Brevet FR2042404A1 — publié le 19710212

' _1~ 2042404 On connaît des détecteurs qui répondent à des variations d'un, champ électrostatique environnant. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique ÏT° 2 554 800 par exemple, on a décrit un ensemble de condensateurs et de tubes à déchar-5 ge gazeuse branchés de façon à établir deux circuits parallèles entre une source de p,otentiel alternatif et un circuit d'alarme. Chaque circuit parallèle comprend deux tubes à décharge gazeuse branchés en série et deux condensateurs branchés en série, la charge des condensateurs, qui. est assurée principalement par la source 10 de potentiel alternatif, contrôle l'amorçage des tubes à décharge gazeuse. Une antenne est branchée entre deux condensateurs reliés en série de manière que le champ électrostatique exploré par l'antenne commande également la charge de cette paire de condensateurs. Les capacités des condensateurs sont choisies de manière que nor-15 malement les tubes à décharge situés dans le circuit parallèle ne comprenant pas l'antenne soient amorcés en vue de court-circuiter le circuit passant par l'antenne et d'empêcher un amorçage des tubes se trouvant dans ce circuit. Cependant une personne se rapprochant de l'antenne modifie suffisamment la capacité pour amorcer 20 les tubes du circuit comprenant l'antenne et pour actionner le dispositif d'alarme. Une des difficultés rencontrées en pratique lors de l'utilisation d'un dispositif de cette nature comme détecteur d'intrus ou comme un appareil similaire détecteur de présence est que la sensi-25 bilité du dispositif doit être extrêmement grande pour pouvoir capter de très petites variations et produire cependant un signal utilisable en réponse à ces variations tout en ne réagissant pas à des variations normales se produisant dans l'environnement- dans des conditions normales. Des détecteurs d'intrus présentent généralement 30 un inconvénient du fait qu'il n'existe aucun moyen de se rendre compte de l'état du circuit de fonctionnement sans déclenchement de 1*alarme. Cela constitue évidemment un type de contrôle assez déconcertant lorsqu'on utilise une sonnerie bruyante ou une sirène pour sonner l'alarme. 35 L'invention concerne un circuit pour produire un signal à partir des courants captés et fournis par un détecteur d'un dispositif de détection d'intrus. Le détecteur électriquement conducteur est placé dans une zone à surveiller. Le circuit comprend un amplificateur opérationnel et des premiers moyens, ou circuits, pour produire un BAD ORIGÏÎ^ 70 16156 -2- 2042404 signal d'entrée en fonction du courant conduit par le détecteur«Le signal d'entrée est appliqué à l'entrée d'un amplificateur différentiel dont la sortie reste à peu près constante, dans des conditions normales mais produit un signal en réponse à une variation 5 du champ électrostatique. Dans un mode préféré de réalisation, l'amplificateur .différentiel comporte une première entrée, une seconde entrée et une sortie et les premiers moyens, ou circuit, comprennent une résistance de grande -valeur ohmique et un transistor à effet de champ. le tran-10 sistor à effet de champ comporte un conducteur de grille, un conducteur de source et un conducteur de drain. La résistance de grande valeur ohmique est branchée en série entre le détecteur et la grille, le conducteur de source étant relié à une source de courant et le conducteur de drain étant relié à la fois à la première en-15 trée de 1'amplificateur et à la terre par 1*intermédiaire d,une résistance de faible valeur ohmique. De seconds moyens, ou circuit, sont prévus pour appliquer un signal de référence à la seconde entrée de 1'amplificateur. Ce second circuit peut être un réseau de division de tension branché entre une source de courant et la ter-20 rec Ce réseau comporte une prise à un potentiel situé entre celui de la source de courant et le potentiel de terre, cette prise étant reliée à la seconde entrée de 1 * amplificateur. En réglant sélectivement la position de la prise, on peut rendre le potentiel de référence appliqué â la seconde entrée de 11amplificateur égal au po-25 tentiel appliqué à la première entrée d@ 3.1amplificateur dans des conditions normales. Dans un autre mode préféré de réalisation de l'invention, un réseau de contre-réaction est branché entre la sortie de 1'amplificateur différentiel et le conducteur de grille du transistor à effet 30 de champ. Le réseau présente la caractéristique d'un