Brevet FR2173804A1 — publié le 19731012

La présente invention concerne un dispositif détecteur radio-électrique de mouvement, plus spécialement du déplacement d'une personne dans le champ d'action de ce dispositif. La principale application d'un tel dispositif est l'alarme en cas d'intrusion dans des locaux à protéger. Un tel dispositif peut aussi être utile pour révéler la présence d'une personne dans un endroit déterminé, par exemple pour déclencher le fonctionnement de portes, d'ascenseurs, de véhicules automatiques ou, par le moyen d'enregistrements sonores, l'émission de commentaires ou d'indications dans des magasins, musées,lieux touristiques, etc... Entre autres moyens, notamment photo-électriques, on a déjà proposé de détecter le déplacement d'une personne dans un espace déterminé par voie radio-électrique en utilisant un émetteur et un récepteur conjugués et en mettant à profit la variation du champ qui se produit lorsqu'un corps entre dans la zone d'action du dispositif. La principale difficulté rencontrée dans les réalisations connues est l'existence de parasites de toutes sortes (atmosphériques, industriels, ménagers), de sorte que les réalisateurs sont enfermés dans le dilemne : ou bien réaliser des appareils sensibles et risquer leur déclenchement intempestif sous l'effet des parasites, ou réaliser des appareils insuffisamment sensibles pour détecter sûrement une présence. On notera, en outre, que les longueurs d'ondes utilisées doivent être en dehors de celles qui servent aux télécommunications car le dispositif comprenant un émetteur et un récepteur, le premier perturberait, dans son voisinage, la réception des émissions radio-électriques, tandis que le récepteur serait influencé par ces dernières. Dans certaines réalisations connues, le dispositif de détection se trouve déclenché lorsqu'un seuil déterminé de réception est atteint. Une telle réalisation est très critiquable. En effet, entre les antennes d'un émetteur et d'un récepteur, la variation-de champ due à l'entrée d'un corps dans l'intervalle qui les sépare est faible, sauf si elle se produit à proximité immédiate de l'une des antennes. Sauf cas d'espèces, on ne peut donc, à partir d'un émetteur fournissant un champ constant, obtenir un résultat très satisfaisant en utilisant directement les variations de la tension continue détectée par le récepteur, surtout par le franchissement d'un seuil. De plus, cette tension-peut être modifiée par des causes autres qu'une présence de corps en mouvement, par exemple par des variations de gain des amplificateurs dues, soit aux changements lents de température des lieux où est installé le dispositif, soit aux changements également lents des tensions d'alimentation. Il n'est donc pratiquement pas possible de déterminer un seuil fixe de tension détectée pour le fonctionnement du dispositif. La présente invention remédie aux inconvénients des dispositifs connus en tenant compte des conditions pratiques qui viennent d'etre exposées. Elle permet la réalisation de dispositifs ayant une consommation énergétique très faible, ce qui autorise l'alimentation de ces dispositifs pendant de longues périodes (éventuellement plusieurs mois avec de simples piles du commerce. Dans un dispositif de détection du déplacement d'un corps dans un espace comprenant deux antennes, l'une d'émission alimentée par un émetteur radio-électrique pour fournir un champ pratiquement constant, et l'autre de réception reliée à un récepteur équipé de moyens de mise en évidence d'une variation de l'intensité du champ reçu à partir de l'émetteur, selon l'invention, le récepteur comprend un -détecteur relié par un réseau différentiateur, à grande constante de temps, à un étage amplificateur comprenant un intégrateur, de manière à réagir seulement aux variations du champ reçu de émetteur en éliminant, à la fois, les variations très lentes et les variations très rapides de ce champ De préférence, l'émetteur fonctionne avec une fréquence comprise entre 10 et 100 KHz. De plus, le récepteur comporte avantageusement, à l'entrée, un amplificateur sélectif dont la bande passante est inférieure à 10% (de préférence à 5% seulement) de la fréquence de l'émetteur. Les fréquences inférieures à 100 KHz sont inférieures à celles qui sont utilisées en technique de télécommunications. On ne peut cependant envisager d'abaisser les fréquences au-dessous de 10 KHz car les antennes, tant d'émission que de réception, devant etre à l'échelle de la taille humaine (par exemple de développement vertical compris entre 0,50 mètre et 2 mètres), le rayonnement, même pour une faible distance, serait insuffisant. Cependant, avec de-telles fréquences, la longueur d'antenne étant très faible par rapport à la longueur d'onde, le courant dans l'antenne est, lui-même, très