Brevet FR2341835A1 — publié le 19770916

La présente invention concerne la mesure des perturbations provoquées par un objet sur les caractéristiques physiques du milieu ambiant et se rapporte plus particulièrement a la mesure de la perméabilité magnétique, de la permittivité diélectrique et du champ magnétique en vue d'engendrer des signaux exploitables par les moyens de déclenchement d'un dispositif de commande et/ou d'allumage, tel que celui décrit dans la demande de brevet français nO 74 23 031 et dans la demande de premier certificat d'addition nO 75 31 551, respectivement déposées le 2 Juillet 1974 et le 15 Octobre 1975 par la Demanderesse. Les dispositifs de commande et/ou d'allumage de chaîne pyrotechnique décrits dans les demandes précitées, du fait qu'ils utilisent des capteurs a effet Hall, ne permettent d'exploiter que les variations du champ magnétique local. Les moyens de traitement décrits a la demande de certificat d'addition nO 75 31 554 précitée, sont adaptés au traitement simultané de plusieurs signaux. I1-en est ainsi en particulier des moyens de traitement comportant un m-icrbprOcesseur qui permet de calculer la fonction d!Lnter-corrélation du ou des signaux mesurés avec un ou des signaux types, stockés en mémoire. Ce signal ou ces signaux types caractérisent l'objet identifier. L'invention vise l'utilisation de capteurs autres que les capteurs à effet Hall, ces nouveaux capteurs étant destinés a détecter soit toujours le champ magnétique-local, soit d'autres grandeurs physiques telles que laprméabilité Magnétique ou la permittivité diélectrique de l'ennaronnement du capteur On peut en effet identifier un objet par la mesure des perturbations de plusieurs caractéristiques physiques du milieu,provoquEes par le passage ou la présence dudit objet. La multiplication des grandeurs physiques prises en considération permet de réduire l'incertitude -d'identification. L'invention a donc pour objet un dispositif de commande et/ou d'allumage, notamment pour engin pyrotechnique a effet fumigene et/ou explosif et/ou éclairant, comprenant des moyens de commande et/ou d'allumage de l'engin pyrotechnique en réponse à des signaux délivrés par des moyens de traitement de signaux indiquant la présence d'un objet à détecter, caractérisé en ce que lesdits signaux indiquant la présence dudit objet sont les signaux de sorties de détecteurs de perturbations de diverses propriétés physiques du milieu environnant, provo quéeg par la présence d'un objet à détecter dans ledit milieu. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et sur lesquels - la Fig. 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation des moyens de traitement du dispositif suivant l'invention, associés aux détecteurs de perturbations - la Fig. 2 est un organiFramme des opérations à effectuer en vue de parvenir à la reconnaissance d'un objet à partir des indications données par des détecteurs de perturbations de diverses natures,provoquées par la présence de l'objet à détecter - la Fig. 3 montre un schéma synoptique d'un détecteur de champ magnétique du type utilisé dans le dispositif suivant l'invention - la Fig. 4 montre une courbe représentant la variation de l'induction magnétique du noyau paramagnétique du détecteur de la Fig. 1 en fonction du champ magnétique - la Fig. 5 montre une courbe représentant l'effet de self induction dans la bobine d'exploration du détecteur de la Fig. 1, lorsque le noyau est à l'état zéro - la Fig. 6 montre une courbe repré ntant l'effet de self induction dans la bobine d'exploration du détecteùr de la Fig. 1, lorsque le noyau est prémagnétisé. Le dispositif représenté à la Fig. 1 comprend une série de détecteurs 1 de perturbations de diverses natures, que l'objet à détecter est susceptible de provoquer par sa présence dans la zone d'activité des détecteurs. Chaque détecteur 1 qui peut être un détecteur à effet Hall du type décrit à la demande de brevet précitée, un détecteur de champ magnétique d'une nature quelconque, un détecteur de la perméabilité magnétique du milieu environnant, un détecteur de permittivité diélectrique, ou autre, est connecté à un échantillonneur-bloqueur 2. Les sorties des échantillonneursbloqueurs 2 sont connectées aux entrées d'un multiplexeur 3 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un convertisseur analogiquenumérique 4, connecté à une entrée d'un micro-processeur 5 dont une autre entrée est connectée à une mémoire morte 6 contenant les informations relatives aux valeurs que doivent prendre les diverses grandeurs mesurées par les détecteurs 1 pour qu'un objet à détecter soit effectivement reconnu. Le micro-processeur 5 est commandé par une horloge 7. I1 est en outre connecté à un convertisseur