Brevet FR2229105A1 — publié le 19741206

L'invention concerne un dispositif de détection d'obstacles dans un espace déterminé ; elle peut, en particulier, être appliquée pour détecter des chutes de pierres, éboulements, coulées de boue, etc... dans les tunnels ferroviaires. II n'existe, actuellement, aucun dispositif fiable et économique apte à réaliser la détection d'un obstacle venant accidentellement obstruer un tunnel. La présente invention vise à remédier à cette absence et à fournir un tel dispositif; à cet effet, un dispositif de détection est constitué par, au moins, une ligne à onde de surface, par un générateur d'ondes couplé à une extrémité de ladite ligne (dite entrée de la ligne) et par des moyens de détection du signal reçu à l'autre extrémité (dite sortie de la ligne) ; de préférence, le dispositif est égaiement équipé de moyens de détection du signal réfléchi à l'entrée de la ligne.La ou les lignes d'onde sont, avantageusement, agencées dans l'espace dans lequel il convient de détecter les obstacles, de sorte que la section effective de l'onde générée (constituée par la section du cylindre dans lequel la quasitotalité de l'énergie est confinée) recouvre la totalité de la section transversale dudit espace. Par exemple, dans le cas d'un tunnel la ou les lignes d'onde seront disposées longitudinalement dans celui-ci de façon que la section effective de l'onde générée recouvre la totalité de la section transversale du tunnel. Une intrusion de matériaux dans le tunnel introduit une perturbation dans la propagation énergétique, perturbation qui se manifeste soit par la naissance d'une onde réfléchie, soit par une diminution de l'énergie reçue à la sortie de la ligne ; par exemple, une coulée de boue provoquera une absorption qui diminuera l'énergie du signal reçu, tandis qu'un éboulement de roches sèches se traduira simultanément par l'apparition d'un signal réfléchi à l'entrée de la ligne et par la diminution de l'énergie du signal reçu à la sortie de la ligne , une chute de pierres provoquera une impulsion réfléchie et un creux bref dans le signal reçu.Ainsi, les moyens de détection du signal reçu et, le cas échéant, les moyens de détection du signal réfléchi à l'entrée de la ligne permettent de déceler la perturbation introduite par la présence d'un obstacle. Les moyens de détection précités sont, de préférence, couplés par l'intermédiaire de moyens d'amplification à des moyens de commande d'un dispositif de signalisation, de sorte qu'une réduction de l'énergie du signal de sortie ou que l'apparition d'un signal réfléchi détermine la commande dudit dispositif de signalisation, ce dernier pouvant être de toute nature, sonore, lumineux, etc.. D'autres caractéristiques, buts eut avantages de l'invention se dégageront de la description qui suit, en regard du dessin annexé, lesquels, description et dessin, ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs ; sur ce dessin qui fait partie intégrante de la description - la figure 1 schématise, en coupe transversale, un tunnel équipé conformément à l'invention d'une ligne à onde de surface, cependant qué la figure 2 est une coupe longitudinale d'un tel tunnel - les figures 3, 4 et 5 sont des schémas de montage de dispositifs de détection conformes à l'invention, donnés à titre purement illustratif. En l'exemple représenté aux figures 1 et 2, un tunnel ferroviaire est équipé d'une ligne à onde de surface 1 suspendue à la voûte 2 au moyen de potelets tels que 3. Cette ligne I est fixée aux patelets par l'intermédiaire de courts manchons supports-4 constitués en un matériau diélectrique mince. Le champ électromagnétique qui s'étend autour de la ligne 1 présente approximativement une symétrie de révolution et, comme celà est connu en soi, la quasitotalisé de l'énergie est confinée dans un cylindre dont la section est appelée section effective de l'onde ; les dimensions de la ligne t sont choisies de telle sorte que la section effective recouvre la totalité de la section transversale du tunnel.Si une seule ligne ne suffit pas, il est bien entendu possible, d'en disposer plusieurs convenablement réparties en fonction des dimensions et de la forme du tunnel à équiper. La nature de la ligne mise en place dépend, bien