Brevet FR2329977A1 — publié le 19770527

La présente invention concerne un dispositif de détection de proximité ainsi que les systèmes de détection équipés de ce dispositif. Il est entendu par détecteur de proximité, un dispositif qui fournit une infermation sur la présence ou l'absence d'un objet dans un champ de surveillance. Cette information par tout ou rien est genéralement produite sous forme dtun signal électrique susceptible de prendre l'une ou l'autre de deux valeurs prévues telles que, une valeur d amplitude nulle dans le cas d'absence et une amplitude déterminée dans le cas de présence de l'objet dans le champ observé. l'invention est applicable dans des domaines civils tel que, par exemple, la surveillance de locaux, le fonctionnement ou le comptage de pièces mécaniques ot .. ainsi que dans des domaines militaires pour permettre notamment la réalisation dtun système de détection et de déclenchement d'une fusée de proximité active. l'invention est considérée plus particulièrement dans ce qui suit, mais de manière non limitative dans le cadre de ce dernier domaine d'application, ceci compte tenu que pour de tels équipements, les impératifs techniques exigés sont très sévères, notamment, en ce qui concerne le volume, le poids, l'efficacité et la sécurité de fonctionnement. les fusées de proximité transportées par des engins ou missiles doivent constituer des dispositifs de forte compacité et de faible poids ; leur système de détection et de déclenchement doit commander le déclenchement de la mise à feu d'une charge explosive lorsque des conditions précises d'approche d'une cible sont satisfaites, de manière à produire avec le maximum d'efficacité sa destruction. Ces conditions d'approche peuvent correspondre à des distances très faibles de détection, par exemple, dans une zone spatiale assignée de largeur de quelques mètres située à une distance moyenne de dix mètres environ. te matériel se trouve soumis durant sa brève période de vol à des conditions sévères d'environnement sous l'influence d'accélérations, de vibrations et de variations thermiques. l'exigence d'une très grande sécurité de fonctionnement est impérative. tes techniques mises en oeuvre doivent permettre la localisation précise de l'objectif envisagé avec une grande précision et un pouvoir séparateur élevé.Le système de détection est conçu pour délimiter une zone spatiale bien définie autour de l'engin à l'intérieur de laquelle la probabilité de déclenchement est très élevée ; en dehors de cette zone par contre, la probabilité de déclenchement est extrêmement faible. te système doit également assu rer une protection efficace contre les déclenchements parasites indésirables dus à des brouilleurs ou dispositifs de contre-mesure et aux réflexions de sol.Cette protection doit jouer notamment en prévision d'une altitude minimale d'évolution envisagée qui peut entre faible, par exemple, 1,5 fois la distance maximale de détection de la zone spatiale assignée. tes techniques de détection utilisées sont généralement des techniques perfectionnées de détection électromagnétique. Des réalisations connues procèdent selon des techniques radar Doppler ou à impulsions brèves codées. D'autres formes de réalisations plus récentes et plus performantes utilisent des techniques radars à ondes, entretenues codées et à corrélation, associées à une réception à taux de fausse alarme constant. Ges techniques radars ont été également transposées en optique en utilisant des dispositifs photo-émetteurs ét photo-recepteurs. L'onde lumineuse émise est diffusée par l'objet et reçue par un dispositif photo-recep-téur lorsque cet objet est présent dans le champ. En utilisant des transducteurs solides à base de semiconducteurs on obtent un matériel opérationnel- allégé et compact. Un dispositif de proximité selon l'invention est du type optoélectrique précité et comporte une combinaison particulière de circuits d'émission et de réception permettant encore d'améliorer les caractéristiques de l'équipement notamment du point de vue légereté et compacité. Selon une caractéristique de l'invention il est réalisé en dispositif de détection de proximité pour détecter la présence d'un objet déterminé dans un champ d'observation et dans une plage de distance d'éloignement déterminée, ledit dispositif comportant un émetteur à transducteur electro-optique pour produire un rayonnement lumineux dans ledit champ et un récepteur à transducteur opto-électrique pour détecter le rayonnement provenant dudit champ et produire un signal utile par traitement du signal détecté, les circuits de traitement du signal détecté comportant un circuit filtre sélectif accordé sensiblement sur une fréquence prédéterminée et dont la sortie est utilisée pour alimenter à travers un circuit amplificateur de puissance ledit tranducteur d'émission de manière à produire une boucle de réaction refermée par ledit objet lorsque celui-ci est présent dans ledit champ, ladite