Brevet FR2414732A1 — publié le 19790810

La présente invention concerne un appareil capable de capter des bruits et, en raison du niveau de ces bruits, de délivrer des informations sur la proximité de la source de ces bruits. Elle concerne plus particulièrement un appareil utilisable sur un voilier pour capter les bruits des navires à moteur naviguant à proximité du voilier, l'appareil déclenchant une alarme quand le niveau de bruit capté dépasse un seuil prédéterminé. Parmi les dangers encourus au cours de croisière à la voile, le moindre n'est pas d'être éperonné, en pleine nuit, par un cargo, un pétrolier ou un autre bateau de fort tonnage. La menace est encore plus grande quand l'équipage du voilier se résume à un seul homme, situation que l'on rencontre dans les courses en solitaires. En effet, ces courses sont exténuantes et obligent le barreur à dormir de temps en temps. Or le sommeil peut être si profond que le bruit dans l'air d'un' gros navire se rapprochant peut très bien ne pasetre perçu. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un appareil capable de détecter la présence d'un navire à moteur en captant les bruits qu'il transmet dans l'eau et d'entirer des informations dont un signal d'alarme. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un appareil d'écoute de bruits comportant une cellule piézoélectrique montée sous la coque ou sur la quille du voilier délivrant un signal électrique fonction des ondes de pression acoustiques reçues à un amplificateur dont le signal de sortie est appliqué, d'une part, à un premier détecteur dont le signal de sortie est appliqué à un organe de commutation commandant l'état d'un oscillateur à fréquence audible alimentant un premier haut-parleur et, d'autre part, à un second détecteur dont le signal de sortie est appliqué à un convertisseur analogique-numérique dont la sortie est reliée à un jeu de lampes comprenant autant de lampes que de niveaux à discriminer, une seule lampe étant allumée à la fois. Suivant une autre caractéristique, entre ladite cellule piézoélectrique et ledit amplificateur est monté un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure est voisine de t à t,2 kHz environ. Suivant une autre caractéristique, entre ladite cellule piézoélectrique et ledit filtre est monté un préamplificateur comportant un transistor à effet de champ. Suivant une autre caractéristique, l'appareil comporte encore un second oscillateur dont le signal de sortie à fréquence audible peut, en période d'essai, être appliqué à l'entrée dudit filtre, la sortie dudit amplificateur étant également reliée à un second håut-parleur de centrale d'essai. Les caractéristiques de la présente invention, mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique d'un voilier sur lequel est monts un appareil suivant l'invention, la Fig. 2 est le schéma électrique du circuit de la cellule piézoélectrique utilisée dans l'appareil de l invention, la Fig. 3 est le schéma-bloc des circuits de traitement de l'appareil de l'invention, et la Fig. 4 est une vue en coupe schématique du support de la cellule de la Fig. 2. A la Fig. 1, le voilier est équippé d'un appareil 1 qui est relié par des fils de liaison 2 à une cellule piézoélectrique montée dans un passecoque traversant la coque 3 du voilier de manière que la cellule Soit pratiquement en contact avec l'eau. A la Fig. 2, le faisceau de fils 2 comprend un fil A reliant les masses de l'appareil 1 et du cylindre 5 en acier, Fig. 4, jouant le rôle d'écran électrique et servant à supporter la cellule piézoélectrique 6 ainsi que, éventuellement, les circuits directement associés à cette dernière, un fil 7 d'alimentation de polarité négative, un fil 8 d'alimentation de polarité positive et un fil 9 transmettant les signaux de sortie de la cellule 6, éventuellement amplifiés. Dans l'exemple montré à la Fig. 2, les signaux électriques délivrés par 6 sont traités dans un transistor à effet de champ ou FET 10 avant d'être appliqués au fil 9. Le fil 7 est relié, d'une part, à une borne de la cellule 6, d'autre part, à une borne de la résistance R1 dont l'autre borne est reliée à l'électrode de source du FET 10 et, enfin, à une borne d'une résistance R2 dont l'autre borne est reliée à la seconde borne de la cellule 6. Celle-ci est, de plus, reliée à une borne de la résistance R3 dont l autre borne est reliée > l'élec- trode de grille de 10. L'électrode de source de 10 est également reliée à une borne d'un condensateur de liaison C1 dont l'autre borne est reliée, d'une part, au fil 9 et, d'autre part, à une borne diune résistance R4 dont 1 autre borne est reliée à 1 électrode de drain da FET 10, ainsi qu'au fil 8 de polarité positive. Les résistances R1, R2 et R3 servent, d'une manière classique, à définir les polarisations des électrodes de source S et de grille G du FET 10. La résistance R4 définit la tension de repos de source du FET 10. En pratique, le montage est voisin de celui qui est utilisé avec un microphone piézoélectrique et qui est bien connu. A la Fig. 3, on a représenté schématiquement la cellule 6 reliée au circuit 11, qui est supposé comprendre le FET 10 et les composants associés, le faisceau de fils 2 sous la forme d'un