entendu, de l'on- de utilisée ; cette onde peut être uneonde de Goubau ou une onde de Sommerfeld. Dans le cas d'une onde de Goubau, la ligne est constituée soit par un conducteur strié, soit par un conducteur recouvert d'une pellicule de diélectrique. Dans le cas d'une onde de Sommerfeld cette ligne est constituée par un conducteur nu. Dans le montage schématisé à la figure 3, la ligne (référencée en 5 à cette figure) est fermée à ses~deux extrémités par deux coup leurs, respectivement coupleur d'entrée 6 et coupleur de sortie 7, reliés à des câbles coaxiaux, câble coaxial d'entrée 8 et câble coaxial de sortie 9 ; un générateur d'ondes 10 alimente à travers un circulateur il le câble coaxial 8 qui assure le passage de l'onde vers le coupleur 6. Le câble coaxial de sortie assure le passage du signal de sortie délivré par le coupleur de sortie 7 et débite sur un détecteur 12 qui alimente un amplificateur 13.La sortie de l'amplificateur 13 et le bras latéral R du cîrculateur qui permet de détecter les signaux réfléchis, sont reliés à des moyens de commande d'un dispositif d'alarme: l'alarme est déclenchée soit lorsqu'un signal réfléchi apparaît dans le bras R, soit lorsque l'énergie du signal délivré par l'amplificateur devient inférieure à un seuil déterminé ; en cas de panne, aucun signal de sortie n'est délivré par l'amplificateur et l'alarme est déclenchée. Dans la variante schématisée à la figure 4, le circulateur Il est remplacé par un "té magique" équilibré 14, adaptée à la fréquence de l'onde utilisée et qui remplit la même fonction que ce circulateur du montage précédent. Le bras somme S de ce "té magique" est alimenté par le générateur d'ondes cependant que le bras différence , est couplé à une impédance, que l'un des bras collatéraux C2 débite dans le câble coaxial d'entrée et que l'autre bras collatéral C1 décèle les signaux réfléchis ; à cet effet, I'impédance à laquelle est couplé le bras a est choisie de façon à annuler l'énergie dans le bras Cl en l'absence de signal réfléchi. On retrouve à la figure 5 qui schématise une autre variante du dispositif, en 15 une ligne à onde de surface, en 16 et 17, respectivement, des coupleurs d'entrée et de sortie, en 18 et 19 des câbles coaxiaux d'entrée et de sortie, en 21 un générateur d'onde et, le cas échéant, en 20 un tirculateur de découplage ; dans cette variante, outre la ligne 15, le générateur d'onde alimente à travers un coupleur directif 22 une ligne coaxiale de comparaison 23, disposée longitudinalement dans le tunnel et pourvue d'un ensemble atténuateur et déphaseur 24.La ligne coaxiale de comparaison 23 débite dans un des bras collatéraux d'un té magique 25 lequel est excité dans son autre bras collatéral par le signal délivré par le câble coaxial de sortie 19. Ce té magique 25 alimente par ses bras somme et différence deux détecteurs 26 et 27 qui sont eux-mêmes branchés sur un amplificateur différentiel 28. L'ensemble atténuateur et déphaseur24 est réglé de telle sorte que le signal à la sortie de l'amplificateur différentiel 28 soit nul en l'absence d'obstacle ; il est facile de comprendre en examinant le montage schématisé que, dès qu'un obstacle se manifeste, le té magique 25 est déséquilibré et qu'un signal apparaît, en conséquence, à la sortie de l'amplificateur28, ce signal permettant de déclencher l'alarme. Il est bien entendu que le dispositif conforme à l'invention pourrait être équipé de montages différents, les montages ci-dessus indiqués ne l'étant qu'à titre purement illustratif. II est à noter que le choix de la fréquence de I'onde est fait, dans chaque application, en fonction des dimensions du tunnel et de celles des obstacles à détecter ; le diamètre de la section effective d'une onde de même que la dimension du plus petit obstacle susceptible d'être détecté, dépendent, en effet, de la fréquence de cette onde ; par exemple dans le cas de tunnels ferroviaires, cette fréquence pourra avantageusement être choisie entre environ cent et trois cents mégahertz. L'invention ayant été décrite et son intérêt justifié, le demandeur s'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS - Dispositif de détection d'obstacles dans un espace déterminé, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins une ligne à onde de surface disposée dans ledit espace, par un générateur d'ondes couplé à une extrémité de ladite ligne, dite entrée de la ligne et par des moyens de détection du signal reçu à l'autre extrémité, dite sortie de la ligne. 