Brevet FR2507785A1 — publié le 19821217

L'invention est un détecteur de métaux à discrimination automatique, de type Enission-Réception, pouvant être utilisé pour la détection des corps métalliques enterrés dans un sol minéralisé. L'invention apporte une solution technique différente de celles proposées à ce jour au problème posé par la détection des petits objets dans les sols minéralisés. L'invention permet en outre de s'affranchir de effet de sol lorsque l'appareil fonctionne en discrimination. L'invention est constituée d'une tette de détection, solidaire par l'intermédiaire d'une articulation, d'une canne en métal ou en plastique, elle-même solidaire ou non d'une botte contenant ltélectronique et les différents réglages, d'un câble de liaison électrique joignant la tête de détection à la botte contenant l'electronique. La tête de détection étant constituée d'une botte étanche ou non, indéformable, de forme quelconque, en général circulaire contenant deux bobinages distincts, l'un servant d'émetteur, l'autre de récepteur disposes de telle façon - qu'en l'absence dtun objet métallique, et dans l'air le bobinage récepteur reçoive du bobinage d'émission un très faible signal, mais non nul ;; - qu'en présence d'un objet ferreux inférieur à une certaine dimension l'amplitude de ce signal diminue - qu'en présence d'un objet non ferreux ou ferreux de grande dimenr sion, l'amplitude de ce signal augmente. Le signal de réception apparaît lorsque le signal de l'oscillateur est émis au moyen de la bobine émettrice. Le câble de liaison est charge d'une part de relier l'oscillateur à la bobine d'emission, et d'autre part de transmettre lé signal reçu par la bobine réceptrice aux amplificateurs et autres dispositifs Electroniques disposés dans le bottier. Un des dispositifs qui fera ltobjet d'une revendication permettra d'éliminer l'effet de sol dû à la minéralisation du terrain. L'invention sera décrite en détail en regard de dessins annexés à titre d'exemple et nullement limitatifs. - La figure 1 est un schéma simplifié d'une forme préférée de réalisation du détecteur de métaux selon l'invention ; - La figure 2 est un graphique montrant la forme du signal en un point du circuit de la figure I - Les figures 3, 4 et 5 sont des détails de la figure 1 qui feront l'objet de revendications. La figure I représente une forme préférée de réalisation du détecteur de métaux de type Emission-Réception selon l'invention. Ce détecteur comprend un oscillateur (10) d'émission, relié à une bobine (20) par un câble de liaison (15) de manière à lui transmettre un signal. La fréquence de travail doit être la plus basse possible afin d'obtenir la meilleure pénétration dans le sol. L'invention fonctionne avec un signal sinusoïdal de 3 800 Hz environ de fréquence. Une bobine (30) de réception est placée å proximité de la bobine d'émission.Elles sont disposées toutes deux dans un bottier de forme quelconque appelée comunent tête de détection (25) de telle façon - qu'an l'absence d'un objet métallique et dans l'air le bobinage récepteur, (30) reçoive du bobinage d'émission (20) un très faible signal, mais non nul - qu'en présence d'un objet ferreux inférieur à une certaine dimension où d'un sol minéralisé, l'amplitude de ce signal diminue/; - qu'an présence d'un objet non ferreux ou ferreux de grande dimension, l'amplitude de ce signal augmente. Le signal de réception apparait lorsque le signal de l'oscillateur est émis au moyen de la bobine émettrice (20). Le cible de liaison (15) transmet le signal de réception à un premier amplificateur (40) à amplificateur opérationnel à gain fixe, de l'ordre de 4, puis A un second amplificateur (50) à gain variable allant de 1 à 50 environ obtenu à l'aide de 2 potentiomètres mis dans le circuit de réaction négative montés entre la sortie et l'entre inverseuse d'un a- plificateur opérationnel, l'un de 47 kilohms servant d'accord grossier, l'autre de 2,2 kilohms servant de réglage fin. Le signal amplifié, de forme sinusoidale, symétrique par rapport à la masse est redressé par 2 diodes Si (80) et (85), puis filtré par un condensateur (100), la résistance (90) introduit une constante de temps de l'ordre de 1/10 de seconde.La tension aux bornes du condensateur (100) polarise la base d'un transistor PNP. Les résistances (120) et (130) sont calculées de façon, d'une part A compenser efficacement en température le transistor (110), l'invention fonctionne entre - 10 et + 60, et d'autre part à porter le point (125), extrémité de la résistance ajustable, A un potentiel négatif par