numérique-analo gique 8 destiné à commander des moyens d'allumage d'un engin pyrotechnique non représenté. Le dispositif de la Fig. 1 comporte en outre un circuit logique 9 destiné à élaborer les ordres d'échantillonnagebloquage. Le circuit 9 est connecté d'une part au micro-processeur 5, et d'autre part à chacun des échantillonneurs-bloqueurs 2. La sortie du micro-processeur 5, connectée au circuit logique 9, est également reliée au multiplexeur 3. Le fonctionnement du dispositif de la Fig. 1 va être décrit en référence à l'organigramme de la Fig. 2. On enregistre tout d'abord les perturbations provoquées par la présence ou le passage a Bun obJet ~ ~ type analogue aux objets à identifier, suivant autant de paramètres physiques que l'on dispose de capteurs 1 de nature appropriée. Ces perturbations sont ensuite quantifiées et mises en mémoire sous forme de mots à plusieurs bits,à quatre bits par exemple, si la précision demandée n'exige pas une définition plus fine, chaque perturbation est enregistrée sous forme d'un signal caractéristique y (t), échantillonné et traduit en mots binaires à quatre bits. Il s'agit ensuite de calculer une grandeur proche de la fonction d'intercorrélation définie ner : dans laquelle x(t) et y(t) sont deux signaux mis en relation, correspondant respectivement à une valeur a d'un paramètre inconnue et à une valeur de ce paramètre obtenue par détection d'un objet type et T r un retard prédéterminé. La grandeur proche de cette fonction calculée est On calcule ainsi une fonction F pour chacun des paramètres mesurés. Lorsque toutes les fonctions F ont atteint une valeur prédéterminée, l'objet est considéré comme identifié. Le premier pas de calcul (i=o) est effectué dès qu'une perturbation mesurée par l'un des détecteurs 1 dépasse un seuil bas prédéterminé. Ceci permet de synchroniser les opérations de calcul sur le signal mesuré et d'éviter le fonctionnement du microprocesseur 5 quand aucun objet perturbateur ne se trouve à proximité des détecteurs. On va maintenant se référer à l'organigramme de la Fig. 2 pour la bonne compréhension duquel on va tout d'abord décrire l'organisation du bloc mémoire 6. Ce bloc mémoire comprend un compteur de pas de calcul associé à chaque capteur 1 chaque compteur est initialerent à zéro. Chaque fois que se produit un calcul (x) x (y), le compteur correspondant est incrémenté d'une unité-t le bloc mémoire comprend en outre une mémoire par capteur, permettant de stocker le cumul des (x) x (y) -; lorsque le micro-processeur effectue un produit (xi) x (Yi), , il l'ajoute à F1, i-l et la mémoire reçoit la valeur (Yj)i F1,i en remplacement de Fl,i-l ; une mémoire par capteur permettant de stocker la valeur maximale de la fonction d'intercorrélation :F1, F2, F3 une mémoire permettant de stocker le nombre de pas de calcul à effectuer : e max = jmax = k max = n ; enfin un bloc mémoire par capteur, pour stocker les n valeurs yi enregistrées préalablement. On va maintenant décrire la séquence de calcul proprement dite. Le dispositif étant en fonctionnement, on effectue tout d'abord la lecture du signal C1 issu du premier détecteur 1 et on vérifie que ce signal est supérieur au seuil bas prédéterminé correspondant. Si tel n'est pas le cas, on passe à la lecture du signal C2 délivré par le second détecteur 1. Si le signal C1 est supérieur audit seuil on procède à la lecture du compteur i. La lecture du compteur i donne l'adresse de la mémoire contenant la valeur y1 à prendre en considération pour la suite des calculs. Connaissant l'adresse de la valeur de y1, on effectue le produit (xi,} x (yl,i), xl,i étant la valeur lue sur le premier capteur 1. Si i=l, il s'agit du premier produit (xl,l) x (yî,1) il suffit alors de multiplier la valeur trouvée par une constante At n pour obtenir la valeur de la fonction d'intercorrélation Fxl, yl. Si Hall, on effectue le produit (xî,i x yî,i) n qu'on ajoute à la valeur Fxi Yi r conservée en mémoire. Puis on compare ld valeur de F ,i ainsi trouvée à la valeur FI prédéterminée. Si Fl,i a atteint ou dépassé F1, l'objet est considéré comme identifié par rapport au paramètre C1. On remet alors à zéro larmémoire contenant la valeur Pl tt on effectue le test suivant. La mémoire contenant F1 est remise à zéro si l'on considère que le système ne fonctionne qu'une fois, lors du passage d'un objet et est remise dans les conditions initiales après le passage de cet objet s'il n'a pas été identifié. Si le système doit rester en veille permanente, sans nécessiter d'intervention après passage de chaque objet, la valeur de F1 est enregistrée en mémoire morte et le signal d'identificatiôn par rapport aux paramètres successifs est enregistré en mémoire auxiliaire. Le test