Brevet FR2357014A1 — publié le 19780127

L'invention est relative aux dispositifs conçus pour détecter un changement d'environnement au moyen d'une ligne d'onde. On rappelle que ces dispositifs comportent une ligne alimentée par un courant alternatif et véhiculant par conséquent une onde électromagnétique. L'intrusiond'un mobile, qui peut être un être vivant, ou d'un obstacle dans la section utile de détection modifie localement l'impédance de la ligne ; un circuit couplé à celle-ci permet de détecter cette modification et de commander un dispositif d'alerte. De tels dispositifs sont utilisés par exemple pour délimiter dans un terrain une zone protégée en formant une barrière de détection dont la traversée par un intrus est aussitôt signalée ou enregistrée. Mais chacun des dispositifs du genre précité proposés jusqu'ici présente au moine l'un des inconvénients suivants - pollution radioélectrique, du fait que la ligne rayonne de l'énergie en permanence, - faible sensibilité, - réglage difficile, en particulier lors d'un changement d'implantation de la ligne. L'objet de l'invention est un dispositif du genre précité exempt des inconvénients que l'on vient de signaler. Plus précisément, le dispositif de l'invention offre les avantages suivants - tant qu'un intrus n'est pas détecté, la ligne ne rayonne pas d'énergie, - des modifications de longueur, d'implantation et de configuration de la ligne n'exigent que des réglages simples et rapides. Le dispositif de l'invention convient donc particulièrement à la protection de zones éloignées de toute installation de distribution de courant puisqutil peut être alimenté par une source autonome ; il est en outre facilement transportable et adaptable à de nombreux cas d'utilisation. Le dispositif de l'invention, qui comprend à la manière connue une ligne à deux conducteurs - dont l'un peut être constitué sur au moins une partie de sa longueur par le sol - alimentée en courant alternatif par un oscillateur connecté à l'une de ses extrémités par une connexion bipolaire, est caractérisé en ce qu'il com porte en outre un déphaseur ajustable dont 1 t entrés est connectée à l'autre extrémité de la ligne par une connexion bipolaire et dont la sortie est connectée à une entrée de synchronisation de l'oscil- lateur, ainsi qu'un circuit discriminateur dont l'entrée est connectée à la sortie de l'oscillateur et dont la sortie délivre un signal dont l'amplitude croit avec l'écart entre la valeur d'un paramètre fréquentiel (fréquence ou phase) du courant délivré par l'oscilla- teur et une valeur de référence prédéterminée. Le dephaseur, l'oscillateur et la ligne forment ainsi une boucle adaptée et le réglage du déphaseur permet d'assigner à cette boucle une fréquence de résonance telle que le signal du discriminateur ait une valeur sensiblement nulle (autrement dit que le paramètre fréquentiel utilisé soit sensiblement égal à la valeur de référence) en l'absence d'une intrusion venant perturber localement la configuration du champ électro-magnétique établi entre les deux conducteurs de la ligne. Par contre, une telle intrusion provoque une modification locale de l'impédance de ligne et par conséquent une désadaptation causant un déphasage et une variation de fréquence. Afin de permettre la commande d'un organe d'alarme ou d'enregistrement par le circuit discriminateur, on insère entre celui-ci et le dispositif à commander un circuit d'alerte qui ne délivre un signal de commande que lorsque le niveau du signal de sortie du discriminateur dépasse un seuil de valeur prédéterminée. D'autres dispositions qui visent en particulier à assurer - la stabilité du fonctionnement du dispositif et son accrochage sur une fréquence de référence déterminée, - la compensation des variations lentes d'environnement dues à des causes progressives naturelles (en particulier changements dus aux variations de facteurs climatiques), - l'adaptation à des configurations variables adpatées à des missions différentes, - le respect des règles administratives visant à éviter toute perturbation des télécommunications, seront exposées dans la description qui suit d'exemples de réalisation.Cette description se réfère aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un diagramme de blocs de la forme de réalisation la plus simple du dispositif de l'invention - la figure 2 est un diagramme de blocs d'une forme de réalisation permettant de satisfaire aux différentes conditions précitées - les figures 3 à 6 sont des croquis en perspective montrant des exemples d'implantation de la ligne et de disposition relative de ses conducteurs - les figures 7 à 9 sont des diagrammes illustrant les formes prises par la limite de la zone d'efficacité d'une section de ligne en fonction de la disposition relative assignée aux