Brevet FR2314509A1 — publié le 19770107

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la détection de corps ferromagnétiques à fort champ coercitif, notamment pour controler les accès aux lieux publics. On cornait de nombreux procédés et dispositifs pour détecter les masses ferromagnétiques incluses ou cachées dans des masses diamagnétiques ou paramagnétiques. Ces procédés et dispositifs ont pour but, en particulier, de détecter une masse de fer incluse dans un lingot d'aluminium ou une arme portée ou dissimulée, Les détecteurs à haute fréquence détectent indifférez'ment tous les métaux et nc peuvent convenir pour les applications envisagées. Les détecteurs à induction detectent indifféremment les masses magnétiques douces (à faible champ coercitif) et dures (à fort champ coercitif). Ces dispositifs déclenchent donc une alarme même dans le cas d'objets usuels tels que clefs à faible champ coercitif, On connait en outre des sondes de hall sensibles aux champs magnétiques statiques Ces sondes sont d'un emploi peu commode. si les pieces ferromagnétiques dures n'ont pas été au préalable aimantées Cette aimantation doit obligatoire- ment avoir lieu en un emplacement éloigné pour éviter une interaction entre les postes de détection et d1 activation. Le dispositif correspondant est donc complexe et encombrant. D'une façon générale les procédés et dispositifs connus ont pour inconvénient soit de manquer de sélectivité, soit de présenter un volume trop important, L'invention a pour but d'éviter ces incon- vénients et concerne à cet effet un dispositif du type indique dans le préambule caractérisé en ce qu'on produit un champ magnétique inducteur temporaire dans la zone soumise à la détection et en ce qu'on décele la présence éventuelle d'un champ magnétique rémanent induit, ces deux opérations ayant lieu successivement dans un court laps de temps et dans le morne espace. A l'aide du procédé conforme à l'invention on détecte l'acier à l'exclusion des autres matières en se servant du champ coercitif élevé de ce matériau. Ce procédé permet notamment de déceler sélectivement une arme telle que pistolet, fusil, couteau etc... dans un lot de pièces telles que clefs et pièces de monnaie en alliages ferromagnétiques doux. L'invention s'étend à un dispositif pour la mise en application du procédé ci-dessus, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un organe excitateur produisant un champ magnétique inducteur et un organe de détection du champ rémanent éventuel. Suivant un mode de réalisation de l'invention on opère en régime statique en effectuant d'abord une excitation du corps à l'aide d'une bobine placée dans le voisinage de la région à explorer et parcourue par un courant continu, on supprime ensuite le champ inducteur et on effectue enfin une lecture du champ magné tique rémanent. La lecture du champ magnétique rémanent peut entre effectuée au moyen d'une sonde de Hall. }{ais on peut aussi faire usage de la bobine d'excitation elle-meme utilisée "en lecture", le corps en acier se déplaçant devant la bobine. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention on opère en régime dynamique en traeDnt sur d'un tube cathodique une courbe dthystdrésis du corps examiné et on observe le cycle correspondant à cette courbe. Enfin, suivant un autre mode de réalisation de l'invention on procède après aimantation et lecture à la désaimantation (démagnétisation) du corps analysé en le soumettant à un champ magnétique alternatif d'ampitude décroissante jusqu'à une valeur nulle, ctest-à-dire en faisant parcourir au corps une série de cycles d'hystérésis décroissants jusqu'à ce que le corps reprenne sen état initial magnétiquement neutre. Cette opération d'effacement est facultative et peut être assurée par la bobine excitatrice associée,-par exemple, à un condensateur chargé. On obtient ainsi une décharge oscillante à basse fréquence. En choisissant convenablement les valeurs de self et de capacité, le champ de désexcitation magnétique à décroissance exponentielle ramène le corps examiné dans son état initial magnétîquement neutre, Ces trois opérations successives : activation (aimantation), lecture et effacement du magnétisme rémanent se succèdent rapidement pendant un temps de l'ordre d'une seconde. Un corps se déplaçant devant le dispositif détecteur est alors soumis au moins à un cycle complet. Les commutateurs sont avantageusement de type électronique. Un tel commutateur peut, par exemple, être constitué par un compteur en anneau recevant des impulsions d une horloge (bascule astable). On obtient ainsi soit deux, soit trois états de conduction différents et successifs avec un retour autre matique à l'état initial. Ces deux ou trois états de conduction assurent la mise en action des deux ou trois fonctions précédemment décrites. