Brevet FR2536534A1 — publié le 19840525

Le secteur technique de la présente invention est celui des dispos il tifs electroniques pour la détection à distance de véhicules à moteur dont les gaz d'échappement ont un spectre d'absorption infra-rouge qui présente un contraste instantané avec celui du milieu ambiant, On sait détecter les véhicules lourds blindés par une ou plusieurs de leurs manifestations, et, dans le secteur considéré par les émissions de gaz au moyen de spectromètreD et la présence de corps chauds au moyen de capteurs optroniques. Les émanations gazeuses situées à la verticale de ces véhicules sont le siège sur le plan énergétique d'une source de rayonnements électromagnétiques plus spécialement situés dans le spectre infra-rouge et dont la luminance et l'intensité énergétique dépendent essentiellement, du type de carburant5 de la puissance du moteur et de sa vitesse de déplacement. Les gaz concentrés près de l'orifice d'échappement du moteur puis dilués progressivement dans l'atmosphère émettent des rayonnements dont la ré- partition énergétique spatiale est caractéristique. L'énergie émise est répartie dans des bandes ou des raies spectrales dont les positions spectrales sont caractéristiques des gaz constituants. Le facteur d'émission est proche de 1 au centre de ces raies ou bandes. A titre d'exemple, la combustion d'hydrocarbure lourd dans un excès d'air donne lieu à 95% de COz et 4% de CO et la raie énergétique principale du C02 est située au centre d'une bande spectrale dont la longueur d'onde centrale est aux environs de 4,-2 9. L'intensité de ces bandes croît avec la températureS variable avec la concentration des gaz. Les spectromètres utilisés pour la détection ou l'analyse des gaz sont des appareils de laboratoire lourds et fragiles, dont la manipulation est difficile. De plus cette détection est localisée et ne peut se faire à distance. Le dispositif suivant l'invention pallie les inconvénients précités en proposant un appareil peu encombrant, facile à mettre en oeuvre et détectant à distance. La présente invention a donc pour objet un dispositif électronique pour la détection à distance de véhicules à moteur émettant des gaz d'échappement ayant un spectre d'absorption infra-rouge qui présente un contraste instantané par rapport à celui du milieu ambiant, du type comprenant d'une part un détecteur à filtre spectral fournissant un signal électrique, éventuellement amplifié, correspondant au spectre d'absorption infra-rouge de la zonecouverte par le détectueur, et d'autre part un comparateur à deux entrées dont une première reçoit un signal fonction du signal issu du détecteur, dont la deuxième entrée reçoit un signal électrique de référence, de manière à fournir un signal de présence de véhicule détecté correspondant à un signal impulsionnel reçu par le détecteur, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend, en série entre le détecteur et le comparateur, des moyens pour adjoindre, au signal fonction du signal issu du détecteur et/ou au signal de référence, un signal électrique de correction fonction du contraste instantané entre le spectre d'absorption infra-rouge des gaz d'échappement du véhicule détecté et celui du milieu ambiant. Dans le cas où les signaux précités sont des tensions électriques, les moyens pour adjoindre une tension de correction à la tension de référence peuvent comprendre - un circuit retardateur de la tension issue du détecteur, en paral lèle avec - un filtre passe bas qui élimine de cette tension l'impulsion à dé tecter, en série avec - un circuit multiplicateur variable qui introduit une tension de correction fonction du contraste, les circuits retardateur et multiplicateur étant reliés aux deux entrées d' - un additionneur qui fait la somme algébrique de la tension retardée et de la tension multipliée pour fournir la tension de référence appliquée à une entrée du comparateur. Le principe de fonctionnement est le suivant e lorsque le signal détecté correspondant à la présence d'un véhicule est très contrasté, c'est à dire lorsque le signal correspondant au spectre d'absorption infra-rouge du milieu ambiant est faible, ou bien que la cible est énergétique, la tension de référence, suivant la loi de correction fonction du contraste est élevées de façon à ne détecter que le signal très contrasté. Dans