Brevet FR2505054A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne un procédé et un appareil des- tinés à détecter la proximité d'une source de champ magnétique alternatif, plus particulièrement, mais pas exclusivement, le champ émis par des câbles de transport d'énergie. De tels câbles présentent un danger pour les engins aériens volant à basse altitude, notamment les hélicoptères, et on a déjà proposé de détecter la proximité des câbles à l'aide de bo- bines oud'enroulements de détection qui sont montés dans l'engin aérien et qui détectent les champs magnétiques produits par un courant électrique alternatif circulant le long des câbles, per- mettant ainsi d'avertir le pilote de la proximité des câbles. Du fait que le courant alternatif circulant le long des lignes de transport d'énergie oscille à une fréquence de 50 Hertz, comme c'est le cas en Grande Bretagne et en Europe, le champ magnétique résultant oscille également à 50 Hertz De ce fait, des signaux induits à des fréquences similaires dans les bobines, et autres que ceux qui sont induits par le champ du câble cor- respondent à des bruits qui réduisent la sensibilité et la préci- sion de l'appareil Les effets des bruits qui sont produits dans l'engin aérien par les champs locaux à 50 Hertz peuvent être réduits à une valeur minimale à l'aide d'un choix convenable de l'emplacement des bobines de détection Cependant, les bruits qui résultent de la vibration des bobines de détection à 50 Hertz, ou à une valeur voisine de cette fréquence, dans le champ magné- tique terrestre, ne sont pas facilement maîtrisés et constituent un problème particulier du fait que le champ magnétique terres- tre est susceptible d'être environ 105 fois plus important que le champ produit par le câble. La mesure du niveau des vibrations dans un engin aérien et la conception des montages anti-vibrations constituent une pro- cédure longue et co teuse De plus, un isolement complet des bo- bines de détection vis-à-vis des vibrations ne résoudrait pas totalement le problème du fait que cela signifierait que l'engin aérien pourrait vibrer autour des bobines de détection, de telle sorte que les conducteurs de transport de courant prévus dans 2 2505054 cet engin aérien détermineraient l'induction de bruits dans les bobines de détection. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients préci- tés et d'apporter une solution au problème des bruits induits par des vibrations dans les bobines de détection. Selon l'un de ses aspects, l'invention est matérialisée dans un appareil destiné à détecter la proximité d'une source de champ magnétique alternatif, comprenant une bobine de détec- tion sensible à cette source de champ magnétique et un disposi- tif de traitement fonctionnant de manière à permettre d'obtenir, à partir du signal induit dans la bobine, un signal d'avertisse- ment indiquant la proximité de cette source, cet appareil étant caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un dispositif d'annulation fonctionnant de manière à annuler le champ terres- tre dans la région de la bobine de détection. La bobine de détection peut être une bobine faisant partie d'une paire de bobines de ce genre montées dans des plans respec- tifs non parallèles et généralement verticaux et sensibles à la composante horizontale du champ magnétique en cours de détection, tel que celui qui est produit par un courant circulant dans un câble de transport d'énergie, le dispositif de traitement fonc- tionnant alors de manière à permettre d'obtenir le rapport des signaux induits dans les deux bobines, ce rapport représentant le cap directionnel du câble par rapport à l'appareil. A titre de variante, la bobine de détection peut être utili- sée uniquement pour déterminer l'amplitude du champ produit par le courant circulant dans le câble, une paire de bobines de dé- tection supplémentaires étant montées dans des plans respectifs non parallèles et généralement verticaux pour détecter le cap directionnel du câble par rapport à l'appareil. Les deux bobines de la paire des bobines de détection sont de préférence montées perpendiculaires l'une à l'autre du fait que ce montage permet de transformer la relation entre le rapport des signaux et le cap directionnel du câble en une simple rela- tion trigonométrique. 3 2505054 Le dispositif d'annulation peut comprendre des bobines ou enroulements de compensation montés sur les bobines de détection ou sur un bottier de l'appareil, ces bobines de compensation pou- vant être disposées selon une configuration de Helmholtz de ma- nière à fournir un champ nul dans la région des bobines de détec- tion Le dispositif d'annulation peut comprendre un magnétomètre à trois axes, qui provoque l'excitation de-trds jeux de bobines de compensation associés aux axes respectifs, par l'intermédiaire d'un dispositif de servocommande de courant, afin d'annuler le champ détecté par le magnétomètre A titre de variante, le dispo- sitif d'annulation peut comprendre une valve de flux, qui peut êtresoit la valve de flux des instruments de navigation de l'en- gin aérien dans lequel l'appareil est monté, soit une valve de flux séparée. A titre de variante en ce qui concerne l'utilisation des bo- bines de compensation, le dispositif d'annulation peut être une source de courant continu qui, lorsqu'elle alimente les bobines de détection, annule le champ magnétique terrestre de telle sorte que ce dernier est compensé par réaction Le courant continu qui est appliqué aux bobines de détection de manière