Brevet FR2493567A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne un détecteur de proximité servant notamment à déceler la proximité d'une machine commandée à partir d'un bottier de télécommande. Toutefois, l'invention ne saurait être considérée comme limitée à cette application. Elle peut être en effet appliquée à tout dispositif anti-collision, à des dispositifs de reconnaissance de personnes ou de véhicules à distance1 par badges ou autrement, et à tout dispositif nécessitant une détection de proximité, sélective ou non. Certaines machines1 telles que les machines de travaux publics, qui présentent, en fonctionnement, des pièces extérieures en mouvement, sont d'une approche très dangereuse pour le personnel. C'est notamment le cas des machines d'extraction au fond des mines, où s'ajoute l'inconvénient d'un éclairage imparfait. Ces machines sont souvent commandées au moyen d'un boîtier de télécommande à transmission par ondes électro-magnétiques porté par un opérateur mobile. Celui-ci risque ainsi,par inadvertance ou pour les besoins du service, de s'approcher de la machine à une distance dangereuse. I1 est connu de munir la machine d'un émetteur d'ondes électro-magnétiques à haute ou très hautre fréquence reçues par un récepteur connecté au boîtier de télécommande. Pour une distance donnée, les ondes commandent, par l'intermédiaire du boîtier, l'arrêt de la machine. Si cette bande d'ondes permet de faire intervenir de grandes distances, elle présente cependant un certain nombre d'inconvénients, tels qu'une grande sensibilité aux parasites d'origine industrielle, ainsi qu'une grande variabilité de la distance d'actionnement et du cycle d'hystérésis. L'utilisation d'ondes à basse fréquence, de l'ordre des fréquences ultrasonores,supprime ces inconvénients, en offrant une faible sensibilité aux parasites, une distance d'actionnement extremement stable et un cycle d'hystérisis très étroit. Mais ces avantages s'accompagnent d'un inconvénient grave, à savoir une distance d'actionnement très courte, de l'ordre de quelques decimètres, ce qui retire tout intérêt pratique à cette solution. Un autre inconvénient, plus grave, des détecteurs connus tient au fait outils ne comportent genéralement pas de sécurité positive, en ce sens que, si émetteur tombe en panneS le porteur du boitier pourra s'approcher dangereusement de la machine sans provoquer son arrêt. La présente invention vise à réaliser un détecteur qui non seulement permette de profiter sur des distances de plusieurs mètres des avantages de l'émis sion en basse fréquence, mais qui, en outre, présente une sécurite positive. Suivant l'invention, le détecteur de proximité, notamment d1 une machine commandée à partir d un boîtier de télécommande portatif, comprend un émetteur électro magnétique à basse fréquence monté sur au la machine et un récepteur monté sur le boîtier et connecté à ce dernier. Ce récepteur comprend lui-meme des moyens de comparaison pour comparer un signal émis par 11 émetteur à un seuil de sécurité pré dé terminé et des moyens de déclenchement sensibles au résultat de la comparaison pour provoquer, par l'intermédaire du boîtier de télécommande, l'arrêt de la machine quand le porteur du boîtier s'approche de la machine à une distance inférieure à une valeur prédéterminée. Il est caractérisé en ce que le récepteur comprend des moyens sensibles au signal de l'émetteur pour provoquer l'arrêt de la machine en cas d'absence de ce signal. Si l'émetteur est défaillant, le détecteur provoque immédiatement l'arrêt de la machine. En aucun cas l'opérateur ne risque dé s'approcher à distance dangereuse. Suivant un premier type de réalisation de l'invention, l'émetteur comprend des moyens pour émettre un signal periodiquement variable à deux niveaux, le récepteur est sensible au niveau bas pour provoquer l'arrêt de la machine et des moyens de validation sensibles au niveau haut sont prévus pour valider l'absence de signal d'arrêt. En cas de disparition du signal émis, la détection de niveau bas continue d'autoriser le fonctionnement de la machine, mais, le signal de niveau haut étant absent, cette autorisation n'est pas validée. Suivant un second type de réalisation de l'invention, les moyens de comparaison du récepteur comprennent deux étages de comparaison montés en parallèle pour recevoir le signal de l'émetteur. Ces étages sont dotés de deux niveaux de seuils différents, le seuil haut correspondant à la distance critique précitée, et le seuil bas correspondant à une distance supérieure. Et les moyens de déclenchement sont sensibles aux signaux combinés de deux étages de comparaison. Si le signal émis, disparatt totalement, la comparaison au niveau haut autorise le fonctionnement de la machine, mais la comparaison au niveau bas donne un résultat qui interdit ce fonctionnement. Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, l'émetteur comprend une antenne formée d'au moins deux boucles inductives situées dans des plans distincts. On a trouvé qu'une telle antenne apportait un gain considérable, de l'ordre de 3 à 6 dB, ce qui rend le détecteur efficace à des distances de l'ordre de plusieurs mètres. En outre, une antenne de ce type est largement omnidirectionnelle, ce qui est un élément essentiel de son efficacité, en particulier dans les problèmes de sécurité. Suivant une réalisation préférée de l'invention, l'antenne comprend deux boucles inductives situées respectivement dans des plans perpendiculaires, ce qui affine particulièrement son caractère omnidirectionnel. Suivant une réalisation perfectionnée de l'invention, l'émetteur comprend un circuit de déphasage pour alimenter respectivement les deux boucles de l'antenne en quadrature. De cette façon, les champs créés par les deux boucles s'additionnent en tout point de l'espace et offrent, à une distance donnée, une résultante constante ne dépendant pas de la direction. Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, l'émetteur comprend un étage tampon situé entre un oscillateur et un amplificateur de puissance. Grâce à cet égage, l'oscillateur ne subit aucun effet de retour du circuit subséquent, ce qui confère à l'appareil une excellente stabilité. Suivant une réalisation perfectionnée de l'invention, le récepteur comprend un mélangeur de fréquences monté en série relativement au signal reçu après amplification et relié en dérivation à un oscillateur. Le changement de fréquence ainsi obtenu évite l'auto-bouclage du système, élimine les parasites de permet une amplification importante. Suivant une réalisation préférée de l'invention, le mélangeur de fréquences est connecté en sortie à unétage de filtres comprenant des filtres passifs et des filtres actifs. Ces filtres parachèvent l'effet du mélangeur en éliminant soit la somme soit la différence des fréquences mélangées. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif: - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un détecteur conforme à l'invention opérant avec une machine télécommandée; - la figure 2 est un schéma électrique de l'émetteur; - la figure 3 est un schéma électrique du récepteur; - la figure 4 est un schéma partiel dans une variante de réalisation de l'invention; - la figure 5 est un diagramme du signal émis dans le cas de cette variante; - la figure 6 est une vue de l'antenne d'émis sion. En référence à la figure 1, une machine d'abattage de mine 1 montee sur des roues 2 est télécommandée à partir d'un boîtier de télécommande 3 manipulé par un opérateur. Les signaux de télécommande sont émis à partir du boîtier 3 sous la forme d'ondes électro-magnétiques à haute fréquence (432 MHz dans l'exemple décrit) par l'intermédiaire d'une antenne d'émission 4, et reçus sur la machine 1 par un récepteur 5 muni d'une antenne de réception 6. Ce récepteur est relié à un étage de décodage 7 qui attaque un étage 8 de sorties de commande émettant des ondes vers un étage 9 de relais de commande qui régissent les divers moteurs tels que 11 de la machine. Une liaison 12 relie directement le récepteur HF 5 à étage 8 de sorties de commande pour mettre tous les moteurs à l'arrêt quand cesse l'émission HF. Un émetteur 13 d'ondes électro-magnétiques à fréquence ultra-sonore est monté sur la machine et émet ces ondes par l'intermédiaire d'une antenne 14. Un récepteur BF 15 reçoit cette émission par l'intermédiaire d'un cadre 16. Ce récepteur est relié au boîtier 3 et fait pratiquement corps avec lui. On va maintenant decrire en détail, en reférence à la figure 2, l'émetteur BF 13 Cet émetteur comprend un oscillateur 17 d'un type connu émettant des impulsions électriques à basse fréquence (30 kHz dans l'exemple décrit) et attaquant un amplificateur de puissance 18 par l'intermédiaire d'un étage-tampon 19 constitué essentiellement d'un transistor d'adaptation à haute impédance d'entrée. Par l'intermédiaire d'un transformateur 21 l'amplificateur attaque d'une part directement une bou cle inductive 14a de l'antenne 14 et d'autre part, par