rapport à la masse tel qu'il puisse polariser les deux transistors A effet de champ (200) et (210) afin qu'au point (280) de la résistance (270), la tension soit de + 7 mv environ.La résistance ajustable (140) sert à compenser la dispersion des performances du transistor (110) et les, différences de niveau du signal issu de la bobine réceptrice (30) dû aux tolérances de fabrication de la tette afin d'obtenir le maximum de sensibilité tout en ayant une bonne stabilité. Dans une version simplifiée de l'invention, les deux premiers amplificateurs (40) et (50) peuvent être remplacés par un seul amplificsCteur à gain fixe, l'accord se faisant à l'aide de l'ajustable rempracé (140)/dans ce cas par un potentiomètre extérieur de m8me valeur.Les tensions de pincement des deux transistors à effet de champ, canal N, doivent être sensiblement de l'ordre de - V/2. Les résistances (160) et (170) ainsi que les condensateurs (180) et (190) découplent la tension de polarisation des portes des deux transistors (200) et (210). La position du curseur (150) est un compromis entre la stabilité de l'appareil et les performances. Vers le point (125), la sensibilité est maximum, vers la masse, la sensibilité est nulle. Les deux diodes au silicium, (240) et (250) dont le courant qui les traverse est limité par la résistance (260), donne la tension de polarisation, du transistor FET (200). Le montage des deux FET en cascade augmente le gain de cet étage. La tension au point (280) 7 mv environ est amplifiée par un ampli à courant continu A amplificateur opérationnel d'un gain fixe de 150 environ, suivi d'un amplificateur différentiel réglable entre 1 et 200 à l'aide des 2 potentiomètres couplés(320) et (340) réglage dénommé sur l'invention sensibilité, qui amplifie la différence entre une tension de référence égale à + V/2 réalisée à l'aide des 2 résistances (350) et (350) et la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel (305).Le courant de sortie de l'amplificateur (345) traverse la diode (370) qui évite les inversions de courant néfastes aux condensateurs chimiques (400), (420) et (430) puis une résistance (380)qui limite le courant dans le galvanomètre (390). L'accord consiste, à l'aide des deux potentiomètres (60) et (70) de mettre l'aiguille du galvanometra" sur une position centrale. L'invention fonctionne tant que l'aiguille du galvanometre n'est pas en butée, haute ou basse. L'aiguille du galvanomètre étant en équilibre vers le milieu du cadran, le galvanombtre - sera parcouru par un courant moindre en présence d'un objet ferreux inférieur à une certaine masse ou si la tête s'approche d'un sol minéralisé ; - sera parcouru par un courant supérieur en présence d'une masse métallique non magnétique, d'un objet ferreux de grande dimension ou si la tête s'éloigne d'un sol minéralisé. Tout dEplacexent de la tête par rapport au niveau du sol entrain donc un déplacement de l'aiguille du galvanomètre ainsi qu'une variation de la tention au point (375). La minéralisation du sol gène - par suite du déplacement oscillant de la tête de détection par rapport au sol, tête qui est manipulée à bout de bras - par suite du sol qui n'est pas parfaitement nivelé. En effet, sur un sol minéralisé uniformément, avec une tête de détection qui se déplace parallèlement au sol, ou sur le sol, le moindre morceau de métal -dans la limite de la sensibilité de l'appareil- sera détecté sans aucun probldme. Cette situation notant pratiquement jamais remplie, il fallait s'affranchir de l'oscillation de la tête, et par consb- quent du signal au point (375). Le réglage sensibilité potentiomètres (320) et (340) permet de limiter l'amplitude de l'oscillation de la tension au point (375).En l'absence de pièce métallique et sur un sol minéralisé, l'oscillation naturelle de la tête fait varier le signal au point (375) entre 2 valeurs ou seuils (fil) et (H2), figure 2, zones 1, 3 et 5 qui dépendent de la minéralisation du sol, de ltoscillation de la tête par rapport au sol et de la valeur du gain de l'amplificateur différentiel (345). Toute présence métallique entraînera un dépassement des seuils (zones 2 et 4, figure 2).Une directivité pas très importante de la tête augmente les performances de l'invention. Pour compenser l'effet de sol, il suffit de posséder une "fenêtre" réglable de façon symétrique par rapport à une tension de valeur fixe, milieu de "fenêtre* -cette tension doit ttre Fndependante de l'6tat de minéralisation du sol-.Tant que le signal (S) figure 2 se trouve situé entre les 2 seuils HI et H2, (zones 1, 3 et 