le cas contraire9 la tension de référence est faible, de façon à détecter plus aisément le signal impulsionnel caractéristique. Le dispositif suivant l'invention est essentiellement destiné à la veille. Il faut noter que le dispositf est passif, donc discret5 qu'il est difficile à leurrer, qu'il fonctionne dans des conditions climatiques étendues > qu il détecte une cible visible, partiellement cachée ceci avec un degrè de probabilité décroissant ou cachée, et qu'il détecte enfin une cible mobile ou immobile. Selon l'invention, on peut concevoir au moins trois solutions pour le traitement du signal électrique significatif issu du détecteur 1) conserver un gain fixe et asservir le seuil de declenchement 2) conserver un seuil de déclenchement fixe et asservir le gain 3) asservir à la fois le gain et le seuil de déclenchement. Des exemples non limitatifs de réalisation sont décrits ci-après en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente le spectre de la courbe d'émission d'une flamme de kerosène ainsi que le gabarit du filtre optique mis en oeuvre,portant en abcisses des longueurs d'ondes et en ordonnée l'amplitude relative. - la figure 2 donne l'allure des signaux à traiter à la sortie du détecteur infra-rouge a) sans signal caractéristique d'une cible b) avec signal caractéristique à détecter - la figure 3 représente le synoptique de la chaine électronique mise en oeu vre pour le traitement du signal selon la première solution, - la figure 4 représente la réponse du circuit filtre selon la fonction de Bessel, - la figure 5 illustre le fonctionnement du circuit appelé multiplicateur va riable indexé à l'amplitude de la tension d'entrée, - la figure 6 donne l'allure des signaux aux points caractéristiques du montage. - la figure 7 montre un exemple de réalisation de cette première solution, - la figure 8 représente le synoptique de la chaine électronique mise en oeuvre pour le traitement du signal selon la deuxième solution - la figure 9 est un chronogramme des tensions aux points caractéristiques du montage suivant la deuxième solution. - la figure 10 illustre de façon non limitative la loi de restitution qui dé termine le gain d'un circuit multiplicateur analogique, suivant la deuxième solution - la figure 11 montre l'allure de la valeur du facteur d'amplification du cir cuit multiplicateur analogique suivant la deuxième solution - la figure 12 montre un exemple de réalisation de la deuxième solution - la figure 13 représente le synoptique de la chaine electronique mise en oeuvre pour le traitement du signal selon la troisième solution Le fonctionnement de la première solution est le suivant (voir figure 3) : La pupille d'entrée du détecteur infra-rouge 1 est munie d'un filtre spectral 2 et délivre un signal électrique 3, traite par l'amplificateur continu 4, ceci de façon connue, qui délivre un signal en 5. Le circtuit 6 repésente la carac téristique d'avoir un temps de propagation constant pour un signal et ceci pour une bande de fréquence adaptée. Cette propriété est plus connue comme l'une des propriétés de la fonction de BESSEL. Ainsi l'impulsion caractéristique à traiter qui a une forme assimilable à une onde triangulaire d'une largeur égale à T (ms) ressortira de ce circuit en 7 avec un décalage dans le temps choisi égal à-T- (ms) par exemple. La figure 4 illustre ceci. Le circuit 8 est un filtre passe bas qui, de par le choix de sa fréquence de coupure, délivre en 9 un signal d'où est exclue l'impulsion à détecter. La figure 6c illustre ce fonctionnement. Le circuit 10 est un circuit non linéaire qui délivre en 11 une tension Vs obéissant à une loi mathématique choisie en fonction de la tension d'entrée Ve présente en 9. Ainsi Vs = f (t) x ve, ou f (t) est une fonction mathé mastique : linéaire ou logarithmique ou exponentielle, etc... La figure 5 donne une illustration du fonctionnement. Le circuit 12 délivre en 13 la somme algébrique des tensions présentes sur ses entrées 79 11, 14, c'est un additionneur. Le signal présent en 14 provient du circuit 15 qui délivre une tension significative du bon fonctionnement physique de l'ensemble optronique de détection (rotation par exemple). De façon connue, le comparateur 16 compare les signaux 5 et 13 et délivre en 17 un signal de présence de véhicule en "tout ou rien" durant tout le temps où