suivant consiste à vérifier si l'objet a été identifié par rapport au paramètre suivant. Si F2=0, on passe à F3 etc... jusqu'à examen de tous les paramètres. Lorsque l'objet a été identifié par rapport à tous les paramètres, la chalne pyrotechnique est commandée. Si,lors de la comparaison de la valeur de Fl,i trouvée avec la valeur F1 prédéterminée, il apparait que la valeur F1 de la fonction d'intercorrélation n' a pas été atteinte, la valeur de Fl,i est stockée en mémoire. La valeur du compteur ordinal i est incrimentée d'une unité et on passe au test suivant. Ce test consiste à se demander si le.nombre de pas de calcul maximal prédéterminé "n" a été atteint. Si non, on passe à la lecture du paramètre suivant à examiner. Si oui, l'objet ne peut plus être identifié par rapport au paramètre considéré et les opérations sont terminées. On peut alors soit inhiber le système, soit prévoir une remise automatique aux conditions initiales et venir se brancher au "débout", le cycle peut alors recommencer. La boucle de calculs, après lecture de la mesure de C2, est identique à celle décrite précédemment. Le système comporte autant de boucles que de capteurs, c'est à dire de paramètres à mesurer. On va maintenant revenir sur le fonctionnement du dispositif de la Fig. 1. Les échantillonneurs-bloqueurs 2 mesurent la valeur des signaux délivrés par les capteurs 1 correspondants à des instants donnés et conservent ces valeurs mesurées en mémoire jusqu'à la mesure suivante. Ils sont commandés par le circuit logique 9. Les signaux de sortie des échantillonneurs-bloqueurs 2 sont appliqués au multiplexeur 3 qui aiguille sur le convertisseur analogigue-numérique 4, l'information demandée par le micro-processeur 5. Celui-ci, gère les données enregistrées dans les diverses parties de la mémoire 6, à la cadence imposée par l'horloge 7. Le micro-processeur 5 travaille d'une part sur les données fournies à travers le convertisseur analogique-numérique 4 et d'autre part surales données enregistrées dans la mémoire 6, de la manière décrite en référence à l'organigramme de la Fig. 2. I1 délivre des ordres de commande à la chaîne pyrotechnique (non représentée) à travers le convertisseur numérique-analogique 8. A la Fig. 3 on a représenté un exemple de détecteur de champ magnétique pouvant être utilisé comme l'un des détecteurs 1 du dispositif suivant l'invention. Ce détecteur comprend un circuit paramagnétique 10 de forme carrée muni d'un concentrateur de champ Il qui permet de superposer le champ magnétique local à mesurer à un champ magnétique créé par une bobine 12 enroulée sur une branche 13 du circuit 10. La bobine 12 est commandée par un circuit d'alimentation 14. Sur la branche 15 du circuit magnétique 10 opposée à la branche 13, est enroulée une bobine d'exploration 16 alimentée par un oscillateur 17 auquel elle est connectée, en série avec une charge 18. L'amplitude de la tension délivrée par l'oscillateur , l'impédance de la bobine 16 et la valeur de la charge 18 sont choisies de telle façon que le courant traversant cette bobine puisse provoquer une saturation magnétique du noyau 10. Lu point commun entre la bobine 16 et la charge 18, sont connectés un circuit 19 de mesure du courant moyen positif et un circuit 20 de mesure du courant moyen négatif circulant dans la charge 18. Les entrées des circuits 19 et 20 sont respectivement connectées à la charge 18 par l'intermédiaire de diodes 21, 22 dont les anodes sont respectivement tournées vers la charge 18 et vers le circuit 20. Les sorties des circuits 19 et 20 sont connectées aux deux entrées d'un comparateur 23 dont la sortie est connectée à l'entrée d'un circuit 24 de commande de prémagnétisation connecté au circuit d'alimentation 14. Le circuit 24 a un temps de réponse long devant la constante de temps des perturbations mesurées. La sortie du comparateur 23 constitue également la sortie du détecteur qui est destinée à être connectée à l'un des échantillonneurs-bloqueurs 2 du circuit de la Fig. 1. La caractéristique d'induction magnétique dans un circuit paramagnétique est donnée par la Fig. 4. La courbe qui est représentée sur cette figure traduit la proportion alité du champ magnétique et de l'induction B = uo (1 + X H) dans une zone (-Hm,+ Hm). Le champ Hm peut être exprimé en fonction du courant circulant dans la bobine de magnétisation 12 et du nombre de spires que celle-ci comporte. Le noyau paramagnétique 10 est saturé à une valeur Bm de l'induction qui dépend de la forme et de la construction du noyau. Compte tenu de ce qui précède, le fonctionnement du détecteur de la Fig. 3 est le suivant. Le noyau 10 se trouvant à l'état zéro , la bobine d'exploration 16 est alimentée par l'oscillateur 17. Si