Brevet FR2287029A1 — publié le 19760430

L'invention concerne un détecteur d'objets ferromagné- tiques, capable de détecter la présence d'objets ferromagnématiques même lors- qué ceux-ci sont places à l'intérieur d'un corps conducteur dè I 'electricité. On connait déjà des détecteurs d'objets métalliques comportant deux oscillateurs, oscillant, au repos, à la même même fréquence ; i: mélange, en m lieu non linéaire, des deux signaux correspondants, donne un signal de battement à fréquence nulle. Lorsque la bobine oscillante de l'un des pscillateurs est approchée d'un objet métallique non rerronaçnEtique, son inductance diminue, à cause des courants de Foucault rroduits dans l'objet ; il en résulte une augmentation de la fréquence du signal issu de l'oscillateur correspondant, donc la production d'un signal de battement lorsque les deux signaux initiaux sont mélangés en milieu non linéaire.Lorsque l'objet est ferromagnétique, l'inductance augmente, mais l'action des courants de Foucauit contrebalance cette augmentation ; aussi, la variation d'inductance reste faible. Afin de remédier à cet inconvénient, et de pouvoir uti liser des détecteurs de ce type aussi bien pour rechercher des. objets diaina- gnétiques que paramagnétiques et ferromagnétiques, on a essaye d'augmenter les fréquences de travail, accroissant ainsi la sensibilité des détecteurs. Ces tentatives n'ont cependant pas été couronnées de succès, entant donné que l'ef- fet pelliculaire, qui commence alors à apparaître, limite l'analyse du corps à sa surface. Il en résulte qu'un corps ferromagnétique "noyé" dans une nasse conductrice à faible susceptihilité magnétique ne peut pas être détecté. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et notamment à déceler une masse magnétique se trouvant dans une enveloppe conductrice non magnétique. Ladite invention doit le.mettre ainsi de contrler, de manière non destructive, la présence d'un aimant dans un bloc d'aluminium, ou bien l'absence de masses magnétiques dans des pièces conductrices, en laiton ou -en aluminium, la présence anormale de telles masses pouvant avoir une origine frauduleuse ou accidentelle par exemple. L'invention doit également permettre la détection alune arme placée dans une malette en aluminium, ou portée sans précaution paït-|- culière quant à son camouflage. A cet effet, l'invention concerne un détecteur d'objet ferromagnétique caractérisé en ce qu'il comporte au moins une Fobine dSinduc-- tion (C) placée dans un champ magnétique en relation avec un dispositif de mesure (A, E) détectant toute modification du champ entraîné par un mouvement de ladite bobine par rapport à un éventuel objet à détecter ou inversement. Le mouvement relatif de la bobine et de l'éventuel objet à détecter pouvant être lent, le signal traduisant la présence dudit objet peut etre à très hasse fréquence, et l'effet pelliculaire est négligeable ; le fonctionnement du détecteur est donc particulièrement sûr.De plus, les champs quasiment continus, à faibles variations dans le temps, ne sont pas pris en compte, alors qu'ils le seraient dans le cas d'un détecteur de champs magnétiques continus. Le champ magnétique dans lequel la bobine et l'objet à détecter sont en déplacement relation, peut être produit de toute manière connue, par exemple par une deuxième bobine alimçltée par un courant électrique issu d'un dispositif d'alimentation, ou bien par un aimant permanent. Selon des modes de réalisation préférentiels de l'inven- tion, le champ magnétique est créé par la bobine d'induction (C), reliée élec triquement à un dispositif d'alimentation, ou par une seconde bobine d'induction, reliée également à un tel dispositif, ou encore par un aimant permanent la bobine peut alors être avantageusement constituée sous la forme d'un cadre, ayant pour double rôle de créer le champ magnétique et de capter les variations du champ dues à un objet détecté. Selon une autre caractéristique de l'invention, le détecteur est muni d'un amplificateur comportant au moins un filtre passe-bas. Cette disposition permet d'éliminer tous les signaux induits ou non dont la fréquence est supérieure à quelques 11hertz, et notamment ceux correspondant à la fréquence du secteur (50 Hz en France), ainsi que la plupart des parasites industriels. L'invention sera décrite plus en détails grâce à la description d'un mode de réalisation préférentiel représenté schématiquement à titre d'exemple non limitatif sur l'unique dessin annexé. în cadre C constitue l'organe de détection du détecteur, les objets à détecter étant amenés, par un moyen quelconque, à traverser ce cadre C ou à défiler devant lui. Un