5), l'appareil reste silencieux. Dès que le signal (S) position (S2) figure 2, zone 4, sort de la "fenêtre* par une valeur supérieure au seuil supérieur de la fenêtre, il faut se considérer en présence d'une masse métallique non magnétique, ou magnétique de grande dimension, et un signal spécifique est déclenché. Dès que le signal (S) position (S1) figure 2, zone 2 sort de la "fen & re" par une valeur inférieure au seuil inférieur Hî, de la fenêtre, nous sommes en présence d'une masse métallique magnétique inférieure A une certaine dimension et un signal spécifique est déclenché.Plus le sol sera minéralisé, plus l'opErateur sera malhabile à contrôler la position de la tête par rapport au sol et plus il sera nécessaire de posséder une "fenêtre" large, diminuant d'autant la sensibilité de l'ensemble. Il va de soi, qutil est possible d'inverser les sens de variation du signal S augmentation métal non ferreux, diminution métal ferreux et les substituer par augmentation de S métal ferreux diminution métal non ferreux sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Une partie du signal est prélevée au point (375), filtré par la résistance (410) et la condensateur (420), la condensateur (430) supprime la composante continue afin de ne transmettre que les variations de tension. Un potentiomètre (440) dénommé atténuateur sur l'invention sert de réglage de sensibilité de l'amplificateur (450) réalisé à l'aide d'un amplificateur opérationnel, son gain est fixé par les résistances (444) et (446). Il est suivi d'un autre amplificateur dont la tension d'entrée est fixée par les résistances (460) et (470), le condensateur (455) supprime la composante continue. Cette tension multipliée par le gain de l'amplificateur réalisé par un eT?lificateur opérationnel (480), fixé par les résistances (490) et (500),/filtrée par la résistance (510) et le condensateur (520).La valeur de cette tension au point (525) doit astre identique au point milieu de la fan8tre du discrimateur A double seuil (550) qui peut être réalisé soit A l'aide d'un circuit intégré spécialisé soit a l'aide de composants discrets. La résistance ajustable (530) permet de régler la valeur de la tension du point milieu de fenêtre du discriminateur à seuil. Le potentiomètre (540) sert 9 faire varier la valeur des seuils hauts et bas symétriquement par rapport à la valeur du point milieu; sur l'invention il est dénomme Effet de Sol. Son réglage judicieux permet de s'affranchir de l'effet de sol. A la sortie du discriminateur A fenêtre, tout dépassement du seuil haut déclenche l'oscillataur (560) dont la fréquence audible est le double de celui de l'oscillateur (570). Ce signal audible amplifié par l'amplificateur (580) active le haut parleur (600). A la sortie du discriminateur A seuil tout dépassement du seuil bas déclenche ltoscillateur (570). Ce signal audible amplifie par (580) active le haut parleur (600). La valeur des fréquences importe peu. Il s'agit simplement que les signaux soient audibles et parfaitement distincts l'un de 11 autre. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au détecteur décrit et représenté sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Détecteur de métaux constitué d'une tête de détéction solidaire par l'intermédiaire d'une articulation, d'une canne en métal ou en plastique, elle même solidaire ou non d'une boite contenant l'électronique et les différents réglages, d'un câble de liaison électrique joignant la tete de détection au boîtier, la tête de détection étant constituée d'une boîte étanche ou non, indéformable, de forme quelconque, en général cir culaire, contenant deux bobinages distinctes, l'un servant d'émetteur, l'autre de récepteur disposés de telle façon : - qu'en l'absence d'un objet métallique et dans l'air, le bobinage récepteur reçoive du bobinage d'émission un très faible signal, mais non nul ; - qu'en présence d'un objet ferreux inférieur a une certaine dimension, d'un sol minéralisé, l'amplitude de ce signal diminue ; - qu'en présence d'un objet non ferreux ou ferreux de grande dimension, l'amplitude de ce signale augmente ; le cable de liaison est chargé d'une part de relier l'oscillateur à sa bobine dite d'émission et d'autre part de transmettre le signal reçu par la bobine réceptrice aux amplifacteurs et autres dispositifs électroniques disposés dans le boiter, le signal de reception apparaît lorsque le signal de l'oscillateur est émis au moyen de la bobine émettrice, le détecteur étant caractérisé par une série d'amplificateurs, de redresseurs, transformant la tension sinuosidale issue de la bobine de réception en une tension continue lisible sur un galvanomètre ; une autre série d'amplificateurs chargés de transformer, a travers un dispositif électronique qui permet de s'affranchir des effets dûs a la minéralisation des sols età l'oscillation de la tete par rapport au sol, les variations de tension aux bornes du galvomètre en un signal audible d'une fréquence F1 lorsqu'un objet non ferreux est détecté, F2 lorsqu'un:objet ferreux est détecté, l'absence de masses métalliques rend l'appareil silencieux. 