Brevet FR2038184A1 — publié le 19710108

i 2038184 Cette invention concerne un système :1e survaillance électronique» Les facilités offertes par la présente invention permettent l'interrogation ai aire ou codée.. par ondes d ' information radio et/ou acoustiques,, de répondeurs passifs préparés par un appareil 5 détecteur éloigné. L'application prévue de 13 invention est la prévention du vol des marchandises d'as magasins ou entrepots, des livres dans les librairxes ou g'objecs appropriés dans les usines ou autres lieux, en munissant ces objets d°un répondeur et en plaçant un récepteur 10 couvrant chaque sortie afin de pouvoir détecter le passage non autorisé de tels objets munis d'un répondeur, par chaque issue. Le principe de base du fonctionnement de tout système interrogateur de répondeur passif est le suivant de l'énergie sous une forme quelconque est transmise au répondeur par une unité 15 émfettetir-antenne d'émission, Cette énergie est ensuite traitée d'une façon quelconque dans le répondeur, et l'énergie résultante est retransmise par le répondeur sous forme d'un signal de réponse. Cette énergie de réponse est ensuite détectée., traitée de façon appropriée et l'information en est extraite par une unité sensible 20 récepteur-antenne de réception. Le principe de tous les systèmes interrogateurs est caractérisé par le fait que l'énergie de réponse très faible du répondeur doit être distinguéede l'énergie beaucoup plus forte de l'émetteur, ou énergie d'interrogation. Cette distinction peut être obtenue par diverses méthodes? la 25 présente invention utilise une méthode qui atteint le résultat voulu en incorporant dans le répondeur un moyen susceptible de changer le type de l'énergie, de sorte que l'énergie de réponse soit un type différent de celui de l'énergie d'interrogation. Par exemple, dans la système décrit plus loin, l'énergie d'inter-30rogation a la forme d'une énergie acoustique tandis que l'énergie de réponse a la forme d'une énergie de champ magnétique. Pour fonctionner (a) les répondeurs sont passifs, avec un© durée d'existanee 35 en stock infinis , peuvent être lus de façon non- destructive et sont durables dans diverses conditions d'environnement et de manipulation, sont petits et pan coûteux à fabriquer. (b> Les répondeurs peuvent a\?oir n' importe quelle orientation par rapport à l'appareil détectaur et peuvent être situés â 40distance considérable de celui-cic peuvent être en mouvement, et 70 11979 2038184 peuvent être séparés du détecteur par des écrans optiquement opaques. (c) Le signal peut être distingué des signaux parasites de fond produits accidentellement par 15 environnement du répondeur 5 qui est interrogé. La distinction des signait parasites et l'encodage de l'information se fait en choisissant une coasbinaison du type d'énergie d'interrogation et du typa dr énergis de réponse de sorte qu'en dehors du répondeur, les objets existants dans la nature ne iO possèdent pas la combinaison nécessaire de caractéristiques leur permettant de recevoir le tjpe d'énergie d'interrogation, pour transformer cette énergie en un type correct d'énergie de réponse puis de réfléchir cette énergie de réponse de façon correcte. Afin de faciliter la compréhension de la nature de l'invention, 15 une forme de celle-ci est décrite ci-après au moyen _d'exemples et avec référence aux dessins annexés, dans lesquels ? La Figure 1 est un schéma synoptique montrant les composant? essentiels du système; La Figure 2 est une isométrique d'une carte répondeuse 20 destinée au système; Les Figures 3 et 4 sont des vues en plan et en élévation de la carte répondeuse avec davantage de détails, et La Figure 5 représente une forme d'électrode destinée au résonateur incorporé dans le répondeur; 25 La Figure 6 est un schéma synoptique d'un système à impulsions. Le système qui sera décrit est prévu pour la détection