amplificateur A, relié électriquement au cadre C, a le double rôle de fournir le courant électrique nécessaire à la création d'un champ magnétique permanent et d'amplifier les éventuelles tensions induites dans le cadre par les masses ferromagnétiques détectées. Cet amplificateur A comprend un dispositif de détection à seuil ne laissant passer que les impulsions ayant un niveau suffisant ; il est du type passe-bas, atténuant fortement les signaux gênants à haute fréquence. La sortie de l'amplificateur A est reliée à l'entrée d'un enregistreur ou d'un dispositif d'alarme quelconque E. Le signal de sortie de l'amplificateur A, obtenu lors de la détection d'un corps métallique, est représenté dans le cercle s. Afin que le cadre C puisse jouer un double rôle de générateur de champ continu et de capteur, il est ronté en série avec un transistor T1, dans le circuit d'émetteur de ce dernier. il est donc traversé par le courant d'émetteur du transistor T1, ce qui entraîne la création d'un champ magnétique d'excitation, de tille manière que le flux traversant le cadre soit modifié lorsque la réluctance du milieu environnant varie, c'est-à-dire lorsque un objet se déplace devant lui. La base du transistor Tl est polarisée grâce à un pont de résistances R1, R2, dont l'une est ajustable pour pouvoir rÉgler les courants de base de collecteur du transistor T1, ce pont permet également la stabilisation du courant traversant le transistor T1 en fonction de la température. lin condensateur Ci est branché en parallèle sur le cadre C, c'est-à-dire d'une part à l'émetteur du transistor T1 et d'autre part à la masse du montage, pour constituer avec le cadre un circuit oscillant dont la fréquence de résonnance Fo est de l'ordre de 1 Hz à 10 liz ; pour les fréquences supérieures à Fo, le circuit oscillant est capacitif, et les fréquences sensiblement plus élevées que Fo sont éliminées ; c'est le cas par exemple pour les tensions parasites à la fréquence du secteur. Par contre, pour les fréquences inférieures à Fo, le circuit oscillant devient selfique, et autorise l'apparition de tensions importantes. Lorsque la fréquence devient très faible, le circuit tend à revenir au repos. Le collecteur du transistor Ti est relié directement à la base d'un transistor T2 dont la région émetteur-base continue la charge de collecteur du transistor T1. De plus, un condensateur C2, relié d'une part au collecteur et d'autre part à la hase du transistor T1, limite la bande passante de l'étage en lui appliquant une contre-réaction sélective permettant que seules les très basses fréquences soient amplifiées, les signaux parasites de fréquence supérieure à quelques hertzs étant éliminés. Le transistor T2 a son collecteur chargé par une résistance R3 et un condensateur C3 constituant une cellule dont le rôle est également de réduire la hande passante de l'amplificateur du côté des fréquences hautes, à son point de fonctionnement défini par la polarisation du transistor T1. L'émetteur du transistor T2 est relié directement au "point chaud" d'une alimentation en tension continue Vccl, non représentée, alimentant également la base du transistor T1. Dans le cas présent, où les transistors T1, T2, sont respectivement de type NPN et PNP, cette alimentation délivre une tension positive. la tension de sortie de l'étage à transistor T2 est prélevée sur le collecteur dudit transistor T2, et appliquée à la base d'un transistor T3 faisant partie d'un étage limiteur, par l'intermediaire d'une resistance R4. Le condensateur C4 constitue avec la résistance P4 un filtre passe-has, ayant le même rôle que les uutres filtres de ce type utilisés dans ce détecteur. le transistor T3 est alimenté de telle manière qu'il soit insensible aux variations de tensions lentes dues à la dérive en température ; à cet effet, un diviseur de tension, constitué par une diode D1 et une résistance R5, porte de potentiel d'émetteur du transistor T3 à une valeur inférieure à la tension de seuil de conduction de sa jonction base émetteur ; cette tension est de l'ordre de 0,6 V.La diode Dl, étant choisie au germanium, présente une chute de tension directe de l'ordre de 0,3 V, ce qui satisfait complètement à la condition énoncée plus haut lorsque l'anode de ladite cliode D1 est reliée à la base du transistor T3, et sa cathode d'une part à la masse du montage par l'intermédiaire d'une résistance R5 et d'autre part à l'émettetir dudit transistor par l'intermédiaire d'une résistance R6. lin condensateur C5 relie l'émetteur du transistor T3 à la masse du montage. Le collecteur du transistor T3 est relié, par l'intermédiaire d'une résistance R7, à