Brevet FR2547659A1 — publié le 19841221

La présente invention concerne les détecteurs de métaux et de matériaux conducteurs de l'électricité, utilisant les ondes électromagnétiques, à émetteur et récepteur groupés d'un même coté de l'objet à détecter. Les dispositifs connus de ce genre présentent l'inconvénient de ne pas indiquer la distance et la masse de l'objet. En effet, ils utilisent l'effet de couplage entre un systeme de bobines souvent coplanaire et l'objet. Ce couplage s'atténue tres vite avec la distance séparant ces bobines et l'objet. Ces dispositions sont mal adaptées a la détection d'objets éloignés car l'influence des objets proches est prépondérante. Le dispositif selon l'invention solutionne la détection à grande distance. En effet, il comporte une association de bobines et de moyens de calculs numériques résolvant ltensemble des problèmes posés par la détecfion à grande distance Le dispositif selon l'invention comporte quatre bobines de fil conducteur concentrigues,de forme circulaires ou rectangulairess coaxiales et disposées géométriquement selon la figure i, prise à titre dtexemple non limitatif, et qui représente une coupe selon un plan de symétrie perpendiculaire aux plans des bobines. Selon l'invention, les bobines (1) et (2) appelées bobines de champ sont coplanaires et supportées par le bati (5) La figure (1) représente un détecteur utilisant des bobines circulaires, concentriques, dçaxe ZZ. De part et d'autre du plan de symétrie des deux premieres bobines passant par elles, deux bobines ( 3)et(4), appelées bobines de mesure. S sont par construction, placées à une distance identique du plan de symétrie ci-dessus et coaxiales des premières. Elles sont liées au bati (5) par les pièces ( 6)et(7) qui, comme le bati (5), et ltensemble de la constructionsont réa lisésenmatériau non conducteur de l'électricité, telles que matière therno- plastiques ou thermo durcissables, renforcées ou allégées, bois, et plus généralement tout matériau stable non conducteur. les bobines, le bati et les pièces ( 6)et(7) utilisent des moyens de réalisations mécaniques connus. La figure(2)représente, selon l';avention le dispositif de détection dans son ensemble. Un calculateur numérique (8) utilisant la technique des microprocesseurs délivre un signal numérique qui, décodé par deux convertisseurs digital-analogiques(9)et(1O) fournit deux tensions oscillatoires sinusoï- dales de fréquence fixe Par programme, cette fréquence peut alternativement prendre deux valeurs fO et f Ces tensions alimentent les bobines (1)et(2) par l'intermédiaire des amplificateurs de puissance ( 11)et(12), lcs faisant parcourir par deux courants sinusoidaux I1 et 2 de même phase ou dephases opposées telles qu'un choix judicieuse du rapport des amplitudes des tensions sinusoidales ci-dessus annule l'induction électromagnétique en un point détermine de l'axe général ZZ' de révolution de l'ensemble des bobines repéré figure(1) Par programme, le rapport des amplitudes des tensions ci-dessus varie constamment et de façon alternative et répétitive. L'induction magné- tique s'annule ainsi en des points de l'axe zz' variables dans le temps Ces points sont déterminés par ledit rapport. A titre d'exemple et pour mieux faire comprendre ce qui vivent d'être exprimé, la figure(3)représente les variations de l'induction selon l'axe pour deux bobines concentriques circulaires, l'une de 60 cm de diamètre l'autre de 80 cm de diamètre, parcourues respectivement par des courants I1 et I2 tels que les rapports N1I1 / N2I2 , N1 et N2 étant les nombres de tours de fils,soient graux h :1 pour la courbe(21) - 0,9 pour la courbe(22) -1 pour la courbe (23) et - 1,25 pour la courbe (24). L'abscisse du graphique est graduée en mètres , l'ordonnée est proportionnelle a l'induction éle@tromagnétique. Les deux bobines (3)et(4) dites bobines de mesure, sont réunies,fig(2) à l'entrée de deux amplificateurs ( 13)et(14) suivis de deux convertisseurs analogiques digitaux (15) et (16) fournissant ainsi une mesure de la valeur de l'induction les traversant. Ces derniers délivrent leurs données numériques à l'unité centrale du calculateur (8) qui après avoir effectué un filtrage numérique calcule la différence de tension entre les deux bobines de mesure ( 3) et (4) fournissant ainsi une mesure de la différence de flux d'induction parcourant cas bobines (33 et (4). Cette différence est dùe: soit à une erreur de positionnement des bobines par rapport respectivement au plan de symétrie défini précédemment et à l'axe ZZ',cette erreur est compensée par l'étalonnage automatique effectué au début de mesure, par l'intermédiaire deune pression manuelle sur un bouton poussoir d'étalonnage (17), qui mémorise le décalage initial cidessus, soit au rayonnement électromagnétique d'un ou plusieurs objets conducteurs (18) et (19) situés à des distances différentes sur