Brevet FR2538915A1 — publié le 19840706

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DETECTION D'OBJETS METALLIQUES TELS QUE LES ARMES A FEU, ET SAS D'ACCES DE LOCAUX A PROTEGER CONTRE LES AGRESSIONS La présente invention concerne un dispositif et un procédé pour la détection d'objets métalliques présentant des propriétés ferromagnétiques, diamagnétiques ou composites à l'intérieur d'un espace donné, à l'aide de solênoides constituant des détecteurs associés à des moyens de mesure électronique. Ces dispositifs peuvent équiper entre autre un sas d'accès de locaux à protéger contre les agressions à main armée, quand il s'agit d'armes à feu, en asservissant l'ouverture des portes du sas aux informations délivrées par les détecteurs. On donnant déjà de tels procédés et dispositifs dans lesquels un premier solénolde est excité par un signal de fréquence donnée constituant un émetteur, tandis qu'un second solénoSde adapté au premier forme récepteur. La présence. d'une masse ferromagnétique dans l'espace séparant les deux solénoldes entrasse une variation d'intensité du signal reçu par le solénoïde choisi comme récepteur et déclenche une information indiquant la prév sence d'un objet ferromagnétique. D'autres dispositifs du même genre utilisent plusieurs fréquences d'émissions afin de discriminer l'induction des objets ferromagnétiques d'objets diamagnétiques. Il existe également des dispositifs qui font appel à des aimants permanents créant un champ magnétique qui est susceptible d'etre perturbé par la présence de masses métalliques en induisant ainsi un courant dans une boucle d'induction. En effet, les dispositifs et procédés connus donnent des résultats de mesure très variables suivant la position de l'objet à détecter par rapport au détecteur et à la distance qui sépare ce dernier de l'objet. Il est donc impossible de déterminer un seuil qui permettra de distinguer une catégorie d'objet d'une autre catégorie d'objet. Ils ont entre autre 1 'inconvé- nient d'etre perturbés par les parasites et les champs magnétiques induits dans le récepteur. La présente invention remédi-e à ces inconvénients et concerne un procédé et un dispositif donnant des informations précises susceptibles de provoquer une information d'alarme quand le procédé ou dispositif est utilisé pour la détection des armes à feu ou pièces métalliques importantes en discriminant les objets métalliques de petite taille sans intérêt. En outre, selon l'orientation de l'objet métallique par rapport à sa trajectoire traversant espace de détection, les signaux de détection engendrés sont différents. En effet, un objet longiforme engendre des signaux complètement différents selon qu'il présente son axe longitudinal orthogonalement ou parallèlement à l'axe du détecteur. Or, la finalité de ces dispositifs est de pouvoir détecter certains objets métalliques bien précis, tout en les différenciant d'autres objets métalliques susceptibles de traverser l'espace de détection. Dans le dispositif selon l'invention, destiné à la détection d'armes portées pàr des personnes ou enfer mées dans des bagages les objets métalliques auxquels on ne s'intéresse pas, tels que les clés, provoquent un signal susceptible d'être facilement distingué de celui engendre par les objets à détecter. A cette fin, selon llinventiong le dispositif pour la détection d'objets métalliques présentant des propriétés ferromagnétiques, diamagnétiques ou composites, à l'intérieur d'un espace déterminé, à l'aide de solénoldes plats comportant plusieurs spires de fils se caractérise en ce qu'il comprend au moins un capteur disposé suivant un axe de détection traversant l'espace de détection et constitué d'un couple au moins de deux solénoldes plats reliés électriquement en série et situés de part et d'autre de l'espace de détection dans des plans parallèles, le ou les capteurs constituant la self d'au moins un oscillateur à fréquence variable en fonction des propriétes magnétiques des objets à détecter et étant associés à des moyens de mesure de la variation de la fréquence ou de la période du signal