la hase d'un transistor T4 dont la région émetteur-hase constitue une partie de la c;.alge de collecteur du transistor T3. L'érnettetlr dti transistor T4 est relié directement au "point chaud" d'une alimentation, et son collecteur est relié à la masse du montage p:lr une résistance de charge r18 afin bornes de laquelle est prélevée la tension de sortie appliqtlée à l'enregistreur. lin condensateur C6 est monté entre le collecteur du transistor T4 et celui du transistor T3 et provoque une contre-réaction sélective limitant la bande passante de l'ensemble. I.es transistors T3 et T4 étant respectivement de type NPN et PNP, leur alimentation doit délivrer une tension positive Vcc2. Il est souhaitable que cette alimentation soit séparée de celle des transistors T1 et T2, étant donné que le gain de l'ensemble est élevé, afin d'éviter un couplage des amplis par une source commune, et par c onséquent les instabilités. Au cas où une seule alimentation est utilisée, il est nécessaire de prévoir des moyens de découplage, par exemple constitués par la mise en série, avec la source commune, de deux transistors, alimentant chacun une partie du montage, dont les bases sont stabilisées en tension grâce à des diodes Zener. De même, la diode D1 peut être remplacée par lme source quelconque de tension variable permettant de régler la tension de seuil. Enfin, le transistor T4 peut commander un transistor de sortie supplémentaire ; le fait que les transistors T3 et T4, et éventuellement le transistor supplémentaire soient bloqués au repos, facilite la mise au point du montage, qu'il est par ailleurs facile de stabiliser dynamiquement et statiquement, notamnent en temperature, à l'aide par exemple d'un circuit de contre-réaction simple. La mise au point est effectuée de manière qu'au passage d'un objet métallique, le détecteur délivre un signal facilement exploitahle. Pour ce faire, le montage constitué par les transistors T1, T2, est réglé, par action sur la valeur de la résistance ajustable R1, de telle manière que la sensibilité maximale soit obtenl1e. Le courant de repos du transistor T1 doit avoir une valeur de quelques milliampères, pour obtenir d'une part une excitation du cadre qui soit suffisante et d'autre part un gain en courant relativement élevé.Ce courant étant également le courant de base du transistor T2, le courant de repos dudit transistor T2 atteint environ 100 mA si son gain en courant est de l'ordre de 20 et si le courant de repos du transistor T1 est de l'ordre de R mA. Polir travailler en classe A avec une tension d'alimentation de 12 V, la résistarce R3 doit donc avoir une valeur de 60 Q d 100ce Q environ. La hase du transistor T3 reçoit la tension de collecteur du transistor T2, par l'intermédiaire de la résistance P4, cette tension étant normalement de 5 V à 7 V, mais variant brusquement lorsqu'un objet est détecté, et lentement quand une variation de température change les conditions de fonctionnoment du montage. Afin que scules les variations relativement rapides dues h la détection d'un objet soient amplifiées, les valeurs des éléments sont choisies de telle manière qu'une variation lente de la tension aux hornes de la résistance R5 implique que le condensateur CS se charge lentement à travers la résistance R6 en maintenant bloqué le transistor T3, ses potentiels de base et d'émetteur variant, dans le même sens, de la même quantité.Par contre, une variation rapide du potentiel apparaissant sur la base du transistor T3, est également transmise aux bornes de la résistance R5 ; mais l'ensemble R6.C5, dont la constance de temps peut être choisie de plusiellrs secondes, maintient le potentiel d'émetteur du transistor T3 à sa valeur initiale ; il en résulte un déhlocage du transistor T3 et zm courant important lors de la transm;ssion à sa base d'une impulsion positive. La stabilisation en tewpérature du transistor T3 est réalisée grâce à la résistance P6, traversé normalement, lorsque le transistor T3 est bloqué, par le courant de fuite de celui-ci, ce qui provoque à ses hornes une tension telle que l'émetteur du transistor T3 soit à un potentiel plus élevé que celui du point commun aux résistances R5, R6 il en résulte qu'un accroissement du courant de repos entraîne une migmenta- tion de la tension d'émetteur, sans que la tension de hase varie, ce qui renforce le blocage du transistor T3. Le hlocage du transistor T3 provoque celui du transistor T4, puisque le courant de collecteur du premier n'est autre que le courant de base du second. lorsque le transistor T3 envoie une impulsion à la hase du transistor T4, le courant dans ce dernier est limité par la