faible car l'impédance équivalente de l'antenne représente alors une très grande réactance capacitive en série avec une très faible résistance. Il en résulte qu'en alimentant l'antenne par un circuit d'accord comprenant, par exemple, un auto-transformateur élévateur de tension, on peut obtenir une tension, entre l'antenne et la masse, très élevée pour une très faible consommation de la source d'alimentation. Ceci constitue en soi déjà une bonne protection contre les parasites puisque l'efficacité de ces derniers ne dépend pas de leur tension absolue mais du rapport entre celleci et la tension de l'émetteur telle qu'elle est reçue par le récepteur qui en est proche. Les parasites étant des tensions aléatoires, dont le spectre de fréquence est très étendu, avec une énergie uniformément répartie (ce qui correspond à un bruit blanc"), l'énergie parasite recueillie à la détection est proportionnelle à la bande passante de l'amplificateur haute fréquence du récepteur. En réduisant, selon l'invention, la largeur de la bande passante à une très faible fraction de la fréquence HF (au plus 10% et de préférence moins de 5%), on réduit considérablement encore l'influence des parasites. Enfin, selon l'invention, grâce au circuit intégrateur, un parasite même très violent, mais de courte durée, ne peut fournir à la sortie un signal capable de provoquer un déclenchement du dispositif de détection. En utilisant, dans le récepteur, un seul détecteur, ne sont mises en évidence que les variations de champ d'un seul sens (augmentation ou diminution). De préférence donc, dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, le récepteur comprend deux montages détecteurs de sens opposés, suivis chacun d'un réseau différentiateur et connectés en parallèle à l'amplificateur-intégrateur par des moyens unidirectionnels de passage du courant, de façon que, tant les augmentations que les diminutions de champ provoquent dans l'amplificateur-intégrateur des variations de meme sens utilisables pour le déclenchement d'une information de détection. Cette forme de réalisation de récepteur convient particulièrement pour la forme de réalisation perfectionnée de l'invention dans laquelle l'émetteur agit sur le récepteur par deux voies ayant sur ce récepteur une action différentielle de façon que le signal de sortie du récepteur soit, en situation normale, pratiquement très faible. Ainsi, une faible perturbation de cet équilibre correspond, par rapport à la très petite valeur de ce signal de sortie, à un signal important capable de produire, après amplification, le signal efficace désiré. Dans ce cas en effet, l'action différentielle peut être indifféremment une augmentation ou une diminution du signal différentiel reçu. Dans une première forme de réalisation de cette variante perfectionnée de l'invention, le récepteur comporte deux voies dans lesquelles les signaux de l'émetteur sont reçus en opposition de phase et, par conséquent, tendent à se neutraliser. A cette fin, la ou les antennes de l'émetteur rayonnent, de façon proche de la symétrie, sur deux antennes couplées au récepteur, de façon à y produire des signaux en opposition de phase. L'avantage de ces réalisations est de permettre, en répartissant les différentes antennes en surface, d'obtenir un signal de sortie lorsqu'un corps se déplace dans un large périmètre, par exemple entre toutes les issues (portes et fenêtres) d'un même local. Il est possible également d'obtenir cet effet différentiel en envoyant vers le récepteur, en opposition de phase par rapport à la tension qu'il reçoit normalement, une partie de la tension d'émission. Cette réalisation présente l'avantage de la simplicité matérielle d'exécution. Elle permet de n'utiliser que deux antennes avec, dans un même boitier, une émetteur et un récepteur groupés. Une telle réalisation convient particulièrement pour la protection d'une porte, ou plus généralement d'un passage d'entrée, ou la commande automatique d'appareils se trouvant dans des locaux desservis par ce passage, les deux antennes émettrice et réceptrice étant disposées de part et d'autre dudit passage. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un schéma de l'émetteur d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 est le schéma du récepteur. La figure 3 est un diagramme schématique en plan de l'installation d'un dispositif selon l'invention. Les figures 4 et 5 sont les schémas de variantes perfectionnées de dispositif selon l'invention mettant en oeuvre un effet différentiel. L'émetteur montré sur la figure 1 est composé simplement d'un oscillateur pilote 1 suivi d'un étage amplificateur 2 et d'un circuit d'accord d'antenne 3 alimentant une antenne 4. Ce circuit d'accord d'antenne comprend une bobine 5 montée en auto-transformateur élévateur de tension par rapport à la sortie de l'amplificateur 2. Pour fixer les idées, l'oscillateur 1 travaille à une fréquence de 30 KHz, l'antenne verticale a une hauteur d'un mètre, sa longueur est donc très faible par rapport à la longueur d'onde de l'émetteur (10 Km). Ainsi, pour les raisons exposées dans le préambule, il est possible, avec une consommation de 6 mW, d'obtenir une tension efficace à l'antenne de plus de 40 volts. Le récepteur montré sur la figure 2 comprend, de façon classique, une antenne 6 reliée à un amplificateur sélectif 9 (bande passante inférieure à 10% de la fréquence d'accord) par un circuit accordé composé de l'inductance 7 et du condensateur 8. Le signal de sortie de l'amplificateur 9, transmis par le condensateur 10, est détecté, tant en valeurs positives qu'en valeurs négatives, par les diodes tête-bêche en parallèle Il et 12, les résistances respectivement 13 et 14 et les capacités respectivement 15 et 16. Les signaux détectés par ces montages sont respectivement transmis, à travers les ensembles capacités-résistances respectivement 17-19 et 18-20 et les diodes orientées dans le même sens 21 et 22, respectivement à l'amplificateur de type courant continu 23. Cet amplificateur contient un intégrateur représenté sous la forme d'un réseau retardateur résistance-capacité 26-27. A la sortie de cet amplificateur, est monté l'enrou- lement 24 d'un relais électromagnétique qui commande le contact d'utilisation 25. Ce relais comporte, en outre, un contact de réalimentation permettant de le maintenir excité lorsque le signal ayant provoqué l'excitation a disparu. Le fonctionnement d'un tel montage est le suivant Supposons que le signal reçu par l'antenne 6 augmente ; la tension au point a devient alors plus positive et au point b plus négative. Dans ces conditions, la variation de tension positive en a est seule transmise par la diode 21 au point c, la variation négative n'étant pas transmise par la diode 22. Si, inversement, le signal diminue d'intensité, la tension en a devient moins positive et la tension en b moins négative ; de ce fait, la variation en b est positive et transmise par la diode 22 au point c, alors que la variation en a, qui est négative, n'est pas transmise. Autrement dit, le récepteur transmet toujours une information quand le signal reçu par l'antenne 6, à partir de l'émission de l'antenne 4, varie, soit en augmentation, soit en diminution. L'avantage de cette réalisation est montré sur la figure 3. Les antennes 4 et 6 étant très courtes et la distance entre elles très faible par rapport à la longueur d'onde, seul le rayonnement électrique est important et ces deux antennes conjuguées peuvent être considérées comme les deux armatures d'un condensateur. L'introduction d'un élément conducteur entreelles provoque donc une augmentation du signal reçu,mais l'approche par l'extérieur de ces antennes entraîne une diminution du champ transmis par désaccord et amortissement du circuit d 'antenne correspondant. Si le dispositif réagissait seulement lors de l'augmentation du signal reçu, la zone protégée serait uniquement celle qui est hachurée et qui est comprise entre les lignes 28 et 29, à l'entrée d'une personne ou de tout autre corps conducteur dans cette zone. Cependant, si un tel corps conducteur est au voisinage de l'une des antennes, le signal reçu diminue. Grâce au montage montré par la figure 2, la variation de signal est néanmoins transmise à l'amplificateur 23. La zone protégée est ainsi accrue des zones ponctuées limitées autour des antennes 4 et 6 par les lignes 30 et 31. De plus, un tel montage est utile également pour détecter un mouvement d'éloignement de la zone protégée, aussi bien qu 'un mouvement de rapprochement. On verra en outre plus loin que, par la mise en oeuvre de l'effet différentiel, le sens de la variation du signal peut systématiquement être aussi bien positif que négatif. Le montage montré par la figure 2 est donc sensible à la variation du signal reçu, mais non au niveau de ce signal lui-même, c'est-à-dire qu'il ne comporte aucun seuil de détection. Plus encore, en raison de la constante de temps des réseaux de transmission 17-19 et 18-20 respectivement, les variations lentes de tensions apparaissant en a ou b ne sont pas transmises. Ainsi, le récepteur ne réagira pas aux variations lentes du gain des amplificateurs par variation des tensions d'alimentation ou de la température, ou même à des variations du champ résultant, par exemple, du déplacement de masses métalliques (meubles) dans un local où le dispositif est installé. Pour fixer les idées, les constantes de temps de ces réseaux de transmission 17-19 ou 18-20 peuvent être de l'ordre d'une dizaine de secondes. Enfin, grâce au réseau intégrateur 26-27 dont la constante de temps peut