Brevet FR2390741A1 — publié le 19781208

L'invention concerne un montage, approprié pour un détec Leur à ultrasons de déplacements d'une présence mobile, du type comportant un transducteur à ultrasons servant de transducteur d'émission et un transducteur à ultrasons servant de transducteur de réception, un oscillateur pour produire une tension alternative pour le transducteur d'émission, un circuit de porte pour l'envoi, commandé dans le temps, de trains d'ondes de cette tension d'oscillateur au transducteur d'émission, un circuit récepteur qui est relié au transducteur de réception et reçoit un signal de re- ception du transducteur de réception, ainsi Qu'un circuit d'exploitation. On connaît des détecteurs de déplacements ou de mouvements, à ultrasons pour l'ouverture et la fermeture, sans contact, d'un robinet d'eau. Les ondes ultrasonores émises par un émetteur d'ultrasons tombent sur un objet, par exemple sur les mains d'une personne, qui se situe au-dessous de l'ouverture de sortie d'eau du robinet. Le rayonnement ultrasonore émis est réfléchi sur les mains et une partie de ce rayonnement réfléchi parvient dans un transducteur de réception à ultrasons. Dans ce transducteur se trouve produit un signal correspondant qui est exploité par un circuit électronique associe. Le signal d'exploitation est alors utilisé pour ltouverture et la fermeture d'une soupape électromagnétique. Essentiellement dans le cas des installations d'eau chaude il est important qu'un tel robinet, pouvant être actionné sans contact, ne soit pas ouvert ou le reste inutilement. Afin que le dispositif détecteur à ultrasons ne réponde pas à la présence d'un récipient situé dans le lavabo ou bien à la présence d'un chiffon situé au-dessus du robinet d'eau, le système fonctionne habituellement selon le principe de la détection ultrasonore à décalage de fréquence par effet Doppler. Cette limitation à des objets mobiles n'est cependant en soi pas suffisante car le robinet d'eau ne doit pas répondre naturellement, c'est-à-dire être actionné, par exemple dans le cas où une personne se tient simplement debout devant L'évier ou bien lors de l'ouverture d'une porte située à proximité. I1 faut également prendre des dispositions pour que le dispositif détecteur à ultrasons ne réponde pas lors de la présence du jet d'eau lui-même, étant donné que ceci conduirait à ce que le robinet d'eau ne soit absolument plus fermé. Pour résoudre les problèmes mentionnés précédemment, il existe déjà un certain nombre de propositions qui présentent à nouveau individuellement des inconvénients qui concernent notamment un défaut de la sécurité de fonctionnement. La présente invention a pour but de fournir un montage du type indiqué plus haut et fournissant une sécurité accrue de fonctionnement. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un dispositif du type indiqué plus haut, caractérisé par le fait que le circuit de réception comporte un discriminateur de phase permettant d'identifier la valeur d'un déphasage entre la tension alternative de l'oscillateur et le signal de réception respectif ainsi qu'un circuit de mémoire électronique branché en série et en en aval du discriminateur de phase qui mémorise, à des instants se répétant périodiquement d'une façon prédéterminée et qui sont déterminés par des signaux de cadence de lecture le signal de sortie du discriminateur de phase jusqu'a l'instant immédiatement suivant, et que le circuit d'exploitation possède un circuit comparateur permettant de comparer les valeurs individuelles ou plusieurs valeurs successives du circuit de mémoire électronique, ledit circuit comparateur possédant une fonction à seuil en sorte qu'un signal de sortie du montage est produit lorsque la grandeur des différentes valeurs de mémoire ou bien les grandeurs moyennes d'un certain nombre de valeurs de mémoire successives se différencient les unes des autres de plus d'une quantité prédéterminée, ledit signal de sortie indiquant une présence. La présente invention n'est pas seulement basée sur l'idée d'utiliser le décalage de fréquence par effet Doppler d'un objet mobile devant être détecté. En ce qui concerne l'invention on obtient en outre à l'aide d'un circuit d'une part simple et d'autre part extrêmement sur du point de vue fonctionnement et en particulier vis-à-vis de perturbations volontaires, ce fait que la plage de détection est limitée étroitement dans l'espace. Con formément à l'invention ceci est obtenu à l'aide d'un circuit de mémoire électronique branché en série et en aval du discriminateur de phase et qui est soumis à une commande cadencée de lecture. Cette commande cadencée de lecture est conformément