de l'oscillateur-, le dispositif comprenant de plus des moyens de comparaison des variations du signal de l'oscillateur à au moins un seuil prédéterminé délivre un signal de détection en cas de dépassement. On peut avantageusement, pour augmenter la sensibilité du détecteur, augmenter la surface définie par chacun des deux solénoïdes plats constituant les deux éléments parallèles composant un axe de détection, en repliant deux bords parallèles de chacun de ces deux solé notes dans des plans de préférence perpendiculaires aux deux plans parallèles dans lesquels sont situés ces solé soldes, tout en conservant entre ces derniers, une distance suffisamment importante pour-laisser le passage d'une personne dont on veut connaître si elle est porteuse d'une masse ferromagnétique, diamagnétique ou composite telle qu'une arme à feu. De préférence, afin de définir un espace de forme simple tout en obtenant au moins trois axes de détection, le dispositif comporte trois couples de solé soldes disposés sur les six faces d'un parallélépipède, lesdits solénoïdes délimitent ainsi l'espace dedétection. Chaque couple de solénoïdes parallèles entre eux définit un axe de détection orthogonal aux solénoldes définissant les deux autres axes de détection, lesdites faces contenant les solénoïdes délimitant l'espace à l'intérieur duquel est effectué la détection. Ainsi, la pluralité des axes de détection permet de recueillir plusieurs informations pour un même objet et donc de s'affranchir des variations dues aux paramètres de l'orientation dudit objet dans ledit espace. Selon chaque axe de détection, l'objet provoque une variation de self-induc-tion dans chaque couple de solénoïdes et il est possible alors de déterminer par combinaison des signaux reçus, un signal caractéristique de la présence d'un objet métallique que l'on désire déceler tout en éliminant toute information relative aux objets auxquels on ne s'intéresse pas. Selon un premier exemple d'utilisation, chaque couple de solénoïdes est monté électriquement en série et constitue une self. Cette self-est accordée par un condensateur pour former un circuit oscillant dont la fréquence variera en augmentation ou en diminution si l'on introduit dans le champ créé par l'ensemble des deux solénoldes déterminant deux faces parallèles du parallélépipède délimitant l'espace de détection, une masse de forme déterminée de constitution ferromagnétique, diamagnétique ou composite. Il a été constaté que la présence d'objets fer romagnêtiques (tel que l'acier) dans le volume situé entre les deux plans de solénoldes plats qui sont colinéaires provoque une'augmentation de la self-induction donc une diminution de la fréquence d'oscillateur constitué par cette self accordée par un condensateur fixe. D'autre part, la présence entre ces deux solé notes plats d'objets diamagnétiques (tel que lialuminium-) provoque une diminution de la self-induction donc une augmentation de la fréquence d'oscillation de l'oscillateur constitué par cette self accordée par un condensateur fixe. Avantageusement, selon l'invention, le condensateur de valeur donnée accorde chaque oscillateur de- telle sorte que la fréquence d'oscillation de chaque couple de solénoldes, en l'absence d'objet à détecter, soit pratiquement identique. Trois relais commutent les circuits dans la partie haute en impédance d'un amplificateur monté en inverseur de phase pour que la résistance apportée par le contact de chaque relai de commutation des axes de détection, soit négligeable vis-à-vis de la self. C'est ainsi que l'on obtient la commutation de l'oscillateur de chaque couple de solénoldes. On peut avantageusement mesurer la période du signal de l'oscillateur de détection ou de mesure, plutôt que sa fréquence par un périodemètre électronique. Ce périodemètre est constitué - d'un circuit de mise en forme qui transforme le signal de l'oscillateur de mesure en créneaux de durée variable suivant la fréquence de cet oscillateur. - d'un oscillateur de référence de très haute stabilité piloté par quartz, - d'une porte qui, en fonction de la durée du