boucle oscillant alors sur ladite fréquence prédéterminée. D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées où les mêmes éléments sont indiqués avec les mêmesréférences et qui représentent : - la figure i, un bloc-diagramme général du dispositif opto-électrique de détection selon l'invention - la figure 2, un mode préféré de réalisation du dispositif - la figure 3, une forme d'onde de fonctionnement - la figure 4, un exemple de montage d'un transducteur utilisé dans le dispositif selon la figure 2 - les figures 5 et 6, un exemple de montage et de connexion dans le cas de plusieurs transducteurs utilisés à l'émission et/ou à la réception dans le dispositif de détection. En référence à la figure 1 le dispositif de détection comporte un émetteur optique 1 qui produit un rayonnement lumineux dans un champ PE englobant celui d'observation. Un recepteur à transducteur optoélectrique 2 reçoit le rayonnement lumineux en provenance du champ de réception PR c' est-à-dire du champ observé et produit un signal détecté Si correspondant au rayonnement incident. te signal St est après amplification dans un circuit amplificateur 3 traité dans des circuits de traitement en aval pour produite un signal utile S2 destiné à des circuits d'exploitation annexes 4. Conformément à l'invention, les circuits de traitement comportent un circuit filtre sélectif 5 accordé sensiblement sur une fréquence prédéterminée et connecté en série avec des circuits de détection 6, la sortie du circuit filtre 5 étant par ailleurs connectée à un amplificateur de puissance 7 qui alimente l'émetteur 1. L'amplificateur 3 du recepteur est déterminé ayant un gain élevé et un faible bruit devant celui produit par le dispositif de réception photoélectrique 2. Dans ces conditions, lorsque l'objet A à détecter n'est pas présent dans le champ d'observation PR, le rayonnement ambiant est seul reçu et le signal S1 correspond à un signal aléatoire de bruit. Ce signal est amplifié par les éléments 3 et 7, le filtre 5 opère au passage un filtrage spectral mais compte tenu de la nature aléatoire du signal, l'émetteur 1 et finalement alimenté par un signal de bruit. Lorsque par contre l'objet A est présent dans le champ, le rayonnement reçu comporte en sus celui démission renvoyé par l'objet vers le recepteur. t1 ensemble 1-2-3-5-7 forme dans ces conditions une boucle de réaction fermée par l'intermédiaire de objet A. La fréquence d'oscillation de la boucle ainsi formée dépend des caractéristiques de bande passante et de fréquence d'accord du circuit filtre 5. te rayonnement reçu par le récepteur 2 et provenant de l'objet A comporte cette fréquence d'oscillation due au signal 23 qui module à ce rythme l'intensité du rayonnement émis par le dispositif émetteur optique 1. Ce rayonnement atteint très rapidement un niveau maximal ceci par saturation des circuits entrant dans la composition de la boucle. Ce niveau doit-etre suffisamment élevé en sorte que le signal détecté S1 se distingue de celui du au selil rayonnement ambiant précité et que le signal S3 appliqué à l'ensemble de détection 6 présente un niveau suffisant pour le traitement.Ceci implique la détermination des circuits de la boucle et ceux de détection en fonction notamment des dimensionsde l'objet, de sa-nature et de la plage d'éloignement à considérer pour la détection. tes circuits de détection 6 peuvent entre réalisés de-manière connue et consister par exemple en un circuit détecteur d'enveloppe et un circuit de comparaison à un seuil. ta valeur du seuil est déterminée pour assurer la détection de l'objet dans la plage de distance prévue et avec un taux très faible de fausse-alarme. Une réalisation particulièrement simple du dispositif est représentée sur la figure 2. te récepteur optoélectrique comporte un élément transducteur formé par une diode photodétectrice au silicium 20 et l'émetteur optique comporte une diode électroluminescente à-l'arseniure de gallium 10. Ba bande spectrale d'un tel ensemble peut se siter aux alentours de 0,9 } ta diode réceptrice 20 est alimentée à partir d'un cicuit d'alimentation continue 9 et le signal détecté S1 est prélevé aux bornes d'une résistance 21 connecté en série avec a diode. te signal Si est transmis à travers une liaison capacitive 22 à un circuit préamplificateur 23 à faible bruit lequel est suivi d'un ou plusieurs étages amplificateurs 25, les entrées respectives a ceux-ci s1 effectuant également au moyen de capacités de liaison telles que 24. La source de bruit prépondérante est formée par la diode réceptrice 20 et la composante continue du bruit est éliminée par les liaisons capacitives 22, 24. L'ensemble.anplificateur 23, ?5 est réalisé de -préférence en circuits intégrés ; un montage avec deux étages amplificateursprocure un gain atteignant aisément 120 dB. te circuit filtre 5 est constitué de cellules à résistance et capacité de manière à limiter la bande passante du dispositif à une plage de fréquence