filtre passe-bas et il oppose une impédance d'entrée très élevée à un cotirant transmis par le détecteur, ce réseau comprenant avantageusement une résistance de valeur ohmique très grande, branchée en parallèle à un condensateur. Le circuit de contre-réaction établit une stabili-35 té exempte de glissement. En outre, il est prévu des Circuits de filtrage pour éliminer ou réduire au minimum l'effet de variations normales dans le champ électrostatique, par exemple des variations dues à des lignes de courant proches ou à des déplacements 'd'air imputables à de petites 40 variations de la température dans la zone à surveiller. BAD ORIGINAL 70 16156 "3" 2042404 Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel est appliqué à un circuit de redressement en double alternance en vue de produire un signal en courant continu qui est appliqué à un circuit d'alarme et-à un circuit indicateur de contrôle. Le circuit indica-5 teur de contrôle se trouve toujours dans la condition active. Le circuit d'alarme peut être sélectivement désexcité de manière à ne pas enclencher une alarme sauf pendant les périodes de surveillance. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description 10 détaillée qui suit et à l'examen du dessin unique annexé qui représente schématiquement le circuit d'un mode préféré de réalisation de l'invention. Sur le dessin, une sonde ou élément détecteur électriquement conducteur 10, similaire à une antenne, est placée de façon appro-15 priée dans une zone à surveiller, par exemple l'intérieur d'une pièce. Comme indiqué précédemment, la sonde 10 peut avoir différents profils et elle se présente de préférence sous forme d'un fil ou baguette de grande longueur. La sonde 10 est reliée à une borne d'une résistance El (100) de grande valeur ohmique, par exem-20 pie de 10 000 mégohms. L'autre borne de la résistance El est fixée sur la grille 11 d'un transistor à effet de champ Q1 (102).Ce transistor est branché comme un dispositif d'adaptation d'impédance et le courant qu'il conduit est transmis de la source de tension de +12 volts (150) par l'intermédiaire de ces électrodes 12 et 13,sous 25 la commande de la grille 11 et par l'intermédiaire d'une résistance E2 (104) à la terre de manière à produire un signal aux bornes de E2. L'extrémité de R2 non mise à la masse est également reliée à une extrémité d'une résistance B6(ll2) dont l'autre extrémité est reliée à une borne 14 d'entrée de signaux d'un amplificateur 30 opérationnel 15. Un réseau de division de tension, formé de résistances R3 (106) , R4 (108) et R5 (110) reliées en série,est branché entre la source de potentiel de + 12 volts et la terre® Une prise mobile 18 prévue sur la résistance R4 est reliée à une autre borne d'entrée 16 de l'amplificateur opérationnel 15 par l'in-35 termédiaire d'une résistance R7 (114). Des sources de courant de + 12 (150) et - 12 volts (152) sont reliées à l'amplificateur opérationnel 15 de façon à l'alimenter» A la jonction de sortie 17 de l'amplificateur opérationnel 15, un condensateur C2 (116) est relié à l'entrée de signaux 14 de 40 façon à contribuer à l'élimination de l'ondulation qui peut appa- SÀD ©FUSEAU î 70 16156 _4_ 2042404 raître à la sortie.Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 15 est produit aux bornes d'une résistance R9(122) qui est branchée entre la Jonction de sortie 17 et la terre. Un condensateur Cl (118) est relié aux bornes d'une résistance R8 (120). La combinaison des résistances R8 et B1 et du transistor- à effet de champ Q1 oppose une très grande impédance d'entrée à un signal appliqué à la sonde 10 et elle établit un circuit de contre-réaction stable qui maintient le signal d'entrée appliquée à la grille 11 du transistor Q1 pratiquement au niveau nul, ce qui rend le circuit extrêmement sensible à de petits signaux appliqués à la sonde sous l'effet de légères fluctuations ou variations du champ électrostatique exploré par cette sonde tout en maintenant une bonne stabilité. Le condensateur Cl, branché en parallèle a. la résistance R8, assure un filtrage additionnel du fait de sa caractéristique de filtre passe-bas pour des signaux de fréquence relativement élevée. Un circuit redresseur 20, relié à la jonction de sortie 17, est branché en un circuit à pont de type classique. Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 15 peut avoir une polarité ou l'autre de sorte que le circuit redresseur 20 produit un signal de courant continu et de polarité unique. Le signal de sorti® obtenu aux bornes d'une résistance RIO (128) est capté et transmis par 1'intermédiaire d'une résistance Rll (136) à la base d!im transistor Q4 (140) de type EPI. Le circuit de collecteur du transistor Q4 comporte un certain nombre de voies différentes® Sri premier lieu, il est relié à la base d'un transistor Q6 (146) de type PHP par l'intermédiaire d'une résistance Rl6 (144) . Egalement il est relié par l'intermédiaire d'une résistance El5 (142) à la base d'un transistor Q5 (148) de type PHP et au collecteur dsun transistor Q3 (138) de type PNP. Daç.s H^^ircuit de collecteur du transistor Q6, une bobine de relais 21/reliée à une diode d'amortissement 22 de type classique de manière à commander l'ouverture et la fermeture d'un contact de relais 23 qui est branché en série entre l'indicateur 24 et la source de courant 25» D'une façon similaire, le circuit de collecteur du transistor Q5 contient une bobine de relais 26 qui actionne un contact de relais 27. Une bobine d'excitation 28 d'un dispositif d'alarme (non re£ présenté) est branchée entre le contact 29 normalement fermé et une source de potentiel de - 12 volts■(152). BAD ORIGINAL 70 16156 -5- 2042404 En. ce qui concerne le transistor Q3, sa base est reliée par l'intermédiaire d'une résistance E14 (134) à une extrémité d'une résistance E13(132) et ce point de jonction est relié à l'électrode 30 d'un transistor à effet de champ Q2 (130). L'autre extrémité de la 5 résistance E13 est reliée à la terre de sorte qu'il s'établit atae bornes de E13 un signal de sortie proportionnel. au courant passant dans le transistor Q2. La grille 31 du transistor Q2 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R12.(124) à la source de potentiel + 12 volts (150) tandis qu'un condensateur de temporisa-10 tion C3 (126) est branché entre la grille 31 et la terre. Un contac-teur marche-arrêt 32, manoeuvrable manuellement, est également branché entre la grille 31 et la terre. En fonctionnement, la prise 18 de la résistance R4 du diviseur de tension est réglée à partir du potentiel de + 12 volts dans une 15 condition normale, de manière à contrebalancer tout signal appliqué à la borne d'entrée 14® Le mouvement d'un objet ou d'une personne non-autorisée au voisinage de la sonde 10 produit une variation du champ électrostatique environnant la sonde et par conséquent la génération d'un courant dans cette sonde0 Le courant I 20 collecté par la sonde 10 comprend des courants de conduction se produisant normalement dans l'air et des courants induits. L'équation concernant le courant I passant dans la sonde 10 est la suivante : -, I = M(X E+e ~) 25 où M représente la surface utile de détection de la sonde, tandis que E, X et e représentent respectivement le gradient de potentiel, la conductivité et la constante diélectrique de l'air. Le signal résultant produit par passage d'un courant dans la résistance RI est appliqué à la grille 11 du transistor à effet de champ Q1 de 30 manière à modifier la quantité de courant passant dans la, résistance R2 et à produire ainsi une variation dans le signal appliqué à la borne d'entrée 14 de l'amplificateur opérationnel 15. Le signal résultant sortant à la jonction 17 est redressé par le circuit 20. Pour maintenir l'entrée au voisinage d'un potentiel nul et pour 35 rendre l'amplification de signal aussi stable que possible, une partie du signal de sortie obtenu à la jonction 17 est renvoyée à la grille 11 par l'intermédiaire de la résistance R8 en étant déphasée de 180° par rapport au signal d'entrée. Le condensateur Cl assure le filtrage des fluctuations de. fréquences relativement êle-40 vées qui pourraient être produites par des lignes de courant pro- 70 16156 2042404 ehes ou par des influences similaires affectant le champ électrostatique au voisinage de la sonde 10. lorsque le signal de sortie atteint" un certain niveau, en fonction du réglage de la prise de la résistance RIO, le courant d1 excitation de la base du transis-5 tor Q4 maintient ce transistor conducteur en vue d'assurer une excitation suffisante de la base du transistor Q6 pour le rendre conducteur. la base du transistor Q5 est excitée de la même façon mais le transistor est maintenu bloqué par le transistor Q3» comme cela sera décrit dans la suite® lorsque le transistor Q6 est rendu con-10 ducteur, il excite la bobine de relais 21 de façon à fermer le contact 23 et par conséquent le circuit reliant