Brevet FR2516251A1 — publié le 19830513

251625;I La présente invention se rapporte à un appareil pour la détection d'objets métalliques, cet appareil compre- nant au moins deux enroulements de transmission disposés en croix et un nombre égal d'enroulements de réception qui sont placés en position semblable les uns par rapport aux autres. Les enroulements de transmission engendrent dans le système d'enroulement des champs primaires divergents Ces champs changent de direction et d'intensité en fonction de leur emplacement et ils engendrent eux-mêmes des courants induits, ou courants de Foucault, dans les objets en déplacement à l'intérieur desdits champs primaires Ensuite, le champ secondaire engendré par l'objet en déplacement induit à son tour un signal, au moins dans un enroulement de réception. L'invention vise également des moyens d'amplification et de traitement du signal. Un détecteur de métal, basé sur des courants de Foucault, comprend deux parties principales L'enroulement de transmission engendre un champ magnétique alternatif, dans une certaine zone S'il se trouve, à l'intérieur de ce champ, des objets électriquement conducteurs, des courants de Foucault sont induits dans ces objets Le champ créé par ces courants de Foucault est observé par l'enroulement de réception Il est nécessaire pour la détection qu'au moins en un point de la trajectoire de l'objet à travers la porte de détection il existe un champ d'excitation dont la direc- tion est telle que le champ engendre des courants de Foucault dans l'objet contrôlé Il est également nécessaire que le système récepteur soit capable de mesurer effectivement ces courants en ce point de l'espace. On observe, pour commencer, un objet en forme de boule ou de sphère Du fait de sa symétrie, l'intensité des courants de Foucault engendrés dans cet objet ne dépend pas de la direction du champ d'excitation par rapport à la sphère Les courants de Foucault qui circulent à l'intérieur de la sphère engendrent à l'extérieur un champ magnétique semblable au dipôle magnétique de source, ayant la même 2516251 l direction que le champ d'excitation et placé au centre de la sphère, ce dipôle de source étant comparable à l'inten- sité du champ d'excitation Sa dimension dépend naturelle- ment aussi des paramètres de la sphère Le couplage de ce dipôle de source à l'enroulement de réception peut être observé au moyen de ce qu'on appelle le champ détecteur du récepteur (c'est-à-dire un champ magnétique hypothétique créé par l'envoi d'un courant étalonné, suivant les diago- nales du récepteur) La réponse du dipôle dans l'enroule- ment de réception est comparable à une telle composante de ce champ détecteur, cette composante étant parallèle au dipôle au point considéré Ainsi, la réponse A (r) au point p r est comparable au produit A (r)-BT(r) BR (r), ( 1) dans lequel BT représente la densité de flux du champ de transmission et BR représente la densité de flux du champ détecteur de réception. On observe maintenant un barreau magnétique, électriquement conducteur, ayant par exemple un rapport lon- gueur/épaisseur '10 On sait, par expérience, que ce type de barreau peut être aimanté seulement dans le sens de sa longueur, La réponse As r) est maintenant comparable au pro- duit As(r)-(BT(r) Ro) (BR que le barreau - Avec un barreau non magnétique, la situation est un peu différente Avec de tels objets, la réponse maximale est généralement obtenue lorsque les courants de Foucault circulent suivant les côtés longitudinaux du barreau Le même type de relation que dans la formule ( 2) est applicable dans ce cas également, mais le vecteur R doit maintenant être représenté comme perpendiculaire au barreau. Les formules ( 1)'et ( 2) montrent que les dispo- sitifs de transmission et de réception ont un rôle également important dans l'élaboration du signal. 25162-51 Le Brevet américain no 3 697 996 décrit un pro- cédé pour engendrer des courants de Foucault dans des objets, avec des directions divergentes, au moyen de plusieurs sys- tèmes d'enroulements de transmission qui agissent successive- ment Il n'est pas fait mention, dans ce Brevet, d'un sys- tème de réception Sur la base de la description ci-dessus, il est clair que le système de transmission du Brevet améri- cain N O 3 697 996 accouplé à un récepteur usuel n'améliore pas sensiblement les caractéristiques directionnelles de l'appareil. Le Brevet finlandais N O 40 646 décrit une confi- guration d'enroulement qui met en oeuvre les principes décrits plus haut Sa réalisation nécessite essentiellement une porte allongée dans la direction de déplacement En pra- tique, le système d'enroulement le plus avantageux doit être canpact En outre, le procédé décrit dans le Brevet finlan- dais N O 40 646 s'applique principalement à un appareil à fonctionnement continu; dans un tel appareil, le