Brevet FR2569027A1 — publié le 19860214

PROCEDE DE DETECTION PERTrnETRIQuE A INFRASONS TRAITEMENT DES INfRASONS, La présente invention a pour objet d'âccroître les performances et la fiabilité des dispositifs utilisent les infrasons,et en p-rticulier des applications du brevet n 8204464 du 12/03/82. L'invention décrite dans ce orevet est un cafteur passif, qui n'utilise pas la résonance mécanique d'une de ses pSr- ties. Les applications qui en ont été faites répondent donc à la structure du schéma de fonctionnement de la figure 1 - Le capteur 1 convertit les infrasons incidents en un signal dlectrique appliqué à l'amplificateur 2, muni d'un réglage de sensibilité 3 ; - Ces tensions sont ensuite transmises, à travers le filtre de bande 4, à un étage de détection et filtrage 5 ; - Le signal ainsi transformé est Appliqué au module de traitement 6, qui dffectue une comparaison à la référence 7,avent d'ectionner la logique permettant l'utilisation 8. Ces premières applictions concernaient donc une génération d'appareils qui permettaient de révéler la présence, dans un infrason incident, d'une certaine bande de fréquences. Pour son PppliCP- tion de détecteur d'intrusions, cette bande de fréquences est liée à l'ouverture d'une porte, par exemple. Les chronogrammes de la figure 2 montrent le fonctionnement du dispositif: - Figure 2A: (1) représente l'infr-son reçu par le capteur lors d'une ouverture de porte typique. (2) est le spectre en fré- quences du même signal. (3) est la partie du spectre pris en compte par le filtre de bande. - Figure 28: (1),(2) et (3) représentent la réponse du système à un parasite extérieur (par exemple, vibration mécanique due au passage d'un poids lourd. On voit que le système de 1P fig. 1, bien que simple,(filtra- ge unique d'une bande de fréquences représentative), permet la dé- tection d'ouvertures tout en rejetant la majorité des parasites infrasonores, (ceux-ci ne comportant pas les fréquences caractéristi quels recherchées). Les appareils conçus d'après ce principe sont donc d'un faible prix ds revient, et fonctionnent correctement dans la limite des applications prévues par le constructeur. Cette limite est illustrée par la fig. 2C : Le systeme est sensible aux signaux parasites incluant les bandes de fréquences recherchées, et, d'une minière générale , aux signaux se rPpprochant d'un bruit "bl?nc" pour les fréquences concernées . Le cs est celui par exem-pîe,des infrasons émis par des raffales de vent agissant sur les Sérbtions d'un appartement, ou si celui-ci ne possède pas 1' étanchéité suffisante. Pour palier à cet inconvénient, il convient dbbtenir une meilleure caractérisation du spectre incident.A cet effet, il est donné à titre d'exemple non limitatif un mode de ré-lis?tion analogique étudiée pPr l'inventeur, et représentés par le synoptique de la fig. 3: Les signaux issus du capteur 1 sont amplifiés par 2, muni de son réglage de gain 3. De ce signal ne sont retenues que quatre bandes de fréquences caractéristiques. Les tensions issues de ces filtres 4 sont redressées par 5 et appliquées à l'étage 6 qui permet la mémorisation de leur valeur crête, si la commande E est activée. Dans le cas contraire, cet étage se comporte comme un amplificateur de gain G1,G2,G3 ou G4. Lorsqu'un infrason incident est capté, on retrouve tout ou par- tie-du signal sur les voies A, B, ou C; ce qui provoque le déclenchement de la temporisation 10 (1,5 s. env.), par l'intermédiaire du circuit de démarrage 9. Durant cette temporisation, la commande E est activée, provoquant la mémorisation des valeurs crêtes présentes sur les quatre voies. Le rôle de ces mémoires analogiques est d' annuler les déphasages entre voies, ceci permettant de comparer les différentes composantes spectrales de l'infrason capté. Les étages suivants du synoptique sont adaptés au spectre à reconnaître. Si l'on reprend la réponse