de la présence d'un répondeur seulement à une distance de un mètre, comme cela peut être nécessaire par exemple dans un système anti-vol. 3G Le principe général du système est de prévoir dans la carte répondeuse un moyen de réception de l'énergie sous forme acoustique, de transformation de celle-ci en énergie électromagnétique,de réflexion de celle-ci comme énergie électromagnétique ou plus précisément dans ce cas comme énergie magnétique. Etant donné 35 que l'énergie eet émise sous forme acoustique, et que la réponse du répondeur se fait dans une forme d'énergie différente, à savoir magnétique, il est donc possible de séparer la faible réponse du répondeur du signal d'interrogation puissant qui est émis. 70 11979 3 2038184 Les composants essentiels du système sont représentés par le schéma synoptique de la Figure 1. Le système se compose de : (a) Un oscillateur l^'une puissance de 100 W et de fréquence 100 -KHz. 5 (b) Une unité 2 antenne acoustique-transducteur approprié d'énergie électrique en énergie acoustique, (résonateur piézo-électrique au titanate de baryum par exemple, couplé à l'atmosphère par un cornet acoustique) et qui est pilotée par l'oscillateur de puissance 1 et rayonne une énergie acoustique 10 dans l'air en excitant le volume dans lequel on désire détecter le répondeur. (c) Un répondeur 3 décrit de façon détaillée plus loin. (d) une paire de bobines magnétiques 4 reliée à un récepteur sensible 5 qui détecte le champ magnétique de réponse produit 15 par le répondeur quand il est excité par le champ acoustique. Le dessin isométrique de la Figure 2 représente la structure d'un répondeur passif approprié. Le répondeur consiste en une carte en matière plastique interne 6 dont la dimension approximative est 50,8 x 25,4 mm et qui sert de protection et de substrat 20 de support aux éléments sensibles internes. Des couvertures en carton 7 et 8, suffisamment minces pour être pratiquement transparentes au rayonnement acoustique de 100 KHz, sont collées sur chaque face de la carte en matière plastique. D'autres détails du répondeur sont représentés sur les Figures 3 et 4. Sur la 25 Figure 3, la carte en matière plastique 6 et l'élément sensible 5 sont représentés avec les couvertures en carton 7 et 8 enlevées. La détection da 1'énergie acoustique se fait grâce à son action produisant une vibration résonnante d'un résonatnur 9 de mode flexionnel à 100 KHz. Dans cet exemple, le résonateur 9 30 sera considéré comme étant en quartz,on peut utiliser cependant tout autre matériau ayant des propriétés mécaniques appropriées, un faible amortissement acoustique et un coefficient piézoélectrique élevé . On utilise le mode de vibration flexionnel pour diminuer le niveau d'impédance acoustique du résonateur, 35 et pour obtenir ainsi un meilleur accord d'impédance acoustique avec l'air. Les dimensions approximatives du résonateur 9 sont les suivantes 1,5 cm de long, 0,75 cm de large, et 0,254 mm d'épaisseur. Le résonateur 9 est inséré dans une découpe de la carte en matière plastique 6, entre les couvertures en carton 40 7 et 8 mais sans être en contact avec celles-ci.- Afin d'obtenir 70 11979 4 2038184 un amortissement minimum par son support, il est maintenu aux point nodaux du mode de vibration flexionnel par quatre nervures en saillie des bords de la découpe pratiquée dans la carte en matière plastique. 