conducteurs. Pour faciliter la lecture des schémas desdites figures, on convient d'y représenter seulement les circuits ou composants dont la représentation est-nécessaire pour la description du dispositif de l'invention et la compréhension de son fonctionnement. C'est ainsi que les liaisons de masses et les circuits d'alimentation sont omis. On considère d'aborda figure 1 qui représente une ligne 10 à deux conducteurs 11 et 12, un circuit excitateur 20, un discriminateur de fréquence 30 et un circuit d'alerte 40. Ainsi qu'on le précisera par la suite, l'un des conducteurs Il ou 12 peut être constitué en tout ou partie par le sol. Le circuit excitateur 20 comprend - un filtre passe-bande 21, centré sur la fréquence f de fonc o tionnement du dispositif en l'absence de perturbation de ltenviron- nement "E" défini par les deux conducteurs Il et 12 ; ses deux bornes d'entrée 22 et 23 sont respectivement connectées aux extrémités 13 et 14 desdits conducteurs ; - un déphaseur 24 ajustable - par commande manuelle dans l'exemple de réalisation de la figure 1 considérée - transmettant le signal délivré par le filtre 21 - un oscillateur synchronisable 25 recevant par son entrée 26 de synchronisation le signal transmis par le déphaseur 24 et comportant deux sorties délivrant chacune, en l'absence de perturbation de l'environnement, un signal à la fréquence f0; ; les deux bornes 27 et 2B de l'une desdites sorties sont respectivement connectées aux extrémités correspondantes 15 et 16 des conducteurs 11 et 12 l'autre sortie, que l'on a symbolisée par une borne unique 29 (on rappelle que les liaisons de masses ne sont pas représentées) est connectée à l'entrée du circuit 30 que l'on considère ci-après. Le circuit 30 est, dans l'exemple considéré, un discrimina teur de fréquence dont la fréquence de référence a une valeur f o Il délivre un signal d'écart dont l'amplitude croit en fonction de l'écart entre la fréquence effectivement délivrée par l'oscilla teur 25 et la fréquence f o La sortie du discriminateur 30 est connectée à l'entrée d'un circuit d'alerte 40. Celui-ci délivre, lorsque le niveau du signal d'écart du discriminateur 30 dépasse un seuil de valeur prédéterminée, un signal de commande à un ou plusieurs organes non représentés tels qu'un enregistreur, un projecteur, un avertisseur optique ou acoustique, une camera de télévision à tube infra-rouge, etc... La séparation des sorties de l'oscillateur 25 attaquant respectivement le discriminateur 30 et la ligne 10 permet d'une part le découplage de cette ligne et du discriminateur et d'autre part leur adpatation en impédance, par exemple au moyen de transformateurs non représentés. Chacun des circuits ou composants constituant le schéma de la figure 1 étant connu en soi, il est inutile d'en donner une description détaillée. A la mise en service du dispositif, on règle le déphaseur ajustable 24 pour annuler la valeur du signal de sortie du discriminateur 30. En l'absence de perturbation de l'environnement de la ligne 10 et compte tenu de l'implantation de celle-ci (dont on donnera plus loin des exemples), ce réglage établit entre la dite ligne et l'oscillateur 25 la relation de phase imposant la fréquence d'oscillation f . Quant au filtre 23, centré comme on l'a dit sur o ladite fréquence, il assure la stabilité du système oscillant. Il évite en particulier ltoscillation sur des fréquences harmoniques de la fondamentale f et assure le retour à celle-ci après dispari o tion d'une cause de perturbation.Dans ces conditions on conçoit que l'intrusion d'un être vivant ou d'un mobile de taille suffisante dans l'espace efficace E du champ électro-magnétique engendré entre les conducteurs 11 et 12 affecte l'impédance de la ligne 10 et par consequent la fréquence d'oscillation du dispositif. Lorsque la variation détectée par le discriminateur 30 dépasse le seuil assigné, le circuit d'alerte 40 assure la commande des moyens d'avertissement ou d'enregistrement. Lorsque l'objet perturbateur sort du champ, la fréquence d'oscillation reprend la valeur f . La commande desdits o moyens peut être conçue, à la manière connue, de telle sorte qu'ils continuent à fonctionner jusqu'à ce qu'ils soient désarmés par une action manuelle ou à distance ou encore par une temporisation automatique. On conçoit aussi que la ligne 10 nE rayonne qu'une énergie très faible à la fréquence f puisque son adaptation à l'oscillateur o 25 est assurée en l'absence de perturbation. On a indiqué que le circuit 30 est, dans le schéma de la figure 1, un discriminateur de fréquence. il peut cependant être constitué par un circuit de mesure d'un autre paramètre temporel du courant d'oscillation, par exemple par un discriminateur de phase dont l'emploi confère au dispositif des caractéristiques de fonctionnement