la source de courant 25 à l'indicateur 24 en vue d'indiquer visuellement que le circuit fonctionne correctement. En ce qui concerne la partie du circuit comprenant les trsnsis-15 tors Q2, Q3 et Q5 lorsque le détecteur doit Itre inactif3par exemple pendant une période diurne normalej 1® interrupteur 32 est placé dans,la condition de fermeture, comme indiqué sur la figure,en reliant la grille 31 du transistor à effet de champ Q2 à la terre» Seule une petite quantité de courant passe dans le transistor Q2 20 et le signal résultant obtenu à la jonction de B13 et R14 est tel que la base du transistor Q3 est suffisaEHent négative par rapport à l'émetteur pour rendre ce transistor Q3 conducteur. Il en résulte que le collecteur du transistor Q5 'passe à un potentiel + 12 volts, ce qui signifie que la base du transistor Q5 est également 25 soumise à ce potentiel de sorte que Q5 est maintenu dans us, état de faible conduction, le transistor Q5 ne laisse pas passer un courant suffisant pour exciter la bobine de relais 26 de sorte que le contact 27 reste dans la position représentée sur le dessin» En correspondance, la bobine de relais 28 est excitée par la source 30 de + 12 volts et ses contacts associés branchés dans les circuits d'alarme, non représentés, sont maintenus dans la condition d'ouverture. Pour rendre actif le détecteur, 1' interrupteur 32 est ouvert, par exemple par actionnement à l'aide d'une serrure actionnée par une clef de sécurité, en vue de couper la liaison entre la 35 terre et la grille 31. le condensateur 03 commence alors à se charger jusqu'au potentiel de + 12 volts par l'intermédiaire de la résistance R12. Ce processus établit une certaine période de retard permettant à la personne qui a manipulé l'interrupteur 32 de pouvoir quitter la zone surveillée sans déclencher 1'alarme« Au bout BAD original 70 16156 -7- 2042404 d,-une certaine période de retard déterminée par la constante de temps de l'ensemble B12-C3, le transistor à effet de champ Q2 augmente de conduction de manière que la jonction de R13 et de R14 se rapproche du niveau de + 12 volts, en réduisant ainsi l'excitation 5 du transistor Q3 et en le faisant passer dans son état de faible conduction. Le circuit d'alarme commandé par le transistor Q5 est alors placé dans la condition où il est prêt à fonctionner. Un signal produit aux bornes de la résistance RIO,- suffisant pour rendre Q4 conducteur, comme décrit plus haut, provoque de la même fa-10 çon la mise en conduction de Q5 et par conséquent l'excitation de la bobine de relais 26, en déplaçant le contact 27 dans son autre position de manière â verrouiller la bobine de relais 26 dans la condition d'excitation.En même temps, le courant dlexcitation fourni à la bobine d'alarme 28 est supprimé en permettant alors aux 15 contacts du relais d'alarme (non représenté) de passer dans leur position d* enclenchement du dispositif d'alarme. Ce dispositif d'alarme continueà fonctionner jusqu'à ce qu'une action corrective ou de remise à zéro ait été exercée. On peut opérer d'un certain nombre de manière, la plus simple consistant à prévoir des moyens pour 20 ramener manuellement le contact de relais 27 dans sa première position (représentée sur le dessin)« Ceci suppose évidemment que la cause d'enclenchement de l'alarme a été supprimée. Un autre moyen consiste à prévoir un interrupteur manoeuvrable manuellement et à ouverture momentanée dans la ligne reliant la source de potentiel 25 de + 12 volts à l'émetteur du transistor Q5 de manière que le courant destiné à la bobine de relais puisse être momentanément interrompu en permettant le retour du contact 27 à sa première position. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les poten-30 tiels d'alimentation de -5- 12 et - 12 volts sont fournis d'une manière appropriée par une sonrce de courant alternatif 25 après transformation et redressement de ce courant. Cependant il est prévu des batteries 35 et 36, de préférence du type cadmium-nickel, entre les sources à 12 volts. En marche normale, les batteries re-35 çoivent un courant de charge des sources à 12 volts mais, en cas de panne de 1 'alimentation en courant, les batteries 35 et 36 fournissent le courant nécessaire pour alimenter le circuit pendant une longue période. 70 16156 _s" 2042404 Si la panne n'a pas été détectée de sorte que les batteries continuent à fonctionner, la bobine de relais 28 est finalement désexcitée et elle ferme le circuit d'alarme pour attirer l'attention sur la panne de courant. 