à compenser le champ terrestre par réaction peut être obtenu à partir de signaux prenant leur origine dans le magnétomètre ou dans la valve de flux. Il est également envisagé la possibilité d'utiliser un géné- rateur à effet Hall permettant d'obtenir un signal qui annule le champ magnétique terrestre. Les composantes horizontale et verticale du champ magnétique terrestre ont respectivement des valeurs de l'ordre de 0,1 gauss et 0,4 gauss dans un pays tel que la Grande Bretagne Pour une bobine présentant une longueur de 1 cm, les ampère-tours permettant d'annuler les composantes horizontale et verticale du champ terrestre ont respectivement pour valeur 0,16 et 0,32 Du fait que chaque bobine de détection est susceptible de comprendre de l'ordre de 8000 spires, on préfère utiliser des bobines de compensation plutôt que d'appliquer les signaux d'annulation aux bobines de détection. Selon un autre de ses aspects, l'invention est matérialisée dans un procédé de détection de la proximité d'une source de champ magnétique alternatif, consistant à utiliser une bobine de détection sensible à la source de champ magnétique, à obtenir à partir du signal induit dans la bobine un signal d'avertisse- ment indiquant la proximité de cette source, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste en outre à annuler le champ magnétique terrestre dans la région de la bobine de détec- tion. Deux appareils selon l'invention vont maintenant être décrits, à titre d'exemples uniquement, en se référant aux dessins annexés donnés à titre non limitatif et dans lesquels:- La fig 1 est une représentation schématique sous forme de blocs montrant les bobines de détection et le dispositif d'annu- lation d'un appareil selon l'invention. La fig 2 est une représentation schématique sous forme de blocs des bobines de détection et du dispositif d'annulation faisant partie d'un autre appareil selon l'invention. D'une façon générale, chaque appareil comprend deux bobines ou enroulements de détection montés rigidement sur la cellule d'un engin aérien, par exemple un hélicoptère, respectivement dans des plans verticaux orthogonaux Lorsque l'hélicoptère approche des câbles de transport d'énergie parcourus par un cou- rant à une fréquence de 50 Hertz, des signaux à 50 Hertz sont respectivement induits dans les bobines par la composante hori- zontale du champ créé par le courant circulant dans les câbles. Ces signaux sont appliqués à un dispositif de traitement ou pro- cesseur 11 faisant partie de l'appareil et permettant d'obtenir le quotient des signaux et de produire un signal de sortie indi- quant le cap directionnel du câble par rapport à l'hélicoptère. Cet appareil peut également comprendre une bobine supplémentaire qui ne détecte que l'amplitude du champ et qui permet au dispo- sitif de traitement de fournir un avertissement précoce de la présence de câbles. Z 505054 L'invention concerne également la façon dont le champ magné- tique terrestre est annulé dans la région des bobines de détec- tion, de manière à empêcher que des vibrations de l'hélicoptère n'induisent dans les bobines des signaux qui ne pourraient être distingués des signaux désirés induits par le champ magnétique oscillant du câble. Plus précisément, si l'on se réfère à la fig 1, celle-ci montre comment l'un des appareils selon l'invention permet d'obtenir le résultat précité Un magnétomètre à trois axes 1 est monté dans un boîtier 2 permettant de loger des bobines de détection 3, les signaux provenant du magnétomètre étant appli- qués à des dispositifs de servocommande de courant 4 qui excitent à leur tour des bobines de compensation 5 associées aux axes res- pectifs Par conséquent tous les signaux qui sont détectés par le magnétomètre 1 sont rendus nuls par un effet de réaction Ce montage est précis du fait qu'il n'est pas affecté par les ma- noeuvres de l'hélicoptère et du fait qu'il élimine le champ total (c'està-dire le champ terrestre et tout champ unidirectionnel local) dans la région des bobines de détection 3. Si l'on se réfère maintenant à la fig 2, celle-ci montre un appareil dans lequel l'annulation du champ terrestre est ob- tenue grâce à l'utilisation d'une valve de flux 6 qui peut être, soit la valve de flux de navigation de l'hélicoptère, soit une valve de flux séparée La valve de flux 6 produit des signaux correspondant aux valeurs sinc L et coso C, expression dans lesquelleso( est le cap magnétique de l'hélicoptère Ces signaux sont appliqués à des générateurs de courant respectifs 7 et 8. Un dispositif 9 produit des signaux cos P et sin A qui compen- sent les données d'attitude ou du sélecteur de latitude de l'hé- licoptère Le signal cosf 3 est appliqué aux deux générateurs de courant 7 et 8 et le signal sin e est appliqué à un générateur de courant supplémentaire 10 La variation de place en place du champ magnétique terrestre est compensée par un dispositif 12 produisant un signal H qui correspond à la valeur du champ terrestre obtenue à partir de tables, d'une valve de flux ou 6 2505054 d'un magnétomètre et qui est appliqué à chacun des trois généra- teurs de courant 7, 8 et 10. Comme le montre la fig 2, le générateur 7 produit un cou- rant continu I qui est proportionnel à l'expression H sin " cos e, le générateur 10 produit un courant continu Iy propor- tionnel à l'expression He sine et le générateur 8 produit un courant continu I proportionnel à H e coss C cos R Les trois courants continus Ix, Iy et IZ sont respectivement appliqués à trois bobines ou enroulements