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux. issus de la bobine de réception sont amplifiés par un dispositif dont le gain est réglable depuis l'extérieur du boîtier contenant l'elec- tronique. 3. Détecteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le signal alternatif est redressé par les diodes (80) et (85) puis intégré a l'aide de la résistance (90) et du condensateur (100) afin de polariser la base d'un transistor PNP (110) comportant une résistance d'émetteur (130) et une résistance de collecteur (120), l'ajustable (140) a une extrémité reliée au collecteur du transistor (110) et l'autre mise à la masse afin que la tension présente sur le curseur polarise a travers deux cellules de découplage (160), (180) et (170 i190) les portes de deux FET (200) et (210) montés en cascade, le drain du premier FET (200) est polarisé par la tension de 2 diodes Si (240) et (250) montées dans le sens passant et dont le courant qui les traverse est limité par la resistance (260) diminuée de la chute de tension à travers la résistance !265),un condensateur de filtrage (230) est monte aux bornes des 2 diodes, le deuxième FET (210) comporte une résistance de source. 4. Détecteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que la tension presente à la source du deuxième FET (210) est amplifiée 150 fois à l'aide d'un amplificateur opérationnel (305), la tension à la sortie de l'amplificateur (305) est comparée, à l'aide d'un amplificateur différentiel dont le gain est variable de 1 à 100 et accessible depuis l'extérieur du boîtier contenant l'électronique, à une tension de référence réalisée à l'aide des résistances (350) et (360), la sortie de l'amplificateur (345) alimente à travers une diode un galvanomètre qui fait office d'indicateur visuel. 5. Détecteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que le tension aux bornes du galvanometre est filtrée à l'aide de la résistance (410) et du condensateur (420) puis amplifiee une première fois à. l'aide d'un amplificateur (450) à courant alternatif à gain fixe, l'amplitude du signal d'entrée peut être commandée depuis l'extérieur du boîtier contenant l'électronique à l'aide du potentimêtre (440), le signal issu de l'amplificateur (450) est amplifié par un second amplificateur à courant alternatif à gain fixe dont la tension d'entrée est fixee par les resistances (460) et (470) de telle façon que la tension d'entrée en l'absence du signal, multipliée par le gain de l'amplificateur réalise par un amplificateur-opéra- tionnel (480) et fixé par les résistances (490) et (500), donne une tension soigneusement filtre à l'aide de la resistance (510) et du condensateur (520) égale au point milieu de la fenêtre du discriminateur à double seuil. 6. Détecteur selon la revendication 1 caractérise par l'utilisation d'un discriminateur àdeux seuils réglables de sorte qu'en l'absence de masse métallique, la tension du signal issue du bobinage de reception qui varie avec la mineralisation du sol et la position de la tête de détection par rapport au sol minéralisé reste comprise entre les deux seuils, la presence d'une masse métallique entraînant un dépassement des seuils. 7. Détecteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que le signal prélevé au point (525) est applique à l'entrée d'un discriminateur à double seuil, dont le milieu de fenêtre est réglable afin de coincider avec la valeur de la tension au point (525) lorsque la tête de détection est située dans l'air et en l'absence de toute masse métallique, et dont la largeur de fenêtre est réglable à l'aide d'un bouton dénomme effet de sol" sur l'invention accessible depuis l'extérieur du boîtier contenant i 'élec- tronique. 8. Détecteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que la présence du signal à l'intérieur de la fenêtre, à l'extérieur de la fenêtre par valeur inférieure à la fenêtre, à l'extérieur de la fenêtre par valeur supérieure à la fenêtre est signalée par 3 témoins lumineux,sonores ou autres distincts.