5 On a construit un appareil qui a fonctionné de façon satisfaisante pour exciter un dispositif d'alarme lors de la présence d'un intrus ou d'un objet étranger dans la aone entourant la sonde, cet appareil présentant les valeurs suivantes de résistances et de capacités : 10 RI 10 000 mégohms R2 3,9 kohms R3 12 kohms R4 5 kohms R5 1,2 kohms 15 R6 3,3 kohms R7 3,3 kohms R8 100 000 mégohms E9 1,2 kohms RIO 5 kohms 20 RU 5,6 kohms B12 2,2 mégohms R13 3,9 kohms R14 150 ' kohms E15 56 kohms 25 E16 56 kohms 01 5 picofarads 02 1 microfarad 03 5 microfarads 70 16156 -9- 2042404 - HETEMIIIOATIOIIS - 1.- Dispositif de détection d'intrus pour produire un signal en réponse à une variation d'un champ électrostatique, le dispositif comprenant un détecteur électriquement conducteur placé dans le champ électrostatique de façon à capter et à conduire des courants 5 passant dans le champ, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur différentiel (15) et un premier circuit (100, 102) pour produire un signal d'entrée et pour le transmettre à une entrée de l'amplificateur différentiel, le premier circuit produisant le signal d'entrée proportionnellement au courant conduit par le détec-10 teur, un courant conduit par le détecteur et le signal, de sortie de l'amplificateur restant à peu près constant dans les conditions normales tandis que le courant conduit par le détecteur varie en réponse à une variation du champ électrostatique pour produire à la sortie de l'amplificateur un signal en réponse à une variation 15 du champ électrostatique. 2.- Dispositif de détection d'intrus suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1'amplificateur différentiel comprend une première entrée (14), "une seconde entrée (16) et une sortie(17) en ce que le premier circuit comprend une résistance de grande va-20 leur ohmique et un transistor à effet de champ comportant une grille, une source et un drain, la résistance de grande valeur ohmique étant branchée en série entre le détecteur et la grille, la borne de source étant reliée à une source de courant et la borne de drain étant reliée à la première entrée de l'amplificateur et à la 25 terre par l'intermédiaire d'une résistance de faible valeur ohmique, et en ce qu'il est prévu un second circuit (106-108-110) pour appliquer un signal de référence à la seconde entrée de l'amplificateur. 3.- Dispositif de détection d'intrus suivant la revendication 2, 30 caractérisé en ce qu'il est prévu un réseau de contre-réaction (118-120) branché entre la sortie de l'amplificateur différentiel et la borne de grille du transistor à effet de champ, ce réseau présentant la caractéristique d'un filtre passe-bas et opposant une très grande impédance d'entrée à un courant conduit par le dé-35 tecteur. 70 16156 -10- 2042404 4#- Dispositif de détection d' intrus suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre ~ 5 5*- Dispositif de détection d'intrus suivant la revendication 4» caractérisé en ce que le réseau de contre-réaction comporte une résistance de très grande valeur ohmique, branchée en parallèle avec un condensateur d'une capacité d'environ 5 picofarads et en ce que le filtre comporte un condensateur d'une capacité d'environ 1 mi-10 crofarad, 6.- Dispositif de détection d'intrus suivant la revendication 3» caractérisé en ce qu'il comprend en outre un redresseur en double alternance comportant une entrée et une sortie, l'entrée du redresseur étant reliée à la sortie de lîamplificateur différentiel, 15 et un circuit d'alarme (140-148-26) réagissant à un signal de sortie du redresseur ayant au moins un niveau prédéterminé pour produire un signal d'alarme. 7«- Dispositif de détection d'intrus suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le second circuit comporte un réseau de divi-20 sion de tension ou diviseur branché entre la source de courant et la terre, ce diviseur comportant une prise soumise à une extrémité à un potentiel intermédiaire entre celui de la source de courant et le potentiel de terre tandis que son autre extrémité est reliée à la seconde entrée de l1amplifieateui% 25 8o- Dispositif de détection d'intrus suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la prise peut être sélectivement soumise à ■un potentiel différent en vue de régler le signal de référence à une valeur égale au signal d'entrée appliqué à la première entrée de l'amplificateur dans des conditions normales..