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure t est un diagramme représentant le cycle d'hystérésis d'un corps ferromagnétique à champ coercitif élevé (acier); - la figure 2 est un diagramme similaire correspondant à un corps ferromagnétique doux (fer); - la figure 3 est une vue d' ensemble schéma- tique d'un dispositif de détection statique conforme à l'invention;; - la figure 4 est une vue d'ensemble sch@ma- tique d'un dispositif de détection dynamique conforme à l'invention. Le procédé et le dispositif conformes à l'invention sont basés sur la différence fondamentale qui existe entre les cycles d'hystérésis des matériaux ferromagnétiques durs et doux. Cette difference est constituée par la différence des surfaces de ces cycles. Sur la figure 1 on voit que le cycle d'hysté- résis d'un matériau ferromagnétique dur présente une surface notable les points 2,3,5 et 6 étant nettement séparés. An contraire, la figure 2 montre que la surface du cycle d'hystérésis d'un matériau magnétique doux est minime, les points 2, 3, 5 et 6 étant pratique- ment confondus, Le propre des armes (couteaux, pistolets, fusils, etc...) est précisément d'être réalisées en aciers "aiman- tables", c'est à dire à fort champ coercitif. Le cycle d'hystérésis correspondant présente une surface notable, Par contres les clefs et les pieces de monnaie, bien que constituées en matériau ferromagné- tique, sont incapables de conserver l'aimantation. Il s'agit de corps ferromagnétiques doux dont le cycle d'hystérésis présente une surface minime, En l'absen@@ de tout corps ferromagnétique, on observe une droite passant aussi par l'origine mais sans points d'inflexion (pas de saturation possible du milieu examiné). On peut donc détecter un corps ferromagnétique à fort champ coercitif en décelant le champ magnétique rémanent induit. Mais la simple observation du cycle d'hystérésis sur l'écran d'un oscilloscope suffit à donner l'alarme. Cette alarme peut être rendue automatique en disposant une cellule photoélectrique qui observe le passage éventuel du spot de l'oscilloscope par l'origine O de la courbe. Si l'on a affaire à un corps ferroma- gnetique à fort champ coercitif (figure 1), le spot ne passe plus par l'origine et l'alarme est déclenchée. Au contraire, si la pièce est en fer doux figure 2), le spot passe par l'origine, la cellule photo-électrique est ezcité e et Il alarme n'est pas donnée. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3 (dispositif de détection statique), une bobine en forme de cadre C assure tout à tour les trois fonctions d'activa- tion du corps, de lecture et d'effacement. Le cadre C est alimenté par un organe DC qui fournit une tension continue servant à charger tour à tour deux condensateurs d'alimentation C@ et C2, Le dispasitif comporte également deux commutateurs SI et S2, chacun d' eux présentant trois positions P1, P2 et P3 dans lesquelles ils assurent les liaisons voulues entre l'organe d'alimentation DC, , les condensateurs CI et C2 et un amplificateur h, Une diode D1 est branchée on parallèle au condensateur C1, Les commutateurs S1 et S2 sont représentés sous forme de commutateurs mécaniques pour rendre la description plus claire. Main il est évident que dans la pratique ces commutateurs sont avantageusement constitués par des composants électroniques statiques tels que transistors ou thyristors. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne comme indiqué ci-après On suppose que les commutateurs S1 et S2 sont initialement en position pi et que le condensateur C1 est chargé. Le condensateur C1 se décharge alors dans le cadre C ; 1e courant de décharge induit un champ magnétique "d'activation" dans l'espace à "ausculter". te cadre ayant une self-induction non négligeable tend après la décharge, ri recharger le condensateur Cl en sens inverse. Mais, la diode D1 intervient alors pour mettre le condensateur Cl en court-circuit. Le passage du courant dans le cadre C est bien prolongé, mais toute inversion de ce courant est impossible : le circuit est parfaitement apériodique. Avec le sens de branchement représenté pour la diode DI, la charge du condensateur C1 doit être négative. La diode D1 ne doit pas être initialement conductrice, au moment de la charge du condensateur Cl. Pendant ce temps, le condensateur C2 a été chargé par organe d'alimentation DC et par l'intermédiaire du commutateur 52 en position PI. Les commutateurs S1 et 52 sont ensuite amenés en position P2. Le cadre C est ainsi déconnecté du condensateur C1 et est branché sur l'amplificateur A. Si lton a affaire à un corps ferromagnétique dur, par exemple en acier, qui a été aimanté par le champ induit cree par le courant de décharge du condensateur CI, son déplacement devant le cadre C y induit un courant. Ce courant, amplifié dans l'amplificateur A, assure le déclenchement de l'alarme. Le condensateur C2 reste chargé , mais il n'est plus relié à l'organe d'alimentationDC. Il en résulte qu'aucun courant ne peut passer dans C2, ni Ci. Aucun champ magnétique parasite ne peut donc perturber la détection effectuée par le cadre @. Les commutateurs S1 et 52 sont ensuite amenés en position P3. Le cadre C est ainsi déconnecté de ltampli ficateur A et branché sur le condensateur chargé C2. Ce condensa- teur se décharge dans le cadre C qui, par effet de self-induction va recharger le condensateur C2 en sens inverse, mais avec une amplitude moindre en raison des pertes du circuit. On observe ainsi une décharge oscillante à décroissance exponentielle. Il en résulte que le cadre C engendre un champ magnétique alternatif de caractéristiques slmilaires. Ce champ agit pour démagnétiser le corps se déplaçant devant le cadre C.Pendant ce temps, le condensateur C1 est rechargé par l'organe d'alimentation DC et par l'intermédiaire du commutateur 52 qui, de même que le commutateur SI, est en position P3. Le cycle peut ensuite recommencer et ainsi de suite. Dans la position P2 (lecture par le cadre C), on peut utiliser une sonde de