Brevet FR2518269A1 — publié le 19830617

L'invention est un détecteur de métaux a discrimination automatique de type Emission 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 a ce jour-au problème posé par la détection des petits objets métalliques dans les sols minéralisés. L'invention permet n outre de s'affranchir de l'effet de sol lorsque l'appareil fonctionne en discrimination. L'invention est constituée d'une tete de détection, solidaire par l'intermédiaire d'une articulation, d'une canne en métal ou en plastique elle-meme solidaire ou non d'une boite contenant l'électronique et les dif férents réglages, d'un cable de liaison électrique joignant la tête de détection a la boite contenant l'électronique.La tête de détection étant constituée d'une boîte étanche ou non, indéformable, de forme quelconque, en général circulaire contenant trois bobinages distincts, l'un servant de bobinage d'émission et les 2 autres de récepteurs disposés de telle façon - qu'en 7 absence d'un objet métallique et dans 1 'air5 les bobi- nages récepteurs reçoivent du bobinage d'émission un très faible signal5 mais non nul ;; - que la presence d'un objet ferreux inférieur à une certaine dimension à proximité du ler récepteur fasse diminuer le signal issu du ler recepteur - que la présence d'un objet non ferreux ou ferreux de grande dimension à proximité du ler récepteur fasse augmenter le signal issu du ler recepteur ; - que la présence d'un objet terreux inférieur a une certaine dimension a proximite du 2ème récepteur fasse augmenter le signal issu du 2ème récepteur ; - que la présence d'un objet non ferreux ou ferreux de grande dimension fasse diminuer le signal issu du 2ème récepteur. Les signaux de réception apparaissent lorsque le signal de 1 'oscil- lateur est émis au moyen de la bobine émettrice, Le cable de liaison (15) est chargé d'une part de relier l'oscillateur a la bobine d'émission et d'autre part de transmettre les signaux reçus par les bobines réceptrices aux amplificateurs et autres dispositifs électroniques disposés dans le bottier. L'invention sera decrite en détail en regard de dessins annexés a titre d'exemple et nullement limitatifs: - la figure 1 represente un schéma simplifié d'une forme préférée de réalisation du détecteur de métaux selon l'invention ; - la figure 2 est un schéma de la tête de detection vue de dessus avecladisposition des 2 récepteurs par-rapport à la fixation de la canne de liaison boitier-tete ; - la figure 3 représente la tête de détection vue selon un profil - la figure 4 est un graphique montrant la forme du signal en un point du circuit de la figure 1. La figure 1 représente une forme preférée de réalisation du détecteur de métaux selon l'invention. Ce détecteur comprend un oscillateur (10) d'émission relié à une bobine (20) par un cable de liaison (15) de manière à lui transmettre un signal. La fréquence de travail doit être la plus basse possible afin d'obtenir une meilleure pénétration dans le sol. L'invention fonctionne avec un signal sinusoidal de 3800 HZ environ de fréquence. Les deux bcbines de réception sont placées à proximité de la bobine d'émission. Elles sont disposées toutes deux dans un boîtier de forme quelconque appelée communément tête de détection (25) de telle façon que comme indiqué ci-dessus et plus succinctement qu'en presence d'une masse métallique de grande dimension le signal issu de l'un des récepteurs diminue tandis que celui de l'autre augmente. I1 faut rappeler ici que la mînéralisation du sol gêne - par suite du deplacément oscillant de la tête de détection par rapport au sol, tete qui est manipulée à bout de bras ; - par suite du sol qui n'est pas parfaitement nivelé. En effet, sur un sol mineralise uniformément et bien nivelé avec une tête de détection qui se déplace parallèlement au sol à une distance fixe; ou sur le sol, le moindre morceau de métal - dans la limite de la sensibilité de l'appareil - sera détecté sans aucun probleme. I1 faut donc s'affranchir de l'oscillation de la tête qui engendre au niveau du ou des récepteurs une variation d'amplitude du signal. Dans le cas de deux récepteurs montés comme indiqué précédemment l'oscillation de la tête en presence d'un sol minéralise entraînera par exemple lors de léloignement de la tete du sol que le signal E 1 issu du recepteur 1 augmentera tandis que le signal E 2 issu du récepteur 2 dimi nuera, lors d'un rapprochement de la tête du sol que le signal E 1 dimi nuera tandis que E 2 augmentera. Si le gain de la chaîne d'amplification du signal E 1 est iden tique a celui chargé d'amplifier le signal E 2, la somme S3 = K (S1 + @@@ @@@ c@@@@@@@e @@@@que soit le déplacement de la tête par rapport @@ so1 S1 et S2 êtant les tensions de sortie de chacune des