résistance R7 dont la valeur s'élève à une douzaine de Kilohms. Pour une tension d'alimentation de 12 V, le courant dc base du transistor T4 est donc limité à l'ordre de la milliampère. C'est aux hornes de la résistance de charge de collecteur du transistor T4 qu'apparaît l'impulsion, de grande amplitude, indiquant la présence d'un objet ferromagnétique. Compte tenu des ordres de r,randeurs des différentes valeurs (tensions, impédances, etc.), cette impulsion peut facilement déclancher un compteur ou un dispositif d'alerte. La sélectivité du montage permet d'obtenir une excellente sensibilité et une grande sécurité de fonctionnement. Sa simplicité, le fait que les différentes valeurs choisies ne sont pas particulièrement critiques, l'absence de règlages "pointus", et le faible nombre de composants utilisés, sont des gages de fiabilité. De plus, les opérations de maintenance nécessai- res au hon fonctionnerv sont aisées et réduites, et les éventuelles opéra- tions de dépannage peuvent être à la fois courtes et faciles à effectuer. Enfin, le prix modeste de l'ensemble donne la possibilité de multiplier le nombre de dispositifs afin de surveiller parfaitement un espace important pouvant être traversé dans des directions très diverses par des objets ferromagnétiques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D T C A T I O N S 1/- Détecteur d'objets ferromagnétiques caractérisé en ce qu il comporte au moins une bobine d'induction (C) placée dans un champ magnétique en relation avec un dispositif de mesure (A, E) détectant toute modification du champ entraîné par un mouvement de ladite bobine par rapport à un éventuel objet à détecter ou inversement. 2/- Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ magnétique est créé par la bobine d'induction (C), reliée électriquement à un dispositif d'alimentation, ou par une seconde bobine d'induction, reliée également à un tel dispositif, ou encore par un aimant permanent. 3/- détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de mesure possède des moyens de traitement (A) de la tension induite dans la bobine (C) par le déplacement relatif de celle-ci et de l'éventuel objet ferromagnétique à détecter. 4/- Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent au moins un amplificateur de tension. 5/- Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent au moins un circuit de détection à seuil. 6/- Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent au moins un filtre passe-bas. 7/- Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comporte au moins un organe de visualisation (E) de l'information donnée par le détecteur, et/ou au dispositif d'alarme, reliés électriquement à la sortie des moyens de traitement. 8/- Détecteur selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le dispositif rl'alimentation dc la bobine constitue également une partie des moyens de traitement, la bobine étant réalisée sous la forme d'un cadre (C) relié électriquement au circuit de sortie d'un élément actif tel qu'un transistor (llj, alimenté également par le dispositif d'alimentation de la bobine. 9/- Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine d'induction est reliée électriquement à un condensateur constituant avec clle 1m circuit oscillant à tres basse fréquence. 10/- ftectenr selon la revendication 8, caractérisé en ce que ltélement actif est l'un des composants d'ton étage auquel est appliquée par ailleurs au moins une contre-réaction sélective éliminant les signaux ayant une fréquence supérieure à une fréquence donnée. 11/- détecteur selon-la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième élément actif CT2) dont l'entrée est reliée directement à la sortie du précédent, et dont le circuit de sortie comporte une cellule de réduction de la bande passante du côté des fréquences hautes. 12/- Détecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de détection à seuil comporte un élément actif CT3) relié électriquement à une source d'alimentation auxiliaire de faible valeur, cet élément actif (T3) étant bloqué en l'absence d'un objet détecté. 13/- Détecteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément actif (T3) est un transistor au silicium et la source d'alimentation auxiliaire une diode au germanium 0)1)- polarisée dans le sens direct. 14/- Détecteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la sortie de l'élément actif Cor3) du circuit de détection à seuil est reliée à l'entrée d'un élément amplificateur (T4) par l'intermédiaire d'une résistance de limitation (R7), l'un au moins des éléments actifs Cor3, T4) faisant partie d'un étage soumis à une contre-réaction sélective.