l'intermédiaire d'un déphaseur 22, une autre boucle 14b de ladite antenne. L'antenne 14 se compose en effet de deux boucles situées respectivement dans des plans verticaux perpendiculaires (figure 6). Le déphaseur 22 est réglé pour réaliser un déphasage en quadrature entre les deux boucles. On va maintenant decrire en détail, en référen- ce à la figure 3, le récepteur 15. Ce récepteur comprend le cadre de réception 16 relié à un amplificateur 23 à contrôle automatique de gain par l'intermédiaire dgune tête de réception 24. Bien que destinés à traiter des signaux à basse fréquence, l'amplificateur 23 et la tête 24 sont construits suivant la technologie courante à haute fréquence. L'amplificateur 23 attaque en sortie un mélan geur de fréquences 25 relié d'autre part à un oscillateur 26 émiettant des impulsions à une fréquence différente de celle des ondes BF traitees. De façon connue, le mélangeur 25 émet en sortie un signal qui est la superposition de la somme et de la différence des fréquences appliquées au mélangeur. Un étage de filtration comprenant des filtres passifs 27 et des filtres actifs 28 élimine l'une de ces deux composantes. Le signal ainsi filtré est appliqué à un détecteur d'enveloppe 29 qui détermine son amplitude et délivre une impulsion correspondante sur une entrée de deux comparateurs 31, 31a montés en parallèle. L'autre entrée de ces comparateurs reçoit une tension de référence matérialisant des seuils respectifs S1, S2, le seuil S2 étant réglable mais toujours plus élevé que le seuil S1. Les sorties des comparateurs sont reliées à deux entrées d'une porte "OU" 34, dont l'entrée reliée au comparateur 31a est inversante. La sortie de la porte 34 attaque un étage de commande 32 attaquant un relais 33 qui fait cesser l'émission HF de l'émetteur de télécommande 3. Le détecteur ainsi décrit fonctionne de la façon suivante. Après avoir réglé le seuil S2 à une valeur appropriée correspondant à la distance de protection choisie, l'opérateur, qui se tient à distance, commande normalement la machine au moyen du boîtier de télécommande 3. L'émetteur 13 émet, par l'antenne 14, un train régulier d'ondes à basse fréquence. L'étage-tampon 19, en empêchant tout effet de retour sur l'oscillateur, procure une bonne stabilité du signal émis. L'antenne 14, de par sa conception à deux boucles dans des plans perpendiculaires, est largement omnidirectionnelle et envoie un signal pratiquement uniforme dans toutes les directions, l'intensité du signal reçu ne dépendant pratiquement que de la distance du point de réception. Ce résultat est également la conséquence du déphasage en quadrature des signaux appliqués aux boucles qui permet la composition additive des niveaux électro-magnétiques. Enfin, on a trouvé que ce type d'antenne apportait un gain de 3 à 6 dB, ce qui permet de conserver un signal détectable de façon utile à une distance de l'ordre de plusieurs mètres. A la réception, le mélangeur de fréquence 25, en modifiant la fréquence, évite l'auto-bouclage du système et permet l'élimination des parasites, ce qui autorise un fort taux d'amplification dans llampli- ficateur 23. Si l'opérateur porteur du récepteur 15 stap- proche de la machine à une distance dangereuse,le niveau détecté par le détecteur d'enveloppe 29 devient supérieur au seuil S2 et le comparateur 31a bascule, ce qui provoque la cessation de l'émission HF de télécommande. Sur cette cessation, la réception 5 de télécommande, par la ligne 12, attaque l'étage de sorties d'ondes 8 qui provoque l'arrêt total de la machine, évitant tout accident. Si aucun signal n'est présent à l'émission, le comparateur 31a ne bascule jamais. Mais alors le comparateur 31 ne délivre aucun signal et la porte 34, attaquée par un signal nul sur son entrée inversante délivre un signal qui provoque l'arrêt de la machine. On obtient ainsi une sécurité totale. En fonctionnement normal, le seuil S1, toujours inférieur au seuil S2, n'intervient jamais. On va maintenant décrire, en référence aux figures 4 et 5, une variante de réalisation de l'invention. Dans cette variante, l'émetteur est agencé de façon connue pour émettre un signal périodiquement variable à deux niveaux H (haut) et B (bas) (fig. 5). Le comparateur 131 est unique et reçoit sur une entrée le signal émis par l'intermédiaire d'un étage écrêteur E qui ne laisse passer que le niveau B. Sur son autre entrée, il reçoit une tension de référence matérialisant un seuil S qui correspond à la distance critique de déclenchement. La