être de quelques dixièmes de seconde, les variations très brusques de l'information de sortie, telles que celles qui sont dues aux parasites, ne sont pas non plus transmises. On peut ainsi finalement ne détecter que le mouvement compris entre une vitesse minimale et une vitesse maximale qui sera choisie pour correspondre à la vitesse des corps mobiles dont la présence est à détecter. L'ensemble qui vient d'être décrit ne permet pas un fonctionnement pour une variation de champ à haute fréquence inférieure à 1 ou 2%. En accroissant la sensibilité, il se produirait des déclenchements indésirables pour des variations à caractère aléatoire telles que le souffle ou bruit de fond du récepteur. Le dispositif différentiel montré sur la figure 4 permet d'accroître considérablement la limite de la sensibilité et en même temps d'étendre la zone de sensibilité du dispositif à plusieurs dizaines de mètres carrés. Sur la figure 4, l'émetteur 32 et le récepteur 33 sont respectivement l'émetteur et le récepteur des figures I et 2. L'émetteur 32 attaque en parallèle deux antennes, respectivement 34 et 35, placées à une certaine distance l'une de l'autre, la connexion étant assurée par exemple par l'intermédiaire des cables coaxiaux 36 et 37 mis à la terre comme l'une des sorties de l'émetteur. Le récepteur est équipé également de deux antennes reliées à celui-ci par des câbles 40 et 41. Cependant, grâce au circuit accordé symétrique 42, ces deux antennes n'alimentent pas le récepteur 33 en parallèle mais en opposition de phase sur ses deux entrées. Dans ce montage, en supposant identiques les antennes 34 et 35, d'une part, 38 et 39, d'autre part, si ces antennes sont symétriquement disposées, la tension à l'entrée du récepteur sera nulle. Il convient de déplacer au moins une des antennes pour que cette tension ne soit pas nulle et que le signal appliqué au récepteur soit suffisant pour que le détecteur opère dans une zone linéaire de sa caractéristique. Si V1 est la tension produite entre le point e et la masse par le rayonnement des deux antennes 34 et 35 sur l'antenne 38 et si V2 est la tension produite de manière analogue en f, la tension entre e et f sera alors V1 - V2. En admettant qu'une personne arrive au point p, elle produira en e une variation de bVi T mais la variation aux bornes d'entrée du récepteur sera alors de c'est-à-dire beaucoup plus importante. En pratique, on peut obtenir un fonctionnement correct du dispositif avec une variation relative de champ de un pour mille. En outre, on améliore encore la protection contre les parasites. En effet, tout d'abord, les parasites engendrés dans le plan médian entre les antennes 38 et 39 directions M n'ont aucun effet sur le récepteur puisqu'ils produisent en e et f des tensions égales et opposées. Par contre, le maximum d'effet sera produit par les parasites situés dans l'une ou l'autre des directions N. On remarquera cependant que le champ reçu par une antenne est approximativement proportionnel à 1 en appelant D D la distance entre le récepteur et la source. Si D est la distance entre la source de parasites et l'antenne 38 et d la distance entre les antennes 38 et 39, K on recevra sur l'antenne 38 une tension égale à D , K étant une constante dépendant entre autres de la puissance de la source. De même, on recevra sur l'antenne 39 une tension égale à K (D + d)2 ; la tension réelle V de réception sera alors la dif- férence entre les tensions sur les deux antennes, car d étant très faible par rapport à la longueur d'onde, le déphasage entre ces deux tensions est négligeable, d'où Mais, si D est beaucoup plus grand que d (parasite puissant mais lointain), cette dernière distance peut être négligée au numérateur devant 2 Dd ; de même, au dénominateur, on peut négliger d et on trouve V # K Éd En comparant cette valeur avec celle de la tension reçue directement sur l'antenne 38 (K), on constate que V est d D 2 D plus petite, par exemple Si d = 3m et D = 300 m, l'effet 1 du parasite sera réduit dans le rapport 50, ce qui assure une protection efficace contre les parasites d'origine relativement lointaine et en particulier contre de violents parasites atmosphériques dus aux orages. On remarquera que l'on peut utiliser également une disposition en triangle, c'est-à-dire n'avoir qu'une seule antenne à l'émission avec les deux antennes 38 et 39 à la réception. Au lieu de réaliser l'effet différentiel par voie extérieure, cet effet peut aussi être obtenu, comme le montre la figure 5, par voie intérieure. L'émetteur 45 et le récepteur 46 sont accolés et reliés à deux antennes semblables 47 et 48 par les câbles 49 et 50. Comme le couplage entre ces deux antennes est presque purement électrique, ainsi qu'il a été précédemment indiqué, la tension reçue sur l'antenne réceptrice 48 