voies. Ains@, le signal issu de (30) sera amplifié puis redressé et soigneusement filtre pour donner une tension S 1 stable en l'absence de masse métallique de l'ordre de + V/2 point (50) fig. 1. De même, le signal issu de (40) sera amplifié, redressé, filtré pour donner une tension @ 2 stable en l'absence de masse métallique de l'ordre de + V/2 point (60) L'amplificateur operationnel A 5 est chargé de faire l'opération suivante S 3 = 0,5 (S 1 + S 23 poir ceci, les résistances (70), (80), (90), et (100) doivent satisfaire les relations suivantes (70) = (803 = 2 x (90) = 2 x (100).Dans le cas de l'invention (80) = 27 kilohoms, (90) et (100) valent 13,5 kilohms quant à (70) c'est un potentiomètre de 47 kilohms avec une résistance talon de 27 kilohoms. Le réglage de ce potentiomètre équilibre les 2 voies de telle sorte que les variations de niveau de la tête par rapport à un sol donné entraine en sortie de A 4 une tension @ 3 point (110) fig. 1 constante. Ce réglage est dénommé sur 1 'invention compensation de l'effet de sol. La présence de ce potentiomètre permet e out une certaine latitude dans l'égalité de la chaine d'amplificateur de chacune des deux voies depuis le récepteur jusqu'à i l'entrée non inverseuse de l'amplificateur sommateur A 5. Cette tenson S 3 sera comparée a une tension de référence point (115) fig. 1 a l'aide de l'amplificateur A 6 dont le gain est réglable depuis extérieur et affichée sur un galvanomètre qui sert d'indicateur visuel. La @iode D l évite les inversions de polarité néfastes aux condensateurs chimiques (130) et (140). La résistance (150) limite le courant dans le @alvanomètre. L'aiguille restera donc immobile en l'absence de masse métallique @algré les oscillations de la tête par rapport au sol. Par contre, pan suite de la disposition des deux récepteurs par rapport à la fixation de la tête à la canne de liaison boîtier-tête de @etection fig. 2 un des récepteurs "verra" toujours avant l'autre l'objet, ce qui entrainera une variation de E 2 ou E 1. La somme S3 = 0,5 (S1 + ne sera plus égale à la tension de référence et la différence, multiplié ar le gain de A 6, sera affichée sur le galvanomètre. Le systeme de 2 récepteurs en tant qu'annulation d'effet de sol ne fonctionne parfaitement qu'à condition oue la tête reste parallèle au sol, ce qui n'est pas le cas dans la réalité. Un léger phénomène de roulis existe en fait voir fig. 3 qui entraine une légère variation de S 3 se traduisant,d'une part par un infime déplacement de l'aiguille du compteur et d'autre part par une variation de tension au point (180). Afin de minimiser au maximum ce phénomène de roulis, les récepteurs doivent se situer le plus près du centre de la bobine de détection. Pour donner à l'indicateur sonore le maximum de performance, il est utilisé en fait dans la majorité des cas, il est nécessaire de s'affranchir des variations du signal au point (180). Une émission sonore ne doit être émise que lors de la detection d'un objet. Le "roulis" de la tête de détection fait varier le signal (S) au point (180) entre 2 valeurs (H 1) et (H 2) fig. 4 zone 1, 3 et 5 qui dépend de la mineralisation du sol. Toute presence métallique entraînera un dépassement des seuils zones 2 et 4 fig. 4. Pour compenser l'effet de sol dû au roulis, il suffit de posseder une "fenêtre" reglable de façon symétrique par rapport à une tension de valeur fixe milieu de fenêtre. Tant que le signal (s) fig. 4 se trouve situé entre les 2 seuils H 1 et H 2 (zone 1, 3 et 5) l'appareil reste silencieux. Dès que le signal (S) position (S 2) fig. 4 zone 4, sort de la fenêtre par une valeur supérieure au seuil supérieur de la fenêtre, un signal specifique est déclenche.Dès que le signal (S ) position S 1 fig. 4, zone 2 sort de la fenêtre par une valeur inférieure au seuil inférieur H 1 de. la fenêtre, un signal spécifique est déclenché différent du premier. L'utilisation d'une "fenetre" pour compenser l'effet de sol a fait l'objet d'une demande de brevet français le 11 juin 1981 sous le n 8111545. La tension au point (180) est filtrée par la résistance (l60) et le condensateur (140). Le condensateur (130) supprime la composante continue afin. de ne transmettre que les variations de tension qui sont amplifiees par l'amplificateur (A 7) dont la tension d'entrée est fixée par les résis- tances (190) et (200). Cette tension multipliée par le gain de (A 7),fixée, par les résistances (210) et (220) donne une tension identique au point milieu de la fenêtre du discriminateur à double seuil (230) qui peut être réalise soit à l'aide d'un circuit intégré specialise, soit à l'aide de composants discrets. La résitance ajustable (240) permet de régler la valeur de la tension du point milieu de fenetre du discriminateur à seuil. La