créneau déterminé par l'oscillateur de mesure, délivre un nombre d'impulsions engendrées par l'oscillateur de référence, ce nombre d'impulsions étant variable suivant la durée du créneau, donc de la fréquence de l'oscillateur de mesure, - d'un séquenceur qui délivre un signal de remise à zéro et de départ de comptage, - d'un circuit de comptage qui compte le nombre d'impul sions engendrées par l'oscillateur de référence pendant la durée d'au moins un créneau dont la durée dépend de la fréquence de l'oscillateur de mesure, - d'une mémoire qui mémorise le nombre d'impulsions, - d'un soustracteur donnant la valeur absolue de la différence entre le comptage mémorisé sans objet à dé détecter, et un second comptage pour connaître la présen ce d'un objet à détecter, - d'un seuil programmable, et - d'un comparateur qui délivre une information s'il y a dépassement du seuil par le signal de sortie du sous tracteur. On peut également, afin d'augmenter le nombre d'impulsions délivrées par l'oscillateur de référence, faire un comptage pendant la durée de plusieurs créneaux. On a remarqué que la variation en fréquence de l'oscillateur de détection composé de deux solénodes parallèles était due non seulement à la masse ferromagnétique, diamagnétique ou composite introduite dans le champ électromagnétique créé par le couple de solénoldes mais également à sa position, quand il s'agit de la masse d'un objet longiforme. Afin de pouvoir discriminer et même de reconnat- tre la valeur ferromagnétique, diamagnétique ou composite d'un objet longiforme, l'invention décrit de plus un procédé de mise en oeuvre du dispositif de détection selon l'invention comprenant six solénoldes associes deux à deux dans des plans parallèles. Chaque couple de solénoldes aura, pour un meme objet longiforme et de masse ferromagnétique, diamagnétique ou composite, une variation en fréquence différente. Particulièrement dans le cas d'une arme à feu, on a constaté que les parties constituées de matériaux ferromagnétiques, diamagnétiques ou composites étaient de masses différentes, longiformes, et généralement dans des plans différents. Dans le cas d'ensemble composite, la résultante des mesures pour ces deux matériaux peut donner une mesu re nulle, mais cette mesure ne sera nulle que pour un couple de solénoldes. Elle sera de signe plus ou de signe moins en valeur réelle dans les deux autres axes de détection. Pour obtenir une information de présence d'armes ou d'objets ferromagnétiques, diamagnétiques ou composites, on procède de la façon suivante. L'oscillateur de mesure fonctionne de préférence en permanence et on compte le nombre d'impu-lsions de l'oscillateur de référence pendant le ou les créneaux de comptage et ce nombre No est mis en mémoire avant l'introduction de l'objet à mesurer et ceci pour chaque axe de détection. On refait la même opération avec l'objet à détecter et le nombre d'impulsions de l'oscillateur de référence pendant le ou les creneaux de comptage d.evient Nm supérieur- ou inférieur à No suivant la composition ferromagnétique, diamagnétique ou composite de l'objet à détecter, et ceci pour chaque axe de détection.La différence Nm - No obtenùe sera consid-érée en valeur absolue, permettant d'obtenir une information suffisamment grande et de valeur exploitable suivant la formule i = 3 sj E |- Nmi 3 Noj i i à à vide i i = 1 avec l'objet somme suivant les i = 3 axes Le résultat du comptage est comparé à un seuil programmable. S'il y a dépassement, l'information délivrée servira à déclencher une alarme et interdire l'ouverture de la porte de sécurité du sas. Un processeur numérique programmé est bien adapté pour faire le comptage Ta transformation des valeurs réelles en valeur absolue et la gestion de toutes les informations La présente invention a également pour objet d'associer le détecteur de pièces ferromagnétiques, diamagnétiques ou composites telles aucune arme à feu, à un sas d'accès de locaux à protéger contre les agressions à main armée. Le dispositif de détection de pièces ferromagnétiques, diamagnétiques ou composites délivre des