est déphasée de - 2 par rapport à la tension émise. Grâce à la ligne de couplage 51 et au condensateur réglable 52, on peut ramener de la sortie de l'émetteur vers le point 53 du circuit d'accord du récepteur opposé au point 54 de liaison à l'antenne 48, une tension décalée de + 2 par rapport à la tension d'émetteur, c'est-à-dire une tension en opposition de phase avec celle qui est reçue de l'antenne 48. L'autre entrée du récepteur et un point de l'inductance du circuit d'accord sont reliés à la masse. Le réglage du condensateur 52 permet celui du niveau de la tension différentielle. Dans ce cas, l'émetteur et le récepteur peuvent, non seulement être accolés, mais placés, avec interposition d'un blindage, dans le même boîtier contenant les piles d'alimentation. Un tel dispositif n'a pas, comme celui qui est montré par la figure 4, la possibilité de protéger de grandes surfaces ; il est, de plus, plus vulnérable aux parasites puisqu'il n'y a aucune compensation de ceux-ci. Les deux antennes de ce dispositif se placent avantageusement de part et d'autre d'un endroit de passage, une porte par exemple. En raison du rapprochement des antennes, le récepteur peut être rendu moins sensible et plus simple, donc d'un prix de revient plus réduit que dans le cas des réalisations précédentes. L'invention s'applique, comme indiqué dans le préambule, à la protection contre le vol de locaux ou d'espaces quelconques. Elle peut s'appliquer aussi à la détection du passage de corps quelconques dans une zone déterminée pour y déclencher un appareil. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de détection du déplacement d'un corps dans un espace comprenant deux antennes, l'une d'émission alimentée de façon sensiblement continue et constante par un émetteur radio-électrique, et l'autre de réception reliée à un récepteur équipé de moyens de mise en évidence d'une variation de l'intensité du champ reçu à partir de l'émetteur, caractérisé en ce que le récepteur comprend un détecteur relié par un réseau différentiateur à grande constante de temps à un étage amplificateur à courant continu comprenant un intégrateur, de manière à réagir seulement aux variations du champ reçu de l'émetteur en éliminant, à la fois, les variations très lentes et les variations très rapides de ce champ. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur fonctionne avec une fréquence comprise entre 10 et 100 KHz. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur comporte, à l'entrée, un amplificateur sélectif dont la bande passante est inférieure à 10% et, de préférence, égale à 5% de la fréquence de l'émetteur. 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit d'accord de ltantenne d'émetteur comprend un transformateur élévateur de tension, de préférence sous forme d'auto-transformateur. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes sont déployées verticalement et ont une hauteur comprise entre 0,50 mètre et 2 mètres. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur comprend deux montages détecteurs de sens opposés, suivis chacun d'un réseau différentiateur à grande constante de temps, réseaux connectés en parallèle à l'amplificateur-intégrateur par des moyens unidirectionnels de passage du courant, de façon que, tant les augmentations que les diminutions de champ provoquent, dans l'amplificateur-intégrateur, des variations de même sens utilisables pour le déclenchement d'une information de détection. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le montage intégrateur est un réseau retardateur à faible constante de temps. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'émetteur agit sur le récepteur par deux voies dont l'une est en opposition de phase par rapport à l'autre. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux voies sont extérieures et le récepteur comprend deux antennes symétriques couplées au récepteur en sens opposés par des circuits d'accord assurant l'alimentation, par ces antennes, des deux entrées du récepteur en opposition de phase. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'émetteur comprend une pluralité d'antennes agissant de façon proche de la symétrie sur les deux antennes du récepteur. 11. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'une des deux voies est extérieure et l'autre une connexion directe de l'émetteur au récepteur. 12. Dispositif selon les revendications 2 et 10, caractérisé en ce que la connexion comprend un condensateur variable et relie la sortie d'antenne de l'émetteur à l'entrée du récepteur opposée à celle qui reçoit la tension d'antenne réceptrice. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur sont disposés dans le même boîtier. 14. Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes à la protection d'un lieu contre le vol.