le signal 5 reste supérieur au signal 13. Le circuit 18 amplifie en puissance le signal 17 et délivre en 19 un signal susceptible de commander un (ou des) sous-ensemble de visualisation, d'alerte, etc... Le fonctionnement de la deuxième solution (voir figure 8) est le suivant Le détecteur 1 délivre en 2 une tension pseudo-continue positive ou négative sur laquelle viendra éventuellement se superposer l'impulsion significative à exploiter. Ces signaux sont amplifiés par l'amplificateur continu 3. A partir du signal présent en 4 le circuit 5 élabore en 6 un signal proportionnel suivant la loi de restitution adoptée tineaire(figure 10), exponentielle polynominale, homographique.. .3. Le circuit 7 est connu sous le vocable de "multiplieur monolithique" par l'hom- me de l'art. A titre d'exemple, la figure 11 montre la variation du gain du circuit 7 en fonction du signal d'entrée restitué en 6. Par la suite le signal 8 est amplifié par un amplificateur alternatif 9 dont la bande passante est adaptée en fonction du rapport signal/bruit-et de la durée des impulsions caractéristiques. En 10 on récupère une tension alternative centrée sur le "O" électrique. Donc quelle que soit l'amplitude du signal continu initial, celui-ci évoluera en 10 très près du "O" électrique. Par contre, lorsque en 2 une impulsion se superpose au "signal de fond" celleci sera amplifiée proportionnellement au niveau continu sur lequel elle se trouve. Voir figure 9. Sur le comparateur 12, on impose en 11 une tension de consigne fixe. Ainsi, en 13 on récupère une impulsion en tout ou rien qui sollicitera l'interface de puissance 14 chaque fois que la tension 10 sera supérieure à la tension 11. Le fonctionnement de la troisième solution (voir figure 13) est identique pour l'essentiel à celui de la deuxième solution. La différence consiste en ce qu'on ajoute entre la tension de seuil fixe 11 et la deuxième entrée du comparateur 12 un additionneur 17 sur lequel arrive également la tension 10 qui traverse un circuit retardateur 15 remplissant la fonction de Bessel, ayant un temps de propagation constant égal à T/2 pour un signal T pour une bande de fréquence adaptée. La tension de référence envoyée au comparateur 12 est donc la source de la tension V de seuil fixe et de la tension 10 retardée A titre d'exemple non limitatifs il va etre décrit un fonctionnement dynamique particulier dudit dispositif selon la première solution. Le détecteur est monté dans un ensemble optronique animé d'un mouvement de rotation. Ainsi, le champ optique de l'ensemble optronique scrute périodiquement un compartiment de terrain dont la profondeur est fonction du relief naturel, Trois cas sont à considérer pour le traitement du signal recueilli - sans cible, - avec cible, - sans cible et avec une panne imputable au dispositif mécanique de mise en rotation. Dans le premier cas le signal produit par le détecteur 2 est amplifié puis appliqué en 5 sur le comparateur 16 pour être comparé à une tension de référence 13 élaborée par les circuits 6 > 8, 10, 15. Ainsi, compte-tenu des fonctions particulières de ces circuits, il ressort que la tension 13 sera - retardée dans le temps de la valeur du temps de propagation imposé par le circuit 6 ; - supérieure en amplitude d'une valeur définie par la loi mathématique du cir cuit 10. Ainsi, en 13, on récupère une tension légèrement supérieure qui suit exactement la tension 15 mais avec un décalage dans le temps égal à la moitié de la tension de l'impulsion à traiter. L'écart entre les deux tensions est pondéré par la valeur de la tension continue de 5 significative des possibilités de détection infrarouge compte tenu des éléments naturels environnants. Donc, à aucun moment, le signal 5 ne peut dépasser la tension 13. Si une cible est présente dans le champ du détecteur, le déroulement chronologique est le même que précédemment mais lorsque l'impulsion arrive en 5 son amplitude est telle qu'elle devient supérieure à 13 qui ne commencera à croître queT/2 ms plus tard. Ainsi, le dépassement a eu lieu et en 17 il y aura un signal en "tout ou rien" qui sollicitera l'interface de puissance 18. Dans le troisième cas on suppose par exemple que l'ensemble optroni que starrête de tourner pour la raison que le système créant la rotation du détecteur est défaillante. Le déroulement chronologique est