câble plus ou moins long et l'appareil 1. Dans l'appareil 1, le cible 2 est relié à l'entrée d'un filtre 12 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un amplificateur BF 13. La sortie de 13 est reliée, d'une part, au primaire d'un transformateur à deux enroulements Ti et, d'autre part, au primaire d'un transformateur à trois enroulements T2. Le secondaire de T7 a ses bornes reliées à un détecteur du type redresseur à pont de diodes D1 dont les bornes de sortie sont reliées l'une à la cathode d'un thyristor Thi et l'autre à la gachette de Th1. Entre les bornes de D1 est classiquement monté un filtre passe-bas F1 pour amortir les fluctuations de la tension de sortie. La cathode de Thl est encore reliée à l'émetteur d'un transistor Trl et à l'émetteur d'un transistor Tr2, tous deux du type NPN et reliés dans un montage d'oscillateur BF. Le collecteur de Tr2 est relié à la base de Tr7 par un condensateur C2.Des résistances R5 à R8 définissent les polarisations des bases et collecteurs de Tr2 et Tri, ainsi qu avec C2 la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur. La base de Tr2 est encore reliée par un condensateur C3 à une borne de la bobine d'un haut-parleur HP1 dont l'autre borne est reliée par l'intermQ iaire d'un contact de repos xl à l'anode du thyristor Thi. D'autre part, l'un des secondaires du transformateur T2 a directement ses bornes reliées aux bornes de la bobine d'un haut-parleur HP2, tandis que l'autre secondaire de T2 a ses bornes reliées à un détecteur également du type redresseur à pont de diodes D2 dont une borne de sortie est reliée à la borne de la source d'alimentation tandis que l'autre borne de sortie est reliée à l'entrée d'un convertisseur analogique-numérique CAN qui comporte autant de sorties que de valeurs numériques, chaque sortie de CAN étant reliée à une borne d'un lampe L1 à Ln dont 1 'autre borne est reliée à la borne - de la source d'alimentation. En parallèle, entre les bornes de sortie de D2 est également monté un filtre passe-bas F2. Enfin, l'appareil de la Fig. 3 est complété par un oscillateur 14 du rbnc type que l'oscillateur formé par Trl et Tr2, dont la sortie est reliée à l'entrée du filtre 12. L'oscillateur 14 peut astre mis en fonctionnement en fermant un contact X2. L'appareil est alimenté à partir d'une pile 15 reliée par un contact x3 à un circuit régulateur de tension 16 dont les bornes de sortie forment les bornes d alimentation + et - de l'appareil. Le filtre 12 est, en première approximation, un filtre passe-haut qui elimine les signaux captés par 6 dont la fréquence est inférieure à 1,2 kHz. En effet, on trouve, dans les fréquences très basses, les bruits causés par l avancement de la coque à la surface de l'eau, c'est à dire les bruits de glissement et les chocs à l'étrave. Il y a donc lieu d'éliminer les signaux de fréquences basses. Par ailleurs, on sait que le bruit engendré par les navires à moteur est essentiellement dt à la rotation de l'silice dans l'eau. La fréquence du bruit d'hélice est évidemment fonction de la vitesse de rotation de celle-ci, mais on peut tout de même la situer pour l'ensemble des navires, au moins en ce qui concerne le fondamental, dans une bande allant de 1,8 kHz à 5 à 6 kHz environ. Dans ces conditions, la bande passante du filtre 12 va de 1,2 à 6 kHz environ. Les circuits montés en aval du filtre sont donc bien des circuits fonctionnant dans le domaine dit des basses fréquences ou BF. et la technique utilisée dans ces circuits s'en déduit Bien entendu, pour réduire l'importance du niveau des bruits parasites de chocs à ltétrave, on place la cellule 6 le plus bas possible sous la coque 3, là où l'écoulement de l'eau est relativement non turbulent.Il en est ainsi sous la coque juste devant la quille comme le montre l'emplacement 17 de la Fig. 1. Dans ce cas, le FET 10 peut titre placé directement à proximité de la cellule 6, comme il est indiqué à la Fig. 4, c'est à dire que le FET 10 est monté, avec ses composants associés sur un circuit imprimé 18, luimême fixé dans un tube en acier 5, juste au-dessus de la cellule 6. Celle-ci est enrobé dans un produit relativement élastique 19 transmettant les ondes acoustiques, mais assurant l'étanchéité du tube 5 et autour de la cellule 6. Un tel produit peut par exemple etre un mastic élastique, tel que du "silygutt". Il est également possible de monter une cellule 6 en bas de la quille, tel qu'indiqué à l'emplacement 20, mais il n'est alors généralement pas possible de monter le FET immédiatement à proximité. Celui-ci- est alors placé pratiquement à l'entrée de l'appareil 1. L'amplificateur 13 peut être un amplificateur classique BF à double étages. Quand le niveau de bruit, dans la bande 1,2à 5 kHz, capté-par la cellule 6 augmente, le signal délivré par 13 au transformateur T2 augmente et la tension appliquée au convertisseur CAN augmente. Donc ce dernier excite successivement ses sorties et les lampes L1 à Ln s'allument successivement de L1 à la lampe correspondant au niveau de bruit reçu à i'instant considéré. Par ailleurs, dès que le signal appliqué à T2 dépasse un certain seuil, la tension appliquée par D1 à la gâchette de Thl deviént suffisante pour déclencher le