5 Des électrodes appropriées sont plaquées sur le résonateur 9, une forme possible d'électrode étant représentée par la Figure 5, de façon telle que l'énergie acoustique vibratoire dans le résonateur soit transformée en énergie électrique disponible entre les électrodes 10 et 11 grâce aux propriétés piézo-électriques 10 quartz. Cette énergie électrique, ou plus précisément le courant de déplacement piézo-électrique entre les électrodes 10 et 11, produit un courant dans un enroulement 12 de 10 tours et ayant une section de 6,45 cm2 branché entre les électrodes 10 et 11. L'enrou-15 lement 12 est commodément reproduit à la surface de la carte en matière plastique 6 au moyen de techniques de circuit imprimées bien connues. Le champ magnétique produit par cette circulation du courant dansltenroulement 12 est alors détecté par la paire de bobines Helmohltz 4 et par le récepteur 5, ce qui permet la 20 détection de la présence du répondeur, selon besoin. Les calculs démontrent que les pertes de puissance se produisant dans les diverses parties du parcours 3e transmission globale entre l'émetteur et le récepteur sont les suivants : (a) Perte de propagation acoustique entre l'antenne de 25 l'émetteur acoustique 2 et le résonateur acoustique ou antenne de réception 9 du répondeur, - 41db. (b) Absorption sur le parcours acoustique entre l'antenne d'émission acoustique et le répondeur, 3db. (c) Perte de conversion acoustique - électrique dans le 30 résonne 9, -lodb. (d) Perte de propagation magnétique entre la puissance réactive disponible aux électrodes de sortie 10 et 11 du résonateur 9 et la puissance réelle induite magnétiquement dans la paire de bobines réceptrices 4, -75db. 35 La perte totale sur le parcours de transmission est donc de 129db. La largeur de bande de bruit du récepteur est de 1000 Hz. Des largeurs de bande plus faibles ne sont pas possibles en raison du glissement acoustique Doppl'er associé à une personne 40 portant le répondeur à travers le champ. Le niveau de bruit 70 11Q79 2038184 d'entrés résultant du récepteur pariu-ttant une valeur de bruit dv» récepteur de 3ûh ast - .171 mm. Avec une puissance émise de ❖20 ôfcïïi 2 s r,i"7es.i; d'entrée du signal au récepteur est de ÎOS dbw. X:© rapport. £ "-.g^Eî/b:r:31 ■>. au récepteur est donc de S2db et le 5 systès© n*» pas Il eîulfr'-'S cert&inss variantes évidentes de l'exemple décrit sa c?£t*il ci-dessue pouvant être effectuées pour une adaptation à des appllestions particulières. Certaines de celles-ci sont les suivantes : 10 (a) la fréquence de fonctionnement du système peut être diminuée ou augmentée, La diminution de la fréquence améliore le rapport signal/bruit du système, toutefois la dimension du répondeur est également augmentée. Lr augementation de la fréquence diminue de rapport signal/bruit du système et diminue la dimension des répon-15 deurs. L'atténuation des ondes acoustiques dans 1* air augmente également avec la fréquence et ceci présente 11 avantage important d'augmenter la discrimination du système contre les signaux parasites des répondeurs situés en dehors du volume du détection voulu étant donné que ces signaux sont affectés par une atténua-20 tien due à la plus grande longueur du parcours de propagation acoustique. Par exemple, pour une fréquence de fonctionnement de 200 KHss 1 "atténuation acoustique dans- l'air est de 8 db/m. Par conséquent, les signaux des répondeurs extérieurs peuvent être atténués de S âfo/ss cia la distance. qui les sépare du volume de 25 détection. (h) Grâce à la réversibilité, le système peut également fonctionner en sens inverse ce qui fait que 1'énergie de champ magnétique peut être transmise au répondeur par la paire de bobines 4, transformes et réfléchie sous forme d*énergie acoustique par le 30 répondeur, et cette énergie acoustique est reçue par l'antenne du transducteur acoustique 2. Cette variants du sytème peut présenter des avantages dans les installations ou le niveau du bruit du champ magnétique atmosphérique est supérieur au niveau de bruit acoustique de l'atmosphère. Le niveau de bruit acoustique 35 atmosphérique est normalement faible à 100 KHz et diminue progressivement avec 11 augmentation des fréquences en raison de l'atténuation acoustique de l'air à de telles fréquences. (c)Bes changements peuvent être apportés â la puissance de l'émetteur. 