un peu différentes, et en particulier un délai de réaction plus court. Le schéma de la figure 1 demande cependant à être complété. OR considère maintenani celui de la figure 2 qui comporte en outre des dispositions visant - à placer la fréquence f dans un domaine de fréquences évi o tant toute perturbation des fréquences de télécommunications, - à respecter les réglements administratifs imposant le pilotage en fréquence des appareillages mettant en oeuvre des fréquences électromagnétiques, - à éliminer l'influence des perturbations lentes de l'environ- nement, telles que celles dues aux variations climatiques (humidité du sol, hygrométrie de l'air, changements dans la végétation, etc.), - à réaliser aisément l'accrochage du dispositif à la fréquence de fonctionnement. La seule modification de l'excitateur 20 concerne le déphaseur 24 {figure 1) lequel, dans la figure 2, ou il porte le repère 24a, est à commande électronique et comporte an conséquence une entrée de commande 241. Le circuit discriminateur 30 comprend : - un oscillateur à quartz 31 délivrant une fréquence stabilisée de valeur (fo f m' fm étant, comme on le verra, la fréquence utilisée pour la mesure des déphasages ou des variations fréquentielles ; - un mélangeur 32 à deux entrées dont l'une est connectée à la sortie de l'oscillateur 31 et reçoit la fréquence (fo fm) et dont l'autre est connectée à la sortie 29 de l'oscillateur 25 ;; - un filtre passe-bande 33 centré sur la fréquence m et trans mettant le signal délivré par le mélangeur 32 - enfin le discriminateur de fréquence proprement dit 34 dont la fréquence de référence est Le signal de sortie du discriminateur 34 est adressé, d'une part par l'intermédiaire d'un amplificateur 50 à gain ajustable au circuit d'alerte 40 déjà considéré et d'autre part à un intégrateur 60 à grande constante de temps. Celui-ci élabore une valeur moyenne dudit signal qu'il adresse par 11intermédiaire d'une résistance 61 d'adaptation et d'un commutateur 8G mis en position "p" à l'entrée de commande 241 du déphaseur 24a. L'amplificateur 50 permet de régler la sensibilité du dis positif. Quant à l'intégrateur 60, 7 il assure, par réglage autDma- tique du déphaseur 24a, l'annulation des variations lentes de fréquence provoquées par des modifications progressives de l'environnement de la ligne 10 dues, ainsi.qu'on l'a indiqué, aux intempéries ou variations climatiques. Mais cette compensation -n'affecte pas les variations relativement rapides de fréquence dues aux intrusions dans l'espace E. Lorsqu'il est mis en position 1,q1,, le- commutateur 80 connecte, par l'intermédiaire dTune résistance d'adaptation 71, l'entrée de commande 241 à la sortie d'un oscillateur TBF 70 déli vrant un signal triangulaire. Cette disposition permet d'accrocher le dispositif sur sa fréquence de fonctionnement lors du démarrage. On considère maintenant les figures 3 à 6 illustrant quelques exemples dtimplantation de la ligne 70. Dn a schématisé dans toutes ces figures le circuit excitateur 20 par un simple boitier~ dont la face frontale porte les bornes 22 et 27 auxquelles est -connecté le conducteur il et les bornes 23 et 28 auxquelles est connecté le conducteur 12. Les poteaux supports des conducteurs ont été omis. On considère en m8me temps les figures 7 à 9 montrant les divers aspects que peut affecter dans une section verticale d1es- pace S le contour C de la zone d'efficacité E de la ligne pour ces différentes configurations. Dans la figure 3, le conducteur 12 est un aérien dessinant un perimètre dans un plan horizontal. Le conducteur 11 est constitué par le sol T du terrain délimité. Autrement dit, les bornes 22 et 27 sont mises à terre. Cette implantation de ligne permet de détecter tout intrus pénétrant dans le champ inclus ou en sortant. Comme le montre la figure 7, la zone d'efficacité E est étendue, en particulier au voisinage du sol, et même les intrus rampants peuvent être détectés. Dans la figure 4, l'implantation de la ligne est inchangée, mais le conducteur il est constitué par un fil isolé mis au sol sous le conducteur 12. La figure 8 montre que la section de la zone dtef- ficacité E est approximativement une ellipse dont les sections des deux conducteurs 11 et 12 déterminent le grand axe. Elle est moins étendue en largeur que celle de la figure 7 mais elle est moins sensible aux variations climatiques puisque les changements d'humidité au sol ne l'affectent pas. La figure 5, montre, pour une même implantation générale que celle des figures 3 et 4, l'utilisation d'une ligne à ceux conducteurs 11 et 12 dans laquelle ceux-ci sont disposés Farallèlement dans un même plan horizontal. La figure 9 montre que le contour de section de la zone d'efficacité E E est approximativement une ellipse dont les deux conducteurs forment