le meme que dans le premier cas mais le circuit 15 délivre en 14 une tension continue permanente telle qu'à la sorjcie du circuit additionneur 12 la tension de référence 13 devient immédiatemant inférieure à 5 et déclenche ainsi un fonctionnement du circuit 16 et parallèlement une alerte spécifique traduisant la panne de rotation. REVENDICATIONS 1 - Dispositif électronique pour laldétection a distance véhicules munis d'un moteur émettant des gaz d'échappement ayant un spectre d'absorption infra-rouge présentant un contraste instantané par rapport à celui du milieu ambiant, du type comprenant d'une part un détecteur à filtre spectral, fournissant un signal electrique, éventuellement amplifié, correspondant au spectre d'absorption infra-rouge de la zone couverte par le détecteur, ét d'autre part un comparateur à deux entrées dont une première reçoit un signal fonction du signal issu du détecteur, et dont la deuxième entrée reçoit un signal électrique de référence, de manière à fournir un signal de présence de véhicule détecté correspondant à un signal impulsionnel reçu par le détecteur, dispositif -caractéri- sé en ce qu'il comprend, en série entre le détecteur et le comparateur, des moyens pour adjoindre > au signal fonction du signal issu du détecteur et/ou au signal de référence, un signal électrique de correction fonction du contraste instantané entre le spectre d'absorption infra-rouge des gaz déchappement du véhicule détecté et celui du milieu ambiant. 2 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le signal issu du détecteur est une tension que l'on compare à une tension de référence, caractE- risé en ce que le signal électrique de correction est une tension de correction adjointe à la tension de référence. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour adjoindre la tension de correction comprennent - un circuit retardateur de la tension issue du détecteur, en parallèle avec - - un filtre.passe-bas qui élimine de cette tension l'impulsion à détecter, en série avec - un circuit multiplicateur variable qui introduit une tension de correction fonction du contraste7 les circuits retardeur et multiplicateur étant reliés aux deux entrées d' - un additionneur qui fait la somme algébrique de la tension retardée et de la tension multipliée pour fournir la tension de référence appliquée à la deuxième entrée du comparateur. 4 - Dispositif selon La revendication 3, dans lequel le détecteur est animé d'un mouvement, par exemple de rotation caractérisé en ce que l'additionneur comporte une troisième entre reliée à un ensemble optronique fournissant une tension de détection du mouvement du détecteur. 5 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le signal issu du détecteur est une tension, que l'on compare à une tension de référence prédéterminée, caractérisé en ce que le signal électrique de correction est une ten sion de correction adjointe à la tension issue du détecteur. 6 - Dispositif selon la revendication 55 caractérisé en ce que les moyens pour adjoindre la tension de correction comprennent - un circuit de restitution qui fournit une tension sur l'entrée d' - un multiplicateur analogique qui effectue la multiplication de la tension précédente avec la tension issue du détecteur, en série avec - un amplificateur alternatif qui recentre la tension autour de zero, cette tension étant celle qui est fournie à la première entrée du comparateur dont la deuxième entrée reçoit la tension de référence prédéterminée. 7 - Dispositif selon les revendications 5 et 65 caractérisé en ce que la tension sur la deuxième entrée du comparateur est égale à la somme de la tension de référence et de la tension délivrée par le multiplicateur analogique retardée. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens pour adjoindre à la tension de référence la tension délivrée par le multiplicateur analogique retardée comprennent - un circuit retardateur recevant la tension délivrée par le multipli cateur analogique. - un additionneur à deux entrées dont l'une reçoit la tension de ré-:. férence et la deuxième la tension du multiplicateur analogique re tardée, la tension somme étant envoyée à la deuxième entre du com parateur. 9 - Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le spectre d'absorption infra-rouge des gaz du véhicule détecté est celui du C02.