étroite déterminée par exemple d'étendue 1000 Tiz L'amplificateur de puissance 7 comporte un transistor de puissance recevant le signal S3 par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation ; sa sortie alimente la diode électroluminescente 10 dont la puissance émise est de l'ordre de 1 mW. tés circuits de détection comportent une cellule de liaison à capacité 30 et résistance 31 et une diode détectrice 32 pour produire le signal d'enveloppe de S3. te circuit peut comporter ensuite une cellule intégratrice à capacité 33 et résistance 34 de constante de temps sensiblementégale au temps de montée tm du signal S3 schématisé sur la figure 3, puis un circuit 35 de comparaison à un seuil VS déterminé. A une valeur de 5 à 10 ms pour tm correspond une bande passante de 1 KHz environ pour le filtre et une fréquence d'accord de 1OKHz environ.. te circuit d'alimentation 9 alimente la diode 20 et les circuits amplificateurs d'émission 7 et de reception 23, 25 à travers des circuits conventionnels de découplage à résistance ou à self et capacité. te dispositif décrit à l'aide de la figure 2 est remarquable quand à sa simplicité et son faible encombrement. Il y a lieu de remarquer l'absence d'objectif optique et d'accessoirs tels que diaphragme et filtre optique, ce qui rend cette forme de réalisation apte à équiper tout système dans lequel une forte compacité et un faible poids sont plus particulièrement requis. il est entendu néanmoins que la forme préférée de réalisation de la figure 2 n'est pas à considérer limitative. tes éléments optiques précités peuvent en tout ou partie entre inclus dans la combinaison. L'émetteur peut être du type,monochromatique et réalisé par exemple au moyen d'une diode ou d'un émetteur laser et le recepteur équipé d'un filtrage optique approprié. Pour constituer un système détecteur d'une fusée de proximité, le dispositif selon la figure 2 peut entre aménagé comportant plusieurs transducteurs à l'émission et la réception pour couvrir une zone spatiales déterminée. Chaque transducteur-40 peut être associé à un cache ou a un élément de fibre optique 41 tel que symbolisé sur la figure 4 pour produire un champ élémentaire d'ouverture G et de direction X déterminée ; l'ensemble des transducteurs est ensuite regroupé sur un support 42 (figure 5) pour produire un champ d'observation de forme désirée résultant de la somme des champs élémentaires. tes différents photorecepteurs 20-1 à 20-n sont connectés en parallèle comme représenté sur la figure 6 tandis que les photo-émetteurs 10-1 à 10-m (m pouvant être égal ou différent de n) sont alimentés en série. tes éléments émetteurs peuvent être associés respectivement par paire avec ceux de réception. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de proximité pour détecter la présence d'un objet déterminé dans un champ d'observation et dans une plage de distance d'éloignement déterminée, ledit dispositif comportant un émetteur à transducteur électro-optique pour produire un rayonnement lumineux dans ledit champ et un récepteur à transducteur opto-électrique pour détecter le rayonnement provenant dudit champ et produire un signal utile par traitement du signal détecté, caractérisé en ce que les circuits de traitement du signal détecté (S1) comportent un circuit filtre (5) sélectif accordé sensiblement sur une fréquence prédéterminée et dont la sortie est utilisée pour alimenter à travers un circuit amplificateur de puissance (7) ledit transducteur d'émission (1) de manière à produire une boucle de réaction refermée par ledit objet (A) lorsque celui-ci est présent dans ledit champ (PR), ladite boucle oscillant alors sur ladite fréquence prédéterminée. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transducteur électro-optique (1) comporte une diode (10) émettrice de lumière et ledit transducteur optoélectrique (2) comporte une diode photodétectrice (20), cette dernière étant connectée à un circuit préamplificateur à faible bruit (23) suivi de circuit d'amplification (25) précédant ledit circuit filtre. 3. Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite diode émettrice est une diode électroluminescente à l'arseniure de Gallium et ladite diode photodétectrice est une diode au Silicium. 4. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits circuits de traitement comportent en aval dudit circuit filtre un circuit de détection d'enveloppe (30 à 34) et un circuit de comparaison à seuil (35) délivrant ledit signal utile fus2). 5. Dispositif de détection selon l'ensemble des revendications 1 à 4 et destiné à constituer un système de détection de fusée de proximité, caractérisé en ce que lesdits transducteurs comportent respectivement une pluralité de diodes électroluminescentes (I 0-1 à 10-m) connectés en série et une pluralité de diodes photodétectrices (20-1 à 20-n) connectées en parallèle. 6. Système de détection comportant un dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.