informations qui permettront de gérer et d'asservir les portes d'accès aux locaux à protéger de telle sorte qu'il est impossible de franchir la deuxième porte dans le sens de l'entrée dans le sas sans avoir auparavant été vu par le dispositif électronique, qui refusera l'ouverture de cette porte dans le cas de la détection d'un objet ferromagnétique, diamagnétique ou composite telle qu'une arme à feu, d'"un poids magnétique" supérieur au seuil programmé, ce "poids magnétique correspondant au nombre d'impulsions délivrées par l'oscillateur de référence en fonction de la variation de fréquence de lgoscillateur de mesure. Le sas est de forme parallélépipédique, les parois et les portes sont conçues pour être à l'épreuve des balles. L'ossature et la fixation des éléments sont réalises dans un matériau n'ayant aucune propriété magnétique, tels que les matières plastiques ou le bois. La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un exemple particulier de réalisations décrit ciaprès à titre non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représente une vue d'ensemble schématique d'un sas équipé de trois capteurs de de-ux solénoldes, - la figure 2 représente un exemple de réalisation d'un solénolde plat, - la figure 3 représente l'espace de détection délimité à l'intérieur du sas et dans lequel on a représenté les trois axes de détection orthogonaux entre eux, - la figure 4 représente de manière schématique un couple de solénoïdes à bords repliés, - la figure 5 représente le schéma synoptique du disposi tif de détection, - la figure 6 représente le circuit oscillant de mesure avec la commutation d'axe de détection, - la figure 7 représente trois courbes correspondant aux signaux de mesure et de comptage, - la figure 8 schématise les plans axes et axes ferromagné tiques, et diamagnétiques d'une arme à feu En référence à la figure 1, le dispositif de détection comprend trois couples 1, 2, et 3 de deux so lénoldes essentiellement plats chacun, dont les bornes de sortie permettent le montage en série pour chaque couple d'une manière non représentée sur la figure 1 pour une raison de clarté et chacun des six solenoldes est disposé dans l'une des six faces du parallélépipède que délimitent les parois du sas 4. Comme représenté sur la figure 2, chaque solénol- de plat est constitué d'une armature en matière plastique 5 ayant la forme d'un cadre rectangulaire présentant une gorge dans sa face extérieure, et d'un fil conducteur 6 enroulé dans cette gorge pour former les spires d'une self. Sur la figure 3, le sas 4 est représenté avec deux portes 7 et 8, et délimite l'espace ou zone de détection 9 franchi par les personnes dont on veut savoir si elles sont porteuses d'une arme. Sur cette figure sont également représentés les trois axes de détection : longi- tudinal 10, vertical 11 et transversal 12. Sur la figure 4, on a représenté la distance 13, mesurée selon l'axe vertical il et qui, dans ce cas précis, est la plus grande distance séparant deux faces opposées du sas 4. Afin d'obtenir une surface 14 importante des solénoïdes plats qui permettent la détection par l'axe vertical 11, et dans le but d'améliorer la sensibilité du détecteur, on a replié deux bords parallèles 15 de chacun de ces deux solénoldes de manière à augmenter la surface sans augmenter la largeur des solénoldes. En référence aux figures 5 à 7 les oscillations du circuit oscillant 16 sont mises en forme par l'amplificateur inverseur de phase 17, selon la courbe représentée en 18 sur la figure 7 (succession des créneaux de mesure). L'oscillateur de référence 19, à haute stabilité est stabilisé par un quartz 20, et donne des impulsions à espacement constant 21 sur la figure 7. Ces deux signaux 18 et 21 sont amenés aux entrées d'une porte OU 22 pour délivrer un signal 23 sur la figure 7, dont le nombre.d'impulsions à espacement constant est fonction de la durée des créneaux délivrés par l'oscilla- teur de mesure 16. Le signal 23 attaque un compteur 24 dont les cycles de comptage sont déterminés par le séquenceur 25 commande notamment par les créneaux de