sortie du comparateur 131 est reliée à une entrée d'une porte "OU" 134 dont la sortie est reliée à l'étage de commande 32. L'autre entrée de porte 134 est inversante et reçoit le signal émis par l'intermédiaire d'un monostable M sensible au niveau H et d'une durée égale à la période du signal périodique. En fonctionnement normal, tant que 11 opérateur reste au-delà de la distance critique, le comparateur 131 délivre un signal nul qui se trouve validé par l'application d'un signal H sur l'entrée inversante de la porte 134, qui délivre un signal nul. Cette porte délivre un signal de déclenchement quand l'opérateur entre dans la zone dangereuse, ou quand le signal de l'émetteur cesse accidentellement. Dans cette version encore, l'invention offre donc une sécurité positive. En outre, elle parvient en conservant les avantages de la basse fréquence, à en éliminer les inconvénients indiqués plus haut et permet de réaliser un détecteur efficace. L'invention a été décrite dans une application à la protection du personnel vis-à-vis d'une machine, mais il ne s'agit là que d'un exemple. Elle permet de résoudre tout problème de détection de proximité et de reconnaissance à distance, par exemple de personnes ou de véhicules. On peut ainsi envisager la commande automatique de portes de garage, ou la reconnaissance d'un personnel autorisé porteur de badge, avec mise en veille d'un système de sécurité L'invention permet aussi de résoudre tout problème d'anti-collision. REVENDICATIONS 1. Détecteur de proximité, notamment d'une machine (1) commandée à partir d'un bottier de télécommande portatif (3), comprenant un émetteur électro-magnétique (13) à basse fréquence monté sur la machine et un récepteur (15) monté sur le boîtier et connecté à ce dernier, ce récepteur comprenant lui-même des moyens de comparaison (31, 31a, 131) pour comparer un signal émis par l'émetteur à un seuil de sécurité prédéterminé et des moyens de déclenchement (32) sensibles au résultat de la comparaison pour provoquer, par l'intermédiaire du boîtier de télécommande, l'arrêt de la machine quand le porteur du boîtier s1 approche de la machine à une distance inférieure à une valeur prédéterminée, caractérisé en ce que le récepteur comprend des moyens (31, 34, 134) sensibles au signal de l'émetteur pour provoquer l'arrêt de la machine en cas d'absence de ce signal. 2. Détecteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur comprend des mayens pour émettre un signal périodiquement variable à deux niveaux (H, B), le récepteur étant sensible au niveau bas (B) pour provoquer l'arrêt de la machine, des moyens de validation (134) sensibles au niveau haut H étant prévus pour valider l'absence de signal d'arrêt. 3. Détecteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de comparaison du récepteur comprennent deux étages de comparaison (31, 31a) montés en parallèle pour recevoir le signal de l'émetteur ces étages étant dotés de deux niveaux de seuils (S1, S2) différents, le seuil haut (52) correspondant à la distance critique précitée, et le seuil bas (S1) correspondant à une distance supérieure, et les moyens de déclenchement (32) étant sensibles aux signaux combinés des deux étages de comparaison. Détecteur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'émetteur (13) comprend une antenne (14) formée d'au moins deux boucles inductives (14a, 14b) situées dans des plans distincts. 5. Détecteur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que l'antenne comprend deux boucles inductives (14a, 14b) situées respeotivement dans des plans perpendiculaires. 6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que l'émetteur (13) comprend un circuit de déphasage (22) pour alimenter respectivement les deux boucles (1ha, 14b) de l'antenne (-14) en quadrature. 7. Dispositif conforme à l'une des revendieations 1 à 6, caractérisé en ce que l'émetteur (13) comprend un étage tampon (19) situé entre un oscillateur (17) et un amplificateur de puissance (78). 8. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le récepteur (15) comprend un mélangeur de fréquences (25) monté en série relativement au signal reçu après amplification et relié en dérivation à un oscillateur (26). 9. Dispositif conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le mélangeur de fréquences (22) est connecté en sortie à un étage de filtres (27, 28). 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que l'étage de filtres comprend des filtres passifs (27) et des filtres actifs (28).