40 (d) Comme indiqué pies sn glissement 70 11979 2038184 acoustique Doppler, des largeurs de banâe de réception inférieures à 1000 Ez sont impossibles. Par conséquent, le rapport signal/ bruit du système ne peut pas être augmenté par 1 ' -"nploi da largeurs de bande de réception étroite s.Cependant f pour la même 5 puissance moyenne d'émission; il est possible d*obtenir une augmentation du rapport signal/brait effectivement équivalente • à celle obtenue par le réfcréoisseraeîïfc de la largeur de bande du récepteur par une émission par impulsions avec un déclenchement périodique synchrone du récepteur. La largeur d'impulsion de 1Q 1s émetteur sera déterminé© par la largeur de bande du récepteur, et'la fréquence de .répétition des impulsions par la vitesse de déplacement d'un répondeur à travers le volume de détection. Pour une puissance moyenne Cémission constante, le rapport signal/bruit est augmente par le rapport de la période de répéti-15 tion des impulsions divisée par la largeur de l'impulsion. Pour le mode de réalisation particulier décrit ici, des valeurs correc~ tes sont une longueur d'impulsion d'émission de 6 m/sec., une période de répétition des impulsions de 300 m/sec., avec un déclenchement synchrone du récepteur pour une période de 3 m/sec. 20 suivant de 3 ra/sec. le début de chaque impulsion d'émission. Un mode de réalisation particulier d'un tel système d'impulr* sionsest représente par la Figure 6, les principaux composants étant ï (1)lîu maître oscillateur 13 d'une puissance de lw pour une 25 fréquence de 100 KHs. (2) On amplificateur de puissance à déclenchement périodique 14, lOO KHz, 37 dh, qui fournit une puissance moyenne de 100 W quand il est dëeisneïîê par Is générateur d'impulsionslS, avec une puissance de pointe de s kW à Ieunité antenne 21. I»' amplif ica-3û teur 14 est déclenché pour une période d'impulsion de 6 m/sec avec une période de répétition d'iiupulsionsde 300 m/sec. par le générateur d'impulsions 15. (3) Une unité 21 antenne acoustique et transducteur d'énergie électrique en énergie acoustique, qui est pilotée par l'amplifi- 35 cateur de puissance 14 et rayonne de l'énergie acoustique dans l'air en excitant le volume dans lequel on désire détecter le répondeur. (4) Un répondeur 22 identique au répondeur 3 précédemment décrit. 4Q fSj pais© & babines si&gtiàtiçpes 24 reliées, à un récepteur 70 11979 7 2038184 sensible 18 qui détecte le champ magnétique de réponse produit par le répondeur quand il est excité par le champ acoustique. La largeur de bande du récepteur 18 est de 1000 Hz. (6) Une porte 19 suivant le récepteur 18 qui est déclenchée 5 par le générateur d'impuis iors 17 pour une période de 3 m/sec. suivant de 3 m/sec. le début de chaque impulsion d'émission. (7) Une unité détecteur-amplificateur final 20 ayant une largeur de bande de 1000 Hz qui actionne un système d'alarme approprié si la sortie du détecteur dépasse un certain niveau 10 limite au cours de la période de déclenchement. (8) Un générateur d'impulsionsmultivibrateur astable 15 qui fournit une impulsion de 6 m/sec. ,ayant une fréquence de répétition d'impulsions de 300 m/sec. à l'amplificateur à déclenchement périodique 14 plus une impulsion de déclenchement au 15 générateur à retard 16 synchronisée avec le bord d'attaque de l'impulsion de déclenchement de 14. (9) Un générateur d'impulsionsmultivibrateur monostable 16 qui est déclenché par l'impulsion de déclenchement en provenance de 15 et qui fournit par conséquent une seconde impulsion de 20 déclenchement au générateur d'impuisions17 avec un retard de 3 m/sec. sur l'impulsion de déclenchement en provenance de 15. (10)Un générateur d'impulsionsmonostable 17 qui est déclenché par l'impulsion de déclenchement retardé en provenance de 16 et qui fournit une impulsion de déclenchement d'une durée de 25 3 m/sec. à la porte 1S du récepteur. (e) L'emploi d'un système d'impuisionstel que