l'amplificateur inverseur 17. Le résultat du comptage en 24 est mis en mémoire 26 lors d'une mesure en l'absence d'objet à détecter, tandis que lors d'une mesure en présence d'un objet à dé détecter, le soustracteur 27 soustrait le résultat dans la mémoire 26 du résultat du second comptage et prend la valeur absolue de cette différence. Un seuil programmable affiché en 28 est comparé par le comparateur 29 à la valeur contenue dans le soustracteur 27 pour délivrer, slil y a dépassement du seuil, une information qui interdira 1 'ouverture de la porte 7 du sas 4 (voir figure3) si cette porte 7 est la porte de sécurité. Sur la figure 6, les selfs 30, 31 et 32 formées chacune par l'un des couples 1, 2 et 3 de solénoSdes plats montés en série, sont accordées chacune par un condensateur de valeur fixe 33, 34 et 35 Ces trois circuits oscillants sont commutés par les relais 36, 37'et 38 sur la partie haute impédance de l'amplificateur inverseur 17 assurant la mise en forme de l'oscillation de l'oscillateur constitué par les selfs 30, 31 et 32 accordées par les condensateurs 33, 34 et 35. Il a été montré par exemple qu'avec une fréquence d'oscillation de l'oscillateur de mesure 16 de 300 Hz, on obtient un créneau de mesure 18'de 3,3 ms. L'oscillateur de référence 19 ayant une fréquence de 3 MHz, on obtient des impulsions 21 toutes les 0,3 s soit 5000 impulsions 23 dans le créneau de mesure 18. Avec un objet composite tel qu'une arme à feu, dont les axes diamagnétiques 39-et ferromagnétiques 40 sont représentés sur la figure 8, on peut obtenir à titre d'exemple le résultat suivant Nm il = 5 000 N il = 5 000 N m i 2 = 5 300 N i2 = 5 Nm i3 = 4 200 N0 i3 = 5 000 Si =15 000 - 5 oool+ (s 300 - 5 0001 + 4 200 - 5 0001 = O + 300 + 800 = 1 100 L'exemple cité illustre parfaitement que l'on peut obtenir une information meme dans le cas où la valeur réelle de mesure est nulle sur un axe de détection. Si le seuil programmé est de 1099, on obtiendra une information de verrouillage qui condamnera la porte 7 du sas 4. REVENDICATIONS 1) Dispositif de détection d'objets métalliques présentant des propriétés ferromagnétiques, diamagnétiques ou com postes, tels que des armes à feu, à l'interieur d'un espace de détection donné (9), et qui comprend des solé soldes plats (5,6) comportant chacun plusieurs spires (6) de fil, caractérisé -"en ce qu'il comprend au moins un coapteur. (1,2,3j disposé suivant un axe de détection (10,11,12) traversant l'espace de détection (9) relié électriquement en série et situés de part et d'autre de l'espace de détection dans des plans paralleles, le ou les capteurs (1,2,3) constituant la self d'au moins un oscillateur (16) à fréquence variable en fonction des propriétés magnétiques des objets à détecter et étant associés à des moyens de mesure (24,15,26,27) d la va riation de la fréquence ou de la période du signal de l'oscillateur (16), le dispositif comprenant de plus des moyens de comparaison (29) des variations du signal de l'oscillateur (16) à au moins un seuil prédéterminé (28) délivre un signal de détection en cas de "dépassement". 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que deux bords (15) parallèles de chacun des deux solé notes plats d'un couple (1,2,3) au moins sont repliés dans des plans de préférence perpendiculaires aux deux plans parallèles dans lesquels sont situés les deux so lénoides plats. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé en ce qu'il comprend trois capteurs (1,2,3) dis posés suivant trois axes de détection (10,11,123 per pendiculaires deux à deux, les six solénoldes plats des trois couples étant essentiellement contenus dans les six faces d'un parallélépipède (4) qui délimite l'espa ce de détection (9). 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que, pour chaque capteur (1,2,3) le couple de solênoides plats reliés en série constitue une self (30,31,32) accordée par un condensateur de va leur constante (33,34,35) afin de former un circuit oscillant. 