de compensation 13 qui sont montés dans le bottier 2 contenant les bobines de détection 3. L'équipement qui est visible sur la fig 2 ne compense pas de champ continu local autre que le champ magnétique terrestre et ne compense pas le roulis de l'hélicoptère, bien qu'il puisse en être tenu compte en s'arrangeant pour que le dispositif 9 fournisse des signaux de compensation supplémentaires représen- tant le roulis de l'hélicoptère. Il y a lieu de se rendre compte que l'invention est appli- cable à la détection de tout champ magnétique alternatif, indé- pendamment de la fréquence Par conséquent, les champs émis par des câbles de transport d'énergie peuvent être détectés indépen- damment du fait que la fréquence a pour valeur 50 Hertz, comme c'est le cas généralement en Europe et plus particulièrement en Grande Bretagne, ou 60 Hertz, comme c'est le cas aux Etats Unis d'Amérique, par exemple. D'autres modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre et de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à détecter la proximité d'une source de champ magnétique alternatif, comprenant une bobine de détec- tion sensible à cette source de champ magnétique et un disposi- tif de traitement fonctionnant de manière à permettre d'obtenir, à partir du signal induit dans la bobine, un signal d'avertisse- ment indiquant la proximité de cette source, cet appareil étant caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un dispositif d'annulation ( 1,4,5; 6 à 10,12,13) fonctionnant de manière à annu- ler le champ terrestre dans la région de la bobine de détection. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la bobine de détection est une bobine faisant partie de deux bobines de ce genre ( 3) montées dans des plans respec- tifs non parallèles et généralement verticaux et sensibles à la composante horizontale du champ magnétique en cours de détection, le dispositif de traitement ( 11) fonctionnant de manière à per- mettre d'obtenir le rapport des signaux induits dans les deux bobines ( 3) , ce rapport représentant le cap directionnel de la source du champ magnétique en cours de détection par rapport à l'appareil. 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la bobine de détection ( 3) est utilisée uniquement pour déterminer l'amplitude du champ en cours de détection, deux bo- bines de détection supplémentaires étant montées dans des plans respectifs non parallèles et généralement verticaux pour détec- ter le cap directionnel du champ magnétique en cours de détec- tion par rapport à l'appareil. 4. Appareil suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que les deux bobines de la paire des bobines de détection sont montées perpendiculaires l'une à l'autre. 5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'annulation ( 1,4,5; 6 à 10, 12,13) comprend des bobines de compensation ( 5; 13) montées dans la région de la ou des bobines de détection ( 3) et disposées selon une configuration de Helmholtz de manière à fournir un champ magnétique nul dans la région de la ou des bo- bines de détection ( 3). 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le dispositif d'annulation ( 1,4,5) comprend un magnéto- mètre à trois axes ( 1) pouvant fonctionner de manière à exciter trois jeux de bobines de compensation ( 5) associés aux axes respectifs-du magnétomètre, par l'intermédiaire d'un dispositif de servocommande de courant ( 4), afin d'annuler le champ magné- tique détecté par le magnétomètre ( 1). 7 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le dispositif d'annulation ( 6 à ,12,13) comprend une valve de flux ( 6) pouvant fonctionner de manière à exciter trois jeux de bobines de compensation ( 13), associés aux axes respectifs de la valve de flux ( 6), par l'in- termédiaire d'un dispositif de servocommande de courant ( 7,8,10) afin d'annuler le champ magnétique détecté par la valve de flux ( 6). 8. Appareil suivant la revendication 7 et destiné à un engin aérien, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier dispositif ( 9) destiné à compenser la latitude et l'attitude de l'engin aérien, ce premier dispositif ( 9) permettant d'obtenir un signal de compensation destiné à être appliqué au dispositif de servocommande de courant ( 7,8,10). 9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comprend un second dispositif ( 12) destiné à compenser les variations de place en place du champ magnétique terrestre, ce second dispositif ( 12) permettant d'obtenir un signal de com- pensation destiné à être appliqué au dispositif de servocommande de courant ( 7,8,10). 10 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'annulation est une source de courant continu qui, lorsqu'il est appliqué à la ou aux bobines de détection ( 3), annule le champ magné- tique terrestre. 11 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 9 2505054 1 à 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'annulation comprend un générateur à effet Hall pouvant fonctionner de ma- nière à permettre d'obtenir un signal destiné à annuler le champ magnétique terrestre. 12 Procédé de détection de la proximité d'une source de champ magnétique alternatif, consistant à utiliser une bobine de détection sensible à la source de champ magnétique, à obte- nir à partir du signal induit dans la bobine un signal d'aver- tissement indiquant la proximité de cette source, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il consiste en outre à annuler le champ magnétique terrestre dans la région de la bobine de dé- tection.