décrit au paragraphe (d) ci-dessus permet également au système d'éliminer les retours parasites en provenance des répondeurs situés en dehors du volume de détection voulu en tenant compte de la durée 30 de propagation acoustique plus longue vers ces répondeurs éloignés. Par exemple, pour une longueur d'impulsion d'émission de 6 m/sec. et un intervalle de déclenchement du récepteur de 3 m/sec. comme indiqué au paragraphe (d) ci-dessus, les retours des répon-35 deurs situés à des distances supérieures à 1,80 mètre sont éliminées . Le mode de réalisation particulier décrit ici a eû recours à un résonateur en matériau piézo-électrique dans le'répondeur, qui transforme l'énergie acoustique sur l'énergie électrique 40 grâce à l'effet piézo-électrique. Il est également possible 70 11979 8 2038184 d'utiliser un résonateur en matériau magnétostrictif qui transforme l'énergie acoustique reçue en énergie électrique grâce à l'effet de magnétostriction. Dans ce dernier cas le moment magnétique variable induit dans le matériau magnétostrictif serait détecté 5 directement par une paire de bobines 4 de réception et il ne serait pas nécessaire d'avoir une bobine d'émission 12 sur le répondeur. 70 11979 9 2038184 REVENDICATIONS 1. Un système de surveillance électronique possédant un émetteur d'une première forme d'énergie, un répondeur passif destiné à être fixé sur un objet à placer sous surveillance, le répondeur 5 ayant un moyen pour recevoir un signal dudit émetteur et pour émettre un signe.1 de réponse, et un récepteur pour la réception et le traitement dudit signal de réponse, le système étant caractérisé par le fait qu'il est prévu dans le répondeur un moyen par lequel ladite première forme d'énergie est utilisée 10 pour produire et émettre un signal de réponse dans une seconde forme d'énergie, le récepteur étant construit et disposé pour recevoir ladite seconde forme d'énergie tout en étant insensible à ladite première forme d'énergie. 2. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 15 1, caractérisé par le fait que la première forme d'énergie est l'énergie acoustique et que la seconde forme d'énergie est l'énergie électromagnétique. 3. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que la première forme d'énergie est 20 l'énergie électromagnétique et que la seconde forme d'énergie est 1'énergie acoustique. 4. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que.l'émetteur est à impulsions et que le récepteur est déclenché périodiquement en synchronisme pour 25 l'obtention d'un rapport signal/bruit réduit. 5» Un système de surveillance électronique selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que ledit moyen prévu dans le répondeur consiste en un résonateur piézo-électrique dont la sortie électrique est envoyée à une antenne située sur le répondeur. 30 6. Un répondeur pour système de surveillance électronique selon la Revendication 1, destiné à être fixé sur un objet à placer sous surveillance, le répondeur ayant un moyen de réception d'un signal dans ladite première forme d'énergie, de transformation de celui-ci en un signal dans ladite seconde forme d'énergie et 35 d'émission d'un signal de réponse dans ladite seconde forme d'énergie. 7. Un répondeur selon la Revendication 6, caractérisé par le fait que ledit moyen comprend un résonateur piézo-électrique dont la sortie est envoyée à une antenne située sur le répondeur. 8. Un répondeur selon la Revendication 7, caractérisé par le 40 fait qu'il consiste en une carte en matière plastique, en un 70 11979 O 2038184 résonateur piézo-électrique inséré dans une découpe de ladite carte pour vibrer selon un mode flexionnel quand il est excité par l'énergie acoustique, des électrodes étant reliées à la surface dudit résonateur piézo-électrique, lesdites électrodes étant connectées électriquement à une antenne formée à la surface de 5 la carte.