deux sommets opposés. Cette don- figuration, exigeant en principe une série de poteaux isolateurs pour chaque conducteur, est d'une installation plus compliquée que celle des figures 3 et 4. Mais, du fait qu'il est possible de jouer sur la distance entre les conducteurs 11 et 12, la largeur de la zone efficace E peut être rendue sensiblement plus grande.On peut en outre éviter ainsi la détection des animaux rampants, ce qui peut constituer un avantage dans certains cas d'utilisation. La figure 6 montre un dernier mode dtimplantation, topologiquement identique à celui de la figure 1, mais dans lequel le conducteur 12 est constitué par deux brins parallèles rapprochés. La surface enclose par le périmètre forme donc un couloir de détection. On remarquera que le conducteur 12 peut être constitué par un aérien bifilaire dont on courtcircuite les deux brins à l'extrémité 17. On peut alors régler la ligne sur unie fréquence f telle que les courants o des deux brins soient en opposition de phases et qu'il y ait réflexion sur ladite extrémité. Comme dans le cas de la figure 4, le conducteur 11 peut être constitué par un second fil disposé sous le fil 12. La liste d'exemples de configurations de ligne que l'on vient de donner n'est pas exhaustive. Elle a seulement pour objet de montrer que le dispositif de l'invention peut être adapté sans difficulté à de très nombreux cas d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour détecter un changement d'environnement, notamment un changement dû à l'intrusion d'un obstacle ou d'un être vivant, au moyen d'une ligne à deux conducteurs alimentée par un oscillateur connecté à l'une de ses extrémités par une connexion bipolaire, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre un déphaseur ajustable dont l'entrée est connectée à l'autre extrémité par une connexion bipolaire et dont la sortie est connectée à une entrée de synchronisation de l'oscillateur, ainsi qu'un circuit discriminateur dont l'entrée est connectée en sortie de l'oscillateur et dont la sortie délivre un signal d'écart dont l'amplitude croît avec l'écart entre la valeur d'un paramètre fréquentiel du courant délivré par l'oscillateur et une valeur prédéterminée de référence, une boucle étant ainsi formée par le dépha seul, l'oscillateur et la ligne et le réglage du déphaseur permettant d'assigner à cette boucle en l'absence d'intrusion une fréquence de résonance de valeur telle que le signal délivré par le circuit discriminateur ait un niveau sensiblement nul. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, inséré entre l'entrée du déphaseur et l'extrémité de ligne qui lui est connectée, un filtre passe-bande centré sur la valeur de ladite fréquence de résonance. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce quxil comporte en outre, pour commander en cas d'intrusion un organe d'alarme ou d'enregistrement, un circuit dia- lerte dont l'entrée est connectée en sortie du circuit discriminateur et dont la sortie délivre audit organe d'alerte un signal de commande lorsque le niveau du signal de sortie du discriminateur dépasse un seuil prédéterminé. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit discriminateur est un circuit discriminateur de phase. 5. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit discriminateur est un circuit discriminateur de fréquence. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit discriminateur comprend un oscillateur à fréquence fixe différente de la fréquence de réso nance de la boucle, un mélangeur à deux entrées respectivement connectées à la sortie de l'oscillateur de la boucle et à la sortie de l'oscîllateur à fréquence fixe et délivrant un signal de fréquence égale à la différence des fréquences délivrées par les deux oscillateurs, enfin un étage discriminateur dont la fréquence de référence est égale à ladite différence de fréquences en l'absence d'intrusion. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qutil comporte en outre un intégrateur dont l'entrée est connectée en sortie du circuit discriminateur et en ce que le déphaseur comporte une entrée de réglage de déphasage connectés à la sortie de l'intégrateur. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un oscillateur d'accrochage et un commutateur permettant de connecter l'entrée de réglage soit à la sortie de l'intégrateur soit à la sortie de iloscillateur d'accrochage. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendicatins 1 à 8, caractérisé en ce que au moins une fraction de l'un des conducteurs de la ligne est constituée par le sol. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'un des conducteurs est un aérien et en ce que l'autre est isole et posé sur le sol. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les deux conducteurs sont parallèles.