, d'autre 10 part, lorsqu'une impulsion ou un train d'impulsions occasionnel d'un rayonnement électromagnétique à des fréquences radio-électriques dépassant une énergie prédéterminée est détecté, mais déclenche, par contre, des signaux d'alarme lorsque ladite détection se répète dans un intervalle de temps prédéterminé ou 15 lorsque ladite détection se produit en même temps que la détection d'une impulsion du rayonnement optique dépassant une énergie prédéterminée ou en même temps que la détection d'un champ électrique dépassant ledit seuil inférieur, ou lorsque l'intensité du champ électrique dépasse le seuil prédéterminé le plus élevé. 20 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait quE la sortie d'un détecteur d'un champ électrique quasi-statique est reliée d'une part à l'entrée d'un discriminateur présentant un seuil prédéterminé inférieur et, d'autre part, à l'entrée d'un discri-25 minateur présentant un seuil prédéterminé élevé, que la sortie du premier discriminateur cité est reliée d'une part directement à un circuit d'avertissement et d'autre part à l'entrée d'un circuit OU, que, de plus, la sortie du second discriminateur cité est reliée directement à un circuit d'alarme, que la sortie d'un 30 détecteur du rayonnement à fréquences radioélectriques est reliée à l'entrée d'un autre discriminateur apte à percevoir les impulsions dont l'énergie dépasse un seuil prédéterminé, que la sortie du dernier discriminateur mentionné est reliée d'une part à une entrée d'un circuit ET, dont l'autre entrée est 35 connectée à la sortie dudit circuit OU, et d'autre part à l'entrée d'un circuit à base de temps dont la sortie est reliée d'une part à la seconde entrée dudit circuit OU et d'autre part audit circuit d'avertissement, et que la sortie dudit circuit ET est reliée à l'entrée dudit circuit d'alarme. 69 07678 9 2004155 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit à base de temps comporte deux circuits flip-flop monostables reliés en série. 4. Dispositif suivant la revendication 2, caracté-5 risé par le fait que la sortie d'un détecteur d'un rayonnement optique est relié à l'entrée d'un discriminateur, apte à discerner les signaux d'entrée correspondant à une intensité lumineuse dépassant un seuil prédéterminé, que la sortie dudit discriminateur est reliée' à une entrée d'un circuit ET dont la seconde 30 entrée est connectée à la sortie du discriminateur discernent les impulsions dont l'énergie dépasse un seuil prédéterminé, et que la sortie du circuit ET mentionné en dernier est reliée au circuit d'alarme. 5. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé 15 par le fait que les deux détecteurs mentionnés en premier est relié à la terre séparément de la liaison à la terre des trois premiers discriminateurs mentionnés, du circuit à base de temps, du circuit OU et du circuit ET mentionné en premier. 6. Dispositif suivant la revendication 2 et/ou la 2D revendication 4,caractérisé par le fait que ledit détecteur du champ électrique quasi-statique et/ou le détecteur de la radiation optique sont placés dans une enveloppe métallique reliée au conduit de l'antenne, pour en former un des éléments constitutif s. 25 7. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit détecteur du champ électrique quasi-statique comprend un condensateur de même qu'un diaphragme tournant juxtaposé audit condensateur, ledit diaphragme fonctionnant conformément au principe dit "du moulin à champ électrique" et étant 30 en outre placé dans une enveloppe métallique reliée au conduit de l'antenne, en formant un des éléments constitutifs.