à l'invention non seulement synchrone, mais également décalée dans le temps d'une manière déterminée de façon particulière, par rapport à l'impulsion de cadence l'émission de l'impulsion ultrasonore. Dans le cadre de l'invention, la tension alternative nécessaire pour l'excitation du transducteur de réception à ultrasons est envoyée par l'ntermediaire du circuit de porte au transducteur d'émission à ultrasons, qui peut être également et simultanément un transducteur de réception à ultrasons, en sorte que le transducteur d'emission ne reçoit que des trains d'ondes, limités dans le temps, de la tension laternative d'un oscillateur. La fréquence de la tension alternative de l'oscillateur est accordée sur le transducteur d'émission et sur le transducteur de réception de telle manière que ces deux transducteurs ont ensemble une action optimale en ce qui concerne la fonction qui leur est réservée, à savoir que le transducteur d'émission possède un rayonnement aussi favorable que possible avec une amplitude maximale du champ ultrasonore et que le transducteur de réception reçoit un signal ultrasonore réfléchi, aussi intense que possible, en provenance d'un objet devant être détecté. En général la fréquence de la tension alternative d'excitation se situe au moins à proximité de la fréquence de résonance d'un mode d'oscillation, particulièrement favorable pour le rayonnement d'émission, du transducteur d'émission.Un dimensionnement judicieusement identique est preféré pour le transducteur de réception. Dans le cas de la fréquence de résonance devant etre prise en compte, il existe des différences connues en soi selon que l'on désire une faible impédance d'entrée ou une impédance d'entrée élevée du transducteur respectif, ce qui vise a obtenir un fonctionnement du transducteur avec une résonance série ou avec une résonance en parallèle. Conformément à l'invention le transducteur d'émission envoie un train d'ondes seulement relativement court d'un rayonnement ultrasonore, qui est réfléchi par des objets qui sont situés dans la zone de propagation du rayonnement ultrasonore. Le signal ultrasonore est réfléchi et reçu par le transducteur de réception et converti en un signal de réception électrique. Ce signal de réception est amplifié et est envoyé à un discriminateur de phase, en même temps que la tension alternative de ltoscillateur. Lors de l'arrivée du signal de réception, ce discriminateur de phase délivre une tension qui correspond au rapport des phases qui existe entre ce signal de réception électrique et la tension alternative de l'oscillateur.Dans le cas d'objets mobiles, on établit en effet que la phase du signal de réception varie par rapport à celle de la tension alternative de l'oscillateur, d'une cadence de lecture à la cadence suivante de lecture, c'est-à-dire d'une période de cadence à la période de cadence suivante, ce qui conduit à un signal de sortie du discriminateur de phase qui varie d'une cadence à la suivante. Avec une impulsion de la cadence de lecture, qui succède à un intervalle de temps fixe dans le temps à l'impulsion dlEmis- sion, la tension de sortie du discriminateur de phase, présente à l'instant de l'impulsion de cadence de lecture, est envoyée à une mémoire électronique, qui est de préférence constituée par ce qu'on appelle un circuit "d'échantillonnage et de maintien". Cette tension de sortie est mémorisée dans la mémoire jusqu'à l'instant de l'impulsion immédiatement suivante de cadence de lecture de la période de cadence suivante. Dans le cas où un objet mobile se trouve à une distance du transducteur d'émission, qui correspond à l'intervalle de temps entre l'impulsion d'émission et l'instant de l'impulsion de cadence de lecture, le signal mémorisé varie d'une période de cadence à la période de cadence suivante. La grandeur de la variation des valeurs respectivement mémorisées fournit un premier signal de sortie traité ulterieuriiêïït pour fournir le signal de sortie du montage conforme à l'invention. Dans le cas d'un circuit "d'échantillonnage et de maintien, ce premier signal de sortie est une tension alternative qui, après redressement, est envoyé à un circuit d'exploitation possédant une fonction à seuil. Par suite de la longueur des impulsionsd'émission ultrasonoreson obtient, à la place d'une valeur exacte d'intervalle, une plage de distances pour-laquelle est réalisée l'exploitation. La limitation, obtenue conformément à l'invention, de la réponse du montage à la présence d'objets "uniquement mobiles" d'une certaine plage ou zone de distances ne doit pas nécessairement porter sur une seule filage de distances. Au contraire on peut également prévoir deux