2- Dispositif de détection selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection du signal réfléchi à l'entrée de la ligne. 3- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, pour la détection d'obstacles dans un tunnel, caractérisé en ce que la ou les lignes d'onde sont agencées longitudinalement dans le tunnel de sorte que la section effective de l'onde générée (section du cylindre dans lequel la quasi-totalité de l'énergie est confinée) recouvre la totalité de la section transversale du tunnel. 4- Dispositif de détection selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de défection du signal de sortie et les moyens de détection du signal réfléchi sont couplés par l'intermédiaire de moyens d'amplification à des moyens de commande d'un dispositif de signalisation, de sorte qu'une réduction de l'é- nergie du signal de sortie ou que l'apparition d'un signal réfléchi détermine la commande dudit dispositif de signalisation. 5- Dispositif de détection selon la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens de commande du dispositif de signalisation sont adaptés pour déclencher ledit dispositif de signalisation en l'absence du signal de sortie. 6- Dispositif de détection selon l'une des revendications t, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que ia ligne est constituée par un conducteur nu, guidant une onde de Sommerfeld. 7- Dispositif de détection selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la ligne est constituée par un conducteur strié, guidant une onde de Goubau. 8- Dispositif de détection selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la ligne est constituée par un conducteur recouvert d'une pellicule de diélectrique, guidant une onde de Goubau. 9- Dispositif de détection selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que le générateur d'ondes est couplé à l'entrée de la ligne à onde de surface au moyen d'un coupleur approprié monté en bout de la ligne ainsi que d'un câble coaxial d'entrée de nature à assurer le passage de l'énergie entre ledit générateur et ledit coup leur. 10- Dispositif de détection selon la revendication 9 caractérisé en ce que le câble coaxial d'entrée est alimenté par le générateur à travers un circulateur faisant office de moyens de détection du signal réfléchi. 11- Dispositif de détection selon la revendication 9 caractérisé en ce que le câble coaxial d'entrée est alimenté par le générateur à travers un "té magique" équilibré, adapté à la fréquence du générateur et faisant office de moyens de détection du signal réfléchi. 12 - Dispositif de détection selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou Il, caractérisé en ce que les moyens de détection du signal de sortie sont couplés à la sortie de la ligne à onde de surface au moyen d'un coupleur approprié monté en bout de ligne ainsi que d'un câble coaxial de sortie de nature à assurer le passage du signal de sortie entre ledit coup leur et lesdits moyens de détection. 13- Dispositif de détection selon l'une des revendications 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il est doté d'une ligne coaxiale de comparaison disposée longitudinalement dans le tunnel et alimentée par le générateur en parallèle par rapport à la ligne à onde de surface, ladite ligne de comparaison étant couplée aux moyens de détection du signal de sortie et pourvue d'un ensem- ble atténuateur et déphaseur, réglé de façon qu'en l'absence d'obstacle, le signal de sortie soit nul. 14 - Dispositif de détection selon la revendication 13 caractérisé en ce que les moyens de détection du signal de sortie comprennent un "té magique" pourvu de deux bras collatéraux, d'un bras somme et d'un bras différence, un bras collatéral étant couplé à la ligne coaxiale de comparaison, l'autre bras à la ligne à onde de surface, cependant que les bras somme et différence alimentent par l'intermédiaire de détecteurs, un amplificateur différentiel à la sortie duquel appa raît un signal lorsque le té magique est déséquilibré.