5) Dispositif selon la revendication 4, telle que rattachée à la revendication 3, caractérisé en ce que le conden sateur (33,34,35) accorde chaque circuit oscillant de sorte.que la fréquence. d'oscillation de chaque capteur (1,2,3) en l'absence d'objet à détecter est sensiblement identique. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend trois relais (36a37,38) de commuta tion des axes de détection (10,11,1.2) les relais comm-u- tant les circuits oscillants dans la.partie haute impé dance d'un amplificateur (17) monté en inverseur de phase. 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, carac térisé en ce qu'il comprend un périodemètre électronique mesurant la période du signal de l'oscillateur (16) et comportant - Un circuit de mise en forme (17) qui transforme le si gnal de l'oscillateur de mesure (16). en créneaux (18) - de durée variable suivant la fréquence de cet oscilla teur. - Un oscillateur de référence (19) de très haute stabili té piloté par quartz (20). - Une porte (22) qui, en fonction de la durée du créneau (18) déterminé par l'oscillateur de mesure (16), déli vre un nombre d'impulsions (23) engendrées par l'oscil lateur de référence (19). Ce nombre d'impulsions étant variable suivant la durée du créneau (18), donc de la fréquence de l'oscillateur de mesure (16). - 'un séquenceur (25) qui délivre un signal de remise à zéro et de départ de comptage. - Un circuit de comptage (24) qui compte le nombre d'im pulsions (23) engendrées par l'oscillateur de référen ce (19) pendant la durée d'au moins un créneau (18) dont la duree dépend de la fréquence de lJoscillateur de mesure (16). - Une mémoire (26) qui mémorise le nombre d'impulsions (23). - Un soustracteur (27) donnant la valeur absolue de la différence entre le comptage mémorisé sans objet à détecter et un second comptage pour connaître la pré sence d'un objet à détecter. - Un seuil programmable (28) et - Un comparateur (29) qui délivre une information s'il y a dépassement du seuil par le signal de sortie du soustracteur (27). 8) Procédé de détection d'objets métalliques présentant des propriétés ferromagnétiques, diamagnétiques ou composi tes, à l'intérieur d'un espace donné (9) à l'aide d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 précé dentes, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer une première mesure en l'absence d'objet métallique dans l'espace de détection (9) et à mémoriser (26) le résul tat obtenu, puis à effectuer une seconde mesure en pré- sence d'au moins un objet métallique dans l'espace de détection (9) et à comparer (29) la différence en valeur absolue entre la valeur mémorisée et le résultat de la seconde mesure à un seuil de référence (28). 9) Procédé de détection selon la revendication 8, à l'aide d'un dispositif comprenant trois capteurs (1,2f3) dis posés selon trois axes de détection (10,11512) perpen diculaires deux à deux, caractérisé en ce qu'il consis te à transformer (27) la valeur réelle de l-a mesure de la variation du signal de l'oscillateur (16) > selon cha que axe de détection (10,11,12) en valeur absolue., et à ajouter-les valeurs absolues des mesures sur les trois axes de détection afin d'obtenir un résultat s-uffisam ment important qui, comparé à un seuil programmable (28) donne un signal de détection en cas de dépassement du seuil. 1O)Sas d'accès de locaux à protéger contre les agressions à main armée, comprenant au moins une porte (7,8) suscep tible d'être verrouillée, caractérisée en ce que les ma tériaux utilisés pour la structure du sas (4) sont choi sis parmi les matériaux n'ayant aucune propriété magnéti que et en ce que le sas (4) est équipé d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 précédentes comman dant l'interdiction de l'ouverture d'au moins une porte (7) du sas (4) lorsque la présence, dans l'espace de détection (9) délimite à l'intérieur du sas (4), d'un objet métallique présentant des propriétés ferromagnéti ques, diamagnétiques ou composites, tel qu'une arme à feu, correspond à une somme, selon les différents axes de dé tection (10,11,12), des valeurs absolues des variations des signaux de l'oscillateur (16) qui est supérieur à au moins un seuil prédéterminé (28)