champ magnétique d'excitation est mis en service pendant la mesure, également Par conséquent, la géométrie des enroulements doit être prévue de façon à éliminer l'inductance mutuelle entre l'enroulement de transmission et l'enroulement de réception. Le-procédé décrit dans le Brevet américain n 3 758 849 utilise deux enroulements de transmission et deux enroulements de réception, croisés les uns par rapport aux autres Les enroulements de transmission sont, toute- fois, alimentés simultanément en courant harmonique, de sorte qu'indépendamment des enroulements de transmission dis- posés en croix, un seul champ de transmission est engendré. Il est également clair, avec le procédé selon le Brevet américain N O 3 758 849, qu'un objet qui traverse la porte en un certain point géométrique au milieu de la porte, de façon à ce que la direction de ses courants de Foucault, induits à un degré utilisable, coïncide avec la direction de déplacement, ne sera pas remarqué au passage En outre, le Brevet américain N O 3 758 849 présuppose également un couplage nul entre les enroulements de transmission et de réception, ce qui ne permet pas une géométrie idéale. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients de l'Art antérieur et de pourvoir à un appa- reil de détection d'objets métalliques qui permet, indépen- damment des positions de déplacement des objets qui traver- sent le champ magnétique alternatif, d'éviter les points morts, c'est-àdire les points o les objets métalliques qui traversent les champs magnétiques alternatifs ne crée- raient pas de courants de Foucault pour engendrer le signal. L'appareil suivant l'invention est caractérisé en ce que le système d'enroulement de transmission est formé d'au moins deux enroulements croisés l'un par rapport à l'autre, de façon à ce que les champs magnétiques engendrés par les enroulements soient divergents, et en ce que le sys- tème d'enroulement de réception est constitué du même nombre d'enroulements que le système d'enroulement de transmission, ces enroulements étant placés dans une position relative sem- blable à celle des enroulements de transmission. Un avantage important de la présente invention réside en ce que l'appareil fournit un signal de réponse de niveau sensiblement constant, indépendamment de la position dans laquelle un objet allongé traverse la porte. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autresdispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du com- plément de description qui va suivre, qui se réfère aux des- sins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre un détecteur usuel d'objets métalliques; la figure 2 illustre un mode de réalisation pré- féré de l'appareil suivant l'invention: la figure 3 est un diagramme des impulsions four- nies par un générateur d'impulsions qui est lié à la pré- sente invention, ce diagramme étant représenté suivant l'axe des temps, et la figure 4 illustre un mode de réalisation pré- féré de l'invention, en fonctionnement. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'in- vention, dont ils ne constituent en aucune manière une limi- tation. On se reporte maintenant à la figure 1 Des impulsions de courant sont envoyées dans un enroulement de transmission 3 au moyen d'un générateur d'impulsions 1 et d'un amplificateur de p u i S S a N c e 2. Un amplificateur d'échantillonnage 5 est activé, afin de pré- lever un échantillon du signal venant d'un enroulement de réception 4, un court instant après la fin de l'impulsion du transmetteur Le champ d'excitation n'est plus alors effec- tif, de sorte que la réponse peut être considérée comme étant engendrée par un objet métallique étranger Comme le champ d'excitation n'est pas en service pendant la mesure, dans un dispositif actionné par impulsions, un couplage mutuel mini- mal entre le récepteur et le transmetteur n'est pas exigé. Dans l'appareil de la figure 1, le réglage mutuel du champ de transmission et du champ de détection du récep- teur (c'est-à-dire une observation effective d'un induction maximale de courants de Foucault) est effectué au moyen d'en- roulements qui sont situés des deux côtés de la porte et qui sont sensiblement de même forme On peut observer que, dans le cas de la figure 1, lorsqu'on transporte un barreau d'acier à travers la porte dans la direction des diagonales, l'appareil fournit une très faible réponse pour cet objet. Inversement, si l'objet est transporté en position perpendi- culaire, la réponse atteint sa valeur maximale. La figure 2 illustre un mode de réalisation pré- féré de la preÉsente invention, qui est constitué par deux systèmes d'enroulements, sensiblement identiques, placés l'un sur l'autre en position croisée, chaque système d'en- roulement comprenant deux enroulements de trans- mission 3 et deux enroulements de réception 4. Le générateur