fonctionnement de ce dernier qui conduit, avec pour effet de permettre à l'osillateur Tr1-Tr2 d'osciller et d'alimenter le haut-parleur EPi qui émet le signal d'alarme. On peut arrêter le fonctionnement de HP1 en ouvrant le contact X7. De préférence, le contact xl comporte un ressort de rappel, éventuellement avec temporisation, pour revenir à l'état de fermeture après que l'opérateur l'ait ouvert pour arrêter le fonctionnement du haut-parleur. L'examen de la rangée des lampes L1 à Ln permet à'observer comment le niveau de bruit capté par 6 évolue. En pratique, on voit l'allumage descendre de L1 vers Ln, puis remonter avant d'avoir atteint cette dernière, ce qui indique que le navire à moteur s'est rapproché, puis a commencé à s'éloigner. Il apparaîtra que l'appareil de 1 invention n'étant que récepteur il n'est pas possible en fonction de la lampe allumée de mesurer la distance du navire à moteur En effet, celui-ci peut avoir urine ou plusieurs hélices de plus ou moins grand diamètre, si bien que le niveau de la source de bruit peut varier énormément. Toutefois, il faut bien comprendre qu au-dessus d'un certain niveau de bruit le haut-parleur HP7 émet un signal d'alarme qui réveille le barreur du voilIer, si celui-ci est en train de dormir. Le contact X1 est placé à proximité de la barre de manière que le barreur ne puisse l'actionner dans un mouvement réflexe, mais soit obligé de se déplacer ce qui le conduit à observer les lampes Li à Ln.L'observation de celles-ci permet de faire apparaître le moment où le danger s'éloigne. Quand les lampes de plus haut-rang s'allument, une manoeuvre à babord ou à tribord permet de rechercher un niveau de bruit plus faible. L'oscillateur 14, que l'on met en service par le contact X2, permet de procéder à des essais en injectant une fréquence audible à l'entrée de 12 et de l'écouter sur le haut-parleur HP2, quand on branche ce dernier sur le secondaire correspondant de T2 au moyen d'un jack symboliquement représenté par les bornes 21. Le haut-parleur HP2 branché sur 21 pernet également en période de fonctionnement normal d'écouter le bruit capté par 6 et, dans certain cas, de reconnaître le type de navire à moteur détecté, par la nature du spectre de fréquences reçu. A noter que le déclenchement du haut-parleur HP1 par un thyristor fait que l'on ne peut arrêter HP1 que par le contact X1, une réduction du bruit n'ayant aucune action sur HP1 une fois déclenché. Le convertisseur CAN est en fait un discriminateur de niveaux d'amplitude, tel qu il en existe de nombreux exemples dans le commerce. Les lampes L1 à Ln sont de préférence des SIED. Quand on place la cellule sur la quille, comme on l'a montré à la Fig. 1, la cellule 20 est monté dans un support caréné qui se visse sur la quille. Entre la cellule et le support, on prévoit un produit élastique, tel que le "silygutt". A noter que le produit élastique placé entre la cellule et la quille ou entre 6 et 5, Fig. 4, a pour effet d'éviter que les bruits propres au voilier, c'est à dire les bruits faits sur le pont ou à l'irtérieur de la cabine, ne parviennent aux cellules piézoélectricues. A noter encore,que lton peut disposer sur la quille non seulement une seule cellule en 20, mais plusieurs cellules, telles que 22, sur les côtés arrière de la quille pour mieux capter les bruits provenant de l'arrière du voilIer. Dans ce cas, il faut prévoir un circuit capable d'ajouter les signaux électriques des différentes cellules. A titre indicatif, une cellule piézoélectrique utilisable dans l'appareil de 1: InventIon peut avoir une épaisseur de 5 mm et un diamètre de 23 mm environ. REVENDICATIONS t) Appareil d'écoute de bruits sous-marins à bord d'un voilier, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule de captage de bruit montée sous la coque ou sur la quille du voilier, délivrant un signal électrique fonction des ondes de pression acoustiques reçues à un amplificateur dont le signal de sortie est appliqué, d'une part, à un premier détecteur dont le signal de sortie est appliqué à un organe de commutation commandant l'état d'un oscillateur à fréquences audibles alimentant un premier haut-parleur et, d'autre part, à un second détecteur dont le signal de sortie est appliqué à un convertisseur analogique-numérique dont la sortie est reliée à un jeu de lampes comprenant autant de lampes que de niveaux à discriminer, une seule lampe étant allumée à la fois. 2) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cel inule de captage est une cellule piézoélectrique. 3) Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'entre ladite cellule et ledit amplificateur est monté un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure est voisine de 1 à 1,2 kHz environ. 4) Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'entre ladite cellule et ledit filtre est monté un préamplificateur comportant un transistor à effet de champ. 5) Appareil suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il cohorte encore un second oscillateur dont le signal de sortie à fréquence audible peut, en période d'essai, être appliqué à l'entrée dudit filtre, la sortie dudit amplificateur étant également reliée à un second haut-parleur de contrôle d'essai.