Hall au lieu du cadre C. Le corps peut alors etre immobile pendant la lecture sans que cela nuise à la détection. La figure 4 représente un autre exemple de réalisation correspondant à un dispositif de détection dynamique. Le dispositif comporte encore un cadre C alimenté par un courant I en série avec une résistance R. La tension U régnant aux bornes de la résistance R est appliquée à la voie horizontale d'un oscilloscope Os, Le corps à examiner M est déplacé devant le cadre C, Une sonde S est disposée devant le corps M fournit une tension Ut appliquée à la voie verticale de Iroscilloscope Os, Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne comme suit : la tension U donne, sur ltoscilloscope en abscisse une grandeur proportionnelle au champ inducteur H. La sonde S est mise en court-circuit pendant le temps d'activation du corps par le champ H .Elle est ensuite resensibilisée dès la disparition de ce champ pour effectuer la mesure du champ H1 extérieur au corps et dû à l'induction rémanente, La tension U' fournie par la sonde S est proportionnelle à H1. On obtient ainsi sur l'oscilloscope, en ordonnée, une grandeur proportionnelle au champ rémanent Hi, On peut donc directement examiner le cycle d'hystérésis sur l'oscilloscope et l'utiliser pour déclencher l'alarme. il est facile de concevoir d'autres moyens de contrôle basés, par exemple, sur le seuil du champ rémanent en l'absence du champ inducteur, Ces moyens sont ainsi basés sur la différence fondamentale entre les surfaces des cycles d'hystérésis représentés sur la figure 1 et la figure 2. Le dispositif conforme à l'invention, dans ltune quelconque de ses deux versions (dispositif statique ou dispositif dynamique) est plus particulièrement destiné à équiper les portes d'entrée ou les couloirs d'accès des lieux publics tels que banques, aéroports, bijouteries, musées, etc...Il peut etre combiné avec tout dispositif mécanique limitant ou contrlant l'accès aux lieux précités, par exemple les portes à tambour, less tapis roulants, les transporteurs à bandes sans fin ou autres dispositifs similaires, On peut en outre envisager de le combiner avec un dispositif d'intervention directe sur le porteur de l'arme (fermeture automatique de la voie d'acces, envoi de gaz anesthé sique). On peut aussi le combiner avec un dispositif d'intervention sur l'arme elle-meme (déviation et prélèvement de l'arme située, par exemple, dans une valise). On peut enfin déclencher une sonnerie, prendre des clichés photographiques, etc,,, Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et et représentés et a partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de 11 invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 )- Procédé pour la détection de corps ferromagnétiques à fort champ coercitif, notamment pour controler les accès aux lieux publics, procédé caractérisé en ce qu'on produit un champ magnétique inducteur temporaire dans la zone soumise à la détection et en ce qu'on décèle la présence éventuelle d'un champ magnétique rémanent induit, ces deux opérations ayant lieu successivement dans un court laps de temps et dans le même espace, 20) Procédésuivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède, après aimantation et lecture à la désaimantation (démagnétisation) du corps analysé en le soumettant à un champ magnétique alternatif d'amplitude décroissante jusqu'a' une valeur nulle, c est-à-dire en faisant parcourir au corps une série de cycles d'hystérésis décroissants jusqu'à ce que le corps reprenne son état initial magnétiquement neutre. 3 )- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on opère en régime statique en effectuant d'abord une excitation du corps à l'aide d'une bobine placée dans le voisinage de la région à explorer et parcourue par un courant continu, on supprime ensuite le champ inducteur et on effectue enfin une lecture du champ magnétique rémanent S 4 )- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on opère en régime dynamique en traçant sur l'écran d'un tube cathodique une courbe d'hystérésis du corps examiné et on observe ie cycle correspondant à cette courbe. 5 )- Dispositif pour la mise en application du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe excitateur produisant un champ magnétique inducteur et un organe de détection du champ rémanent éventuel. 6 ) Dispositif suivant la revendication 5, carac- térisé en ce que l'organe excitateur est constitué par une bobine telle que cadre (C) alimentée en courant continu par l'intermédiaire de commutateurs (S1,S2) et de condensateurs (Cî ,C2), un organe de lecture alimentant un amplificateur (A) qui fournit un courant d'alarme. 7 )- Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'organe de lecture est constitué par la bobine (C) alle-même. 8 )- Dispositif suivant l1 une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'organe de lecture est constitué par une sonde de Hall. 9 )- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'une diode (Dl) est branchée en parallèle à l'un des condensateurs (CI). 10 )- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qutil comporte un oscilloscope (Os), la tension (U) aux bornes d'une résistance branchée en série avec la bobine étant appliquée à l'une des voies de ltoscilloscope (Os), la tension (U') induite dans une sonde (S) par le champ rémanent du corps examiné étant appliquée à autre voie de l'oscilloscope(Os).