resistance ajustable (250) sert à faire varier a valeur des seuils hauts et bas symétriquement par rapport a la valeur du point milieu. A la sortie du discriminateur à fenêtre, tout dépassement des seuils hauts ou bas déclenchent soit l'oscillateur OSC 1 soit l'oscillateur OSC 2. Ces signaux, amplifiés par l'amplificateur (A 8) activentle haut-parleur (H.P). La valeur des fréquences importe peu. I1 s'agit simplement que les signaux soient audibles et parfaitement distincts l'un de l'autre. De plus, par suite de l'accord des bobinages des récepteurs qui entraîne une diminution du signal lorsque le métal détecté est ferreux et inferieur à une certaine dimension, et une augmentation dans le cas de détection d'un métal non ferreux ou ferreux de grande dimension, le passage au dessus de l'objet dans un balayage par exemple de droite à gauche,entrainera l'émission d'un son aigu puis grave,qui indiquera la présence d'un métal non ferreux, la présence d'un métal ferreux se traduisant pour un méme balayage de droite à gauche par l'émission d'un son grave puis aigu. Un balayage en sens inverse de gauche vers la droite inversera du même coup l'ordre des sons,pour un même type de metal. Ainsi, sans aucune manipulation, tout en conservant l'usage de la compensation de l'effet de sol, l'appareil fait la discrimination sans aucune perte de -sensibilité. Il va de so que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit,comme par exemple l'utilisation de 2 récepteurs disposés de telle façon qu'en présence d'une masse metalliquele signal de chacun d'eux évolue dans le même sens au lieu d'une évolution dans le sens contraire, comme dans l'invention décrite en détail, avec remplacement du système sommateur par un système différentiel, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. L'utilisation conjointe du disposit-if de 2 récepteurs avec circuit sommateur ou différentiel et d'un discriminateur à fenêtre donne à l'invention des performances remarquables pour la détection des petits objets enfouis dans un sol minéralise Revendications 1. Détecteur de metaux constitue d'une tête de détection solidaire par l'intermédiaire d'une articulation, d'une canne en métal ou en plastique elle même solidaire ou non d'une boîte contenant l'électronique et les dif fervents reglages, d'un cable de liaison électrique joignant la tête de détection du boîtier, la tête de detection étant constituée d'une boîte étanche ou non, indéformable, de forme quelconque, en général circulaire, caractérisé par l'utilisation de trois bobinages distincts, l'un servant d'émetteur, les deux autres de récepteurs disposés de telle façon, qu'un signal apparaît sur chaque récepteur lorsque le signal de l'oscillateur est émis au moyen de la bobine émettrice, par l'utilisation - soit de deux recepteurs disposés de telle façon qu'en présence d'une masse métallique de-grande dimension les signaux issus de ces récepteurs diminuent ou augmentent simultanément et associés à un systeme differentiel de sorte que la tension à la sortie reste constante, - soit de deux récepteurs disposés de façon qu'en présence d'une masse métallique de grande dimension, le signal issu de l'un des récepteurs augmente tandis que l'autre diminue et associés a un système sommateur de sorte que la tension à la sortie reste constante : 2. Detecteur de métaux selon la revendication 1 caractérise par l'utilisation d'une chaîne d'amplification pour chaque recepteur de gain identique, de faible. bruit et d'une excellente tenue en temperature. 3. Détecteur de métaux selon la revendication 2 caractérisé en ce que les tensions en.sortie des chaines d'amplification points (50) et (60) doivent être continues sensiblement égales et les plus stables possible. 4- Détecteur de métaux selon la revendication 3 caractérisé par l'utilisation d'un amplificateur opérationnel chargé de faire l'opération S3 = K (S1 + S2), au cas particulier K = 0,5 S3 étant le signal de sortie point(110) fig. 1, S1 et S2 étant les tensions continues presentes en bout de la chaîne d'amplification de chacun des récepteurs point (50) et (60) fig. 1, ce qui entraîne que R (70) = R (80) = 2 R (90) = 2 R (100) R (70) est en fait réglable afin d'adapter la résistance d'entrée du systeme sommateur- de sorte que, malgré l'oscillation de la tête par rapport à un sol minéralise donné, la tension S3 reste constante ; ce reglage est dénommé sur l'invention compensation de l'effet de sol. 5. Détecteur de métaux selon la revendication 4 caractérisé en ce que la tension S3 pré@ente à la sortie du système sommateur est @omparée à une tension d@ référence à l'aide d'un amplificateur opérationnel dont le gain est réglab@e depuis l'extérieur avant d'être affichée sur le galvanomètre qui sert d'indicateur visuel.