ou plusieurs plages de distances predéter- minées. Pour chaque plage prédéterminée de distances, on peut pre- voir un autre circuit de mémoire, par exemple un circuit "d'echan- tillonnage et de maintien", qui est monté en parallèle avec le circuit de mémoire décrit précédemment ou bien agit en parallèle avec ce circuit, et qui reçoit pour lui-même une cadence de lecture qui se situe à un autre écart dans le temps vis-a-vis de l'émission déjà mentionnée plus haut d'impulsions du transducteur d'émission.Cet autre écart dans le temps correspond à une autre plage de distances, pour laquelle le montage conforme à l'invention est réalisé et sensible, par l'intermédiaire du circuit de mémoire, pour la détection des signaux. La détection dans différentes plages de distances peut être également utilisée pour le déclenchement de fonctions différentes. Un montage conforme à l'invention, sensible pour deux plages de distances, c'est-à-dire un détecteur de presence à ultrasons répondant à la présence d'objets mobiles dans deux plages de distances, peut être conçu par exemple pour la commande sans contact d'un robinet d'eau de telle manière que l'une des plages de distances, en partant du transducteur d'émission, se situe à une faible distance devant le jet d'eau et que l'autre plage de distance se situe à une faible distance derrière le jet d'eau. Le jet d'eau lui-même est alors "occulté", c'est-à-dire qu'il ne peut déclencher la fourniture d'aucun signal de déclenchement. Ceci peut être par exemple intéressant étant donné que, sinon, de l'eau tombant goutte à goutte pourrait conduire au. déclenchement de signaux.Les deux plages mentionnées de distances sont situées directement l'une derrière l'autre en étant rapprochées de telle manière que, dans tous les cas, un objet mobile, par exemple les mains d'une personne, introduit dans la zone du jet d'eau devant sortir du robinet, garantit une réponse du détecteur. Bien que dans le cas d'une plage unique de distance, tout comme également pour plusieurs plages de distances, la longueur de la plage de distances peut être modifiée, de façon réglable, suivant la direction du rayonnement ultrasonore. Au moyen d'une longueur adéquate de l'impulsion d'émission ultrasonore, on peut accroitre ou régler l'intervalle de temps pendant lequel des signaux réfléchis reçus sont exploités par le montage. La largeur de la plage de distances peut être sélectionnée de façon prédéterminée grâce au choix de la largeur du lobe de rayonnement du transducteur d'émission à ultrasons et du transducteur de réception à ultrasons. Grâce au choix de la longueur des impulsions de la cadence de lecture, qui sont envoyées au circuit "d'échantillonnage et de maintien", une intégration est réalisée dans ce circuit. Cette intégration aboutit au fait que l'on ne peut plus réaliser l'enre- gistrement de signaux d'objets quiBse déplacent si rapidement que des déphasages basés sur un tel déplacement disparaissent lors de la formation de la valeur moyenne. Ceci est équivalent au fait qu'avec l'accroissement de la longueur des impulsions de cadence de lecture, la limite de la vitesse, pour laquelle le montage conforme à llinvention est encore sensible, est abaissée. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés, constitués par une figure 1, subdivisée en deux figures partielles la et lb, une forme de réalisation préférée du montage conforme à l'invention. En soi ce montage est compréhensible, sur la base des indications détaillées pour l'homme de l'art ou le spécialiste, qui a étudié les indications fournies précédemment. Pour apporter une simplification supplémentaire à la compréhension de l'invention, on va donner ci-après de brèves indications relatives à ce montage représenté. Le transducteur d'émission, qui est de préférence également le transducteur de réception, est désigné par la référence30. Le circuit de réception 31 est entouré par une ligne formée de tirets et repéré par la référence 31. Ce circuit de réception 31 contient le discriminateur de phase ou détecteur de produit 32. C'est par exemple au point du circuit désigné par la référence 33 qui estrepéré- de façon supplémentaire,sur le schéma subdivisé en deux parties, par la refé- rence D) qu'est appliquée la tension alternative 33 qui est produite par l'oscillateur 133.Au point du circuit désigné par la référence 34 est appliqué le signal de réception qui apparaît dans le transducteur 30 par suite d'une partie réfléchie du rayonnement ultrasonore émis. Le circuit 35 de mémoire ou "d'échantilon- nage et de maintien" est entouré par une ligne en trait mixte portant la référence 35. Le signal de sortie, parvenant à ce circuit 