l'axe ZZ' et placés dans l'induction des bobines. Cette émission varie en fonction de l'inverse du cube de la distance séparant l'objet des bobines de mesure, et le processeur calcule donc la distance dudit objet, le rapport connu k des signaux reçus par les deux bobines étant égal à: k = ( z - d ( z + d ) 3 z : étant la distance séparant l'objet du plan de symétrie des bobines (1) et (2) passant par elles et comptée sur l'axe Z, d : étant la distance séparant chaque bobine (3) ou (4) dudit plan de symé trie. Selon l'invention, l'induction émise s'annule en des points de l'axe ZZ', qui parcourent dans le temps tout le champ de mesure. Ainsi la mesure de la distance d'objets éloignés n'est pas compromise par la présence d'objets proches, même petits dont le rayonnement est annulé a un instant donné lorsque le champ inducteur est lui même nul. Selon l'invention, une commutation de fréquence automatique générée par le calculateur fournit un moyen de distingue les métaux ferromagné- tiques des métaux simplement conducteurs, et entre métaux ferromagnétiques massifs et métaux ferromagnétiques en feuilles ou fils. En effet, pour des inductions de fréquence très basse, les maté- riaux ferronagnétiques réemettent un signal de même phase que le signal incident. A des fréquences plus élevées, ce phénomène s'inverse. Les amplitudes de l'un et l'autre dépendent du rapport des dimensions de l'objet. Selon l'invention, le contrôle constant des amplitudes des champs inducteurs fournit un moyen supplémentaire d'évaluation de la masse de l'objet, cette évaluation dépendant de l'induction électromagnétique parcourant ce dernier, tous phénomènes physiques connus et calculés par le processeur. Un dispositif a affichage digital (20) complète l'ensemble et fourni@ à l'utilisateur la distance, la masse du métal, son type @ ferromagnétique ou conducteur, et la géométrie approximative de l'objet ferromagnétique. A titre d'exemple non limitatif la figure (4) représente un détecteur portable comportant les éîéments décrits précédemment. Les bobines (1),(2),(3) et (4) protégées par un capotage(25) sont réunies par l'intermédiaire d'une canne.creuse(26) servant de gaine de protection des grils au bloc de traitement(27) comportant le calculateur, les convertisseurs numériques analogiques et analogiques numériques, les amplificateurs , la source d'énergie électrique(28) et l'indicateur de visualisation alpha numérique (29). REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de la profondeur et de la masse d'objets métalliques caractérisé par le fait qu'il comporte deux bobines-d'émission et deux bobines de réception d'induction électromagnétique concentriques. 2. Appareil de mesure de la profondeur et de la masse d'objets métalliques caractérisé par le fait qu'il comporte deux bobines d'émission selon revendication (I) , coplanaires et de dimensions différentes parcourues par des courants alternatifs sinusoîdaux de fréquence imposée, d'amplitudes relatives variables de même phase ou de phase opposee. 3. Appareil de mesure de la profondeur et de la masse d'objets métalliques caractérisé par le fait qu'il comporte deux bobines de détection géométriquement identiques et disposées de part et d'autre et a même distance du plan de symétrie comprenant les bobines d'émission. 4. Appareil de mesure de la profondeur et de la masse d'objets métalliques caractérisé par le fait qu'il comporte un calculateur numérique et deux convertisseurs numériques analogiques générant par l'intermédiaire de deux amplificateurs de puissance les deux courants sinusoïdaux alimentant les bobines démission selon revendication (2). 5. Appareil de mesure de la profondeur et de la masse d'objets métalliques caractérisé par le fait quota comporte deux convertisseurs analogiques numériques associés au calculateur selon revendication (4), et reliés aux deux bobines de détection selon revendication (3), par l'inter- médiairede deux amplificateurs. 6. Appareil de mesure de de la profondeur et de la masse d'objets métalliques caractérisé par le fait que selon les revendications (1), (2), (3),(4) et (5), il comporte un calculateur numérique déterminant la distance des objets et leur masse, en supprimant l'influence parasite des objets proches. 7. Appareil de mesure de la profondeur et de la masse d'objets métalliques caractérisé par le fait qu'il est doté d'un permutateur de fré quences de travail et qu'il indique la nature du métal détecté et la forme générale des métaux ferromagnétiques. 8. Appareil de mesure de la profondeur et de la masse d'objets métalliques caractérisé par le fait qu'il comporte un affichage digital des distances, masses, matieres et forme. 9. Appareil de mesure de la profondeur et de la masse d'objets métalliques selon revendications (4) > (5) (6) et (7) caractérisé par le fait qu'il ne comporte qu'une seule unité centrale de calcul.