l'on considère l'alternance positive de la tension aux bornes de la bobine 16, le courant parcourant cette bobine provoque une variation de flux dans le noyau 10 et par conséquent un effet de self induction s'opposant au passage dudit courant. Ainsi qu'on peut le voir à la Fig. 5, il y a donc augmentation lente du courant. Hm Lorsque le courant atteint la valeur n par laquelle le noyau 10 est saturé, l'effet de self induction disparait et le courant augmente brusquement. Si on prémagnétise le noyau 10 en appliquant à la bobine 12 une tension prédéterminée,délivrée par le circuit d'alimentation 14 sous la commande du circuit 24, le courant qui parcourt la bobine 16, crée un effet de self induction Hm - H1 uniquement sur la portion (O, n). L'effet de self disparaît Hm - H1 donc à une valeur n inférieure à la valeur précédente, ainsi qu!on peut le voir à la Fig. 6. Le courant traversant la charge 18 est alors inférieur au courant qui traverse cette charge lorsque le circuit magnétique 10 n'est pas prémagnétisé. Le détecteur de la Fig. 3 permet d'exploiter cette variation de courant dans la bobine 16 pour mesurer le champ magnétique local. La bobine 12 alimentée par le circuit 14 sous la commande du circuit 24, permet de centrer l'état magnétique du noyau 10 sur le point 0. Le circuit de commande 24 permet d'une part de centrer l'état magnétique du circuit 10 sur le point 0 à la mise sous tension du système et, d'autre part1 de recentrer l'état magnétique dudit noyau lors de variations lentes du champ magnétique local, telles que les variations journalières, saisonnières ou autres. Le détecteur qui vient d'être décrit est un détecteur de champ magnétique. Les autres détecteurs utilisés dans le dispositif de l'invention sont dans le cas présent un détecteur de perméabilité magnétique et un détecteur depennittivite diélectrique. Ces derniers détecteurs sont de types courants et ne seront donc pas décrits. Naturellement on peut également utiliser des détecteurs d'autres phénomènes physiques que ceux indiqués cidessus et notamment un détecteur de Hall du type décrit à la demande de brevet et à la demande de certificat d'addition précitées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande et/ou d'allumage, notamment pour engin pyrotechnique à effet fumigène et/ou explosif et/ou éclairant,comprenant des moyens de commande et/ou d'allumage de l'engin pyrotechnique en réponse à des signaux délivrés par des moyens de traitement de signaux indiquant la présence d'un objet à détecter, caractérisé en ce que lesdits signaux indiquant la présence dudit objet sont les signaux de sorties de détecteurs (1) de perturbations de diverses propriétés physiques du milieu environnant, provoquées par la présence d'un objet à détecter dans ledit milieu. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprenant un micro-processeur (5) et une mémoire (6) assurant le stockage des instructions de mesure, de calcul et de commande des moyens de commande et/ou d'allumage, ladite mémoire (6) contient en outre les informations délivrées par lesdits capteurs (1) et relatives à un objet type à identifier, l'information d'objet reconnu étant disponible à la sortie du micro-processeur lors de l'établissement pour les phénomènes physiques auxquels sont respectivement sensibles les détecteurs (iode fonctions d'intercorrélation entre les valeurs mesurées par les détecteurs et les valeurs correspondant à l'objet,emmagasinées dans ladite mémoire. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fonction d'intercorrélation est donnée par la relation n F (T): x (t.)%y (t. + T) xv n dans laquelle x(t) et y(t) sont des signaux correspondant respectivement à une valeur mesurée d'un phénomène physique à un instant donné et à une valeur dudit phénomène, modifiée par un objet type à un instant correspondant et emmagasinée dans ladite mémoire (6) et T est un retard prédéterminé. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits détecteurs (1) de perturbations sont des détecteurs de champ magnétique, de perméabilité magnétique, de permittivité diélectrique. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le détecteur de champ magnétique comprend un circuit paramagnétique (10) sur lequel est enroulée une bobine (12) de prémagnétisation connectée à une source d'alimentation continue (14) et une bobine d'exploration (16) connectée à une source de tension alternative (17) en série avec une charge (18), ladite source d'alimentation (14) étant commandéepar un circuit de commande (24) connecté à des moyens (19, 20, 23) sensibles au courant circulant dans la charge (18). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit paramagnétique (10) comporte un concentrateur de champ (116.