35, du détecteur de produit 32 est appliqué par exemple au point du circuit désigné par la référence 37. Au point 36 du circuit est présent le signal de cadence de lecture pour le circuit 35 "d'échantillonnage et de maintien". Le circuit d'exploitation 38 (situé sur la figure à la droite du circuit de réception 31) est également entouré par une autre ligne formée de tirets. Ce circuit d'exploitation 38 contient le circuit comparateur 39 qui est ici essentiellement un transistor. Le circuit logique 40, cons titué par exemple par deux inverseurs CMOS, réalise la fonction à seuil pour le circuit comparateur 39. Au point 41 du circuit apparaît le signal de Sortie du montage conforme à l'invention. La référence 42 désigne le circuit de porte pour l'impulsion d'émission ultrasonore Ce circuit de porte 42 est commandé par un circuit 142 pour la durée de l'impulsion d'émission. La référence 44 désigne un amplificateur de puissance pour la puissance électrique d'émission de l1émetteur à ultrasons. La fréquence de récurrence des impulsions est déterminée par le générateur de cadence 45. Le montage représenté sur les figures est destiné à être utilisé pour la commande sans contact d'un robinet d'eau, par exemple pour la commande de sa soupape magnétique 43. La référence 46 désigne le raccord pour la tension d'alimentation de par exemple 12 volts. Pour un cas d'utilisation pratique dans un robinet d'eau, on obtient, pour une longueur de l'impulsion d'émission d'ultrasons d'environ 0,5 mus une longueur de la plage de distances, dans laquelle se situe la sensibilité de réponse du montage conforme à l'invention, égale à environ 8 cm. REVENDICATIONS 1. Montage approprié pour un détecteur à ultrasons de déplacemend d'une présence mobile, du type comportant un transducteur à ultrasons servant de transducteur d'émission et un transducteur à ultrasons servant de transducteur de réception, un oscillateur pour produire une tension alternative pour la transduction d'émission, un circuit de porte pour l'envoi, commandé dans le temps, de trains d'ondes de cette tension d'oscillateur au transducteur d'émission, un circuit récepteur qui est relié au transducteur de réception et reçoit un signal de réception du transducteur de réception, ainsi qu'un circuit d'exploitation, caractérisé par le fait que le circuit de réception (31) comporte un discriminateur de phase (32) pour identifier la valeur d'un depha- sage entre la tension alternative (33) de l'oscillateur et le signal de réception respectif ainsi qu'un circuit de mémoire élec- tronique (35) branché en série et en aval du discriminateur de phase (32) et qui, à des instants se répétant périodiquement d'une façon pouvant être prédéterminée et qui sont déterminés par les signaux de cadence de lecture (36), mémorise le signal de sortie du discriminateur de phase (32) jusqu'à l'instant immédia- tement suivant, et que le circuit d'exploitation (38) comporte un circuit comparateur pour la comparaison de valeurs individuelles ou de plusieurs valeurs successives de mémorisation du circuit de mémoire électronique (35), ledit circuit comparateur (39) possédant une fonction à seuil (40) en sorte qu'un signal de sortie (41) du montage est produit lorsque la grandeur des différentes valeurs de mémoire ou les grandeurs moyennes d'un certain nombre de valeurs de mémoire successives se différencient les unes des autres de plus d'une quantité prédéterminée, ledit signal de sortie (41) indiquant l'existence d'une présence. 2. Montage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le discriminateur de phase est une détecteur de produit (32), qui fournit la fréquence différentielle. 3. Montage suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la mémoire électronique est un circuit "d'échantillonnage et de maintien" (35). 4. Montage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la longueur d'une plage de dis tances pour la réponse du montage est déterminée, de façon réglable, par la longueur des impulsions du circuit de porte (42) pour la tension alternative de l'oscillateur, devant être envoyé au transducteur d'émission (30). 5. Montage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la plage de détection pour des valeurs de vitesse de objet devant être détecté est déterminée de façon réglable, pour des vitesses élevées, par la longueur des impulsions de cadence de lecture (36). 6. Utilisation d'un montage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour une commande sans contact d'un robinet d'eau, selon laquelle le signal de sortie (41) du montage est envoyé à une soupape électromécanique en vue de l'ouverture et de la fermeture de cette dernière.