d'impulsions 1 commande successi- vement les amplificateurs de puissance 2, qui alimentent eux- mêmes les deux enroulements de transmission 3, par impulsions. Les champs de transmission engendrés par les enroulements 3 ont des directions divergentes Des courants de Foucault sont donc forcément induits dans l'objet qui traverse le système d'enroulements, au moins en un point, indépendamment de l'em- placement, de l'orientation et de la forme de cet objet Le générateur d'impulsions 1 commande également deux amplifica- teurs d'échantillonnage 5, synchronisés avec les transmet- teurs 3, de façon à ce que les courants de Foucault induits par les deux canaux de transmission soient mesurés chacun sur un canal de réception séparé Si la réponse de l'objet dépasse le seuil d'alarme prédéterminé, l'appareil déclenche une alarme, au moyen du dispositif d'alarme 6. La figure 3 illustre le fonctionnement du géné- rateur d'impulsions 1, sous la forme d'un diagramme d'im- pulsions Les champs de détection des récepteurs 4 sont par- tout divergents et dirigés de telle manière que les courants de Foucault induits par chaque transmetteur 4 relativement à un récepteur 3 peuvent être mesurés On constate que, lorsqu'un barreau d'acier, par exemple, traverse la porte dans une position qui produirait une réponse presque nulle dans le dispositif de la figure 1, le dispositif de la figure 2 fournit une réponse maximale Par conséquent, la réponse de l'appareil de la figure 2 dépend beaucoup moins de la position et de la forme de l'objet et elle présente beaucoup moins de points morts que la réponse de l'appareil de la figure 1. Seul un mode de réalisation préféré de la pré- sente invention a été décrit ci-dessus, mais il est entendu que l'appareil de l'invention peut être construit de diffé- rentes façons, sans sortir du cadre de l'invention On peut, par exemple, utiliser dans les enroulements de réception 4 un nombre de spires sensiblement plus grand que dans les enroulements de transmission 3. Dans le dispositif représenté à la figure 4, les enroulements de transmission 3 et les enroulements de récep- tion 4 sont recouverts, dans une application préférée de l'appareil, par des plaques de protection 7 et 8 qui sont fixées les unes aux autres au moyen de plaques de jonction 9 Les plaques de protection 7 et 8 sont en outre solidement attachées à leur base 10 Le générateur d'impulsions 1, les amplificateurs de puissance 2 et 5 et le dispositif d'alarme 6, qui sont tous des composants essentiels de l'invention, sont combinés dans le dispositif électronique unitaire 11 qui est raccordé à l'appareil par un câble 12. REVENDICATIONS 1) Appareil pour la détection d'objets métalli- ques, qui comprend un système ( 3) d'enroulement de transmis- sion séparé,et un système ( 4) d'enroulement de réception, le système d'enroulement de transmission comportant au moins deux enroulements ( 3) pour engendrer des champs primaires divergents dont la direction et l'intensité varient suivant leur emplacement, ces champs primaires engendrant eux-mêmes des courants de Foucault dans un objet en déplacement à l'in- térieur desdits champs primaires, de sorte que le-champ secon- daire engendré dans l'objet induit un signal dans le système d'enroulement de réception, des moyens étant prévus pour amplifier et traiter le signal, lequel appareil est caracté- risé en ce que le système ( 3) d'enroulement de transmission est formé d'au moins deux enroulements placés, dans le plan de bobinage, en position croisée l'un par rapport à l'autre, afin que les champsmagnétiques engendrés par les enroule- ments soient divergents, et en ce que le système ( 4) d'enrou- lement de réception est également constitué du même nombre d'enroulements que le système ( 3) d'enroulement de transmis- sion, ces enroulements étant placés dans une même position respective que dans le système ( 3) d'enroulement de transmis- sion. 2) Appareil suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que les systèmes ( 3, 4) d'enroulement de trans- mission et de réception sont de forme sensiblement identique. 3) Appareil suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que les systèmes ( 3, 4) d'enroulement de transmis- sion et de réception comportent des bobinages sensiblement identiques. 4) Appareil suivant l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que les courants de Foucault induits par les enroulements de transmission séparés ( 3) sont mesurés chacun par un enroulement de récep- tion ( 4) qui se trouve dans une même position respective que l'enroulement de transmission considéré. ) Appareil suivant l'une quelconque des revendi- cations I à 4, caractérisé en ce que le générateur d'impul- sions ( 1) peut être utilisé pour commander à la fois les enroulements de transmission ( 3) et les enroulements de réception ( 4).