spectrale d'une ouverture (fig 2A), les quatre filtres sont positionnés selon la fig. 4 . De plus, appelons S1 le signal issu de la voie A, exprimé en dB. 52 " " B 53 " C C 54 O Le montage doit considérer le spectre comme étant "reconnu" si - (S2-S1) > 10 dB. - (S2-S3) > 15 dB. - S4 non significatif (ici, 54 Les deux comparaisons sont réalisées pPr les circuits 7 et 8, les constantes étant fixées par les geins G1 à G4, et si les trois conditions sont réalisées, l'étage 12 délivrera un signalàl'étage 13. Cet étage n est en fait opérant que pendant la durée du mono- stable 11 (1/10 se env.), lui même déclenché par la retombée de la temporisation 10 , Le résultat des compsreisons, ainsi validé par 13 peut alors actionner la temporisation 14, permettant l'utilisation 15 (comme, par ex. le déclenchement d'une alarme). Les schémas ayant la structure de la figure 3 s'avèrent satis- faisants, mais on observe que l'accroissement des performances est lié eu nombre de voies. Le minimum est de trois pour obtenir un gain appréciable par rapport à la structure de la figure 1. L'inconvénient majeur est donc le complexité du circuit. Les montages d'études réalisés par l'inventeur utilisent cinq à six fois plus de composants, actifs et passifs, que les appareils réalisés selon la figure 1. Les impératifs de fiabilité, complexité et prix de revient conduisent donc à l'utilisation de circuits prédiffusésouhybrides (meilleure adaptation au shéma), de manière à réduire le nombre de composants au niveau de la carte imprimée. L'accroissement de la fiabilité reste cependant lié à la complexité du traitement des signaux, et dans certains cas, à l'élar- gissement du spectre pris en compte, qui peut ainsi déborder des infrasons sur les sons et ultrasons. Une autre approche, étudiée et réalisée par l'inventeur,permet de répondre aux impératifs fixés sans accroître le prix de facon démesurée: le traitement du signal est alors numérique. Les schémas étudiés répondent à la structure de la figure 5. Elle est donnée ici à titre d'exemple non limitàtif, ainsi que les traitements qui lui sont associés. Le système représenté fig. 5 possède une interface d' entrée 1, comportant le capteur 2; celui-ci délivre des signaux infrasonores et sonores au module d'amplification et filtrage 3. Le signal ainsi délimité en fréquences est appliqué au convertisseur analogi- que/digital 4, lequel est relié à la partie numérique 10 par l'in termédiaire du bus de données et de contrôle 12. L'ensemble 10 comprend un microprocesseur 5, sa mémoire programme 6, sa mémoire d'utilisation 7, ainsi qu'une interface depd- rifériques 8, possèdent plusieurs ports d'entrée-sortie. Tous ces sous-ensembles sont interconnectés par les bus d'adresses, données et contrôle 11. L'interface 8 permet la liaison avec la partie analogique 1, ainsi qu'avec l'extérieur, pour utilisation, 9. Lors d'une réalisation commerciale, l'ensemble 10 peut être constitué par un micro-ordinateur monoboîtier intégrant les organes précités. Le premier avantage d'une digitalisation du signal est de pouvoir augmenter considérablement la dynPmique d'entrée du système en réalisant par programme une véritable commande automatique de gain", c'est à dire une normalisation de l'amplitude du signal capté. Cela est quasiment irréalisable de minière analogique sans déforms- tion importante, car les signaux captés sont essentiellement tr=n- sitoires, et leur arrivée aléatoire. Les programmes de traitement étudiés sont de plusieurs sortes: 1- Corrélation directe entre le signal incident, numérique et normalisé, avec une table des signaux représentant les signatures recherchées. Le résultat de ces corrélations est suivi d'un traitement de décision aphte à actionner les sorties d'utilisation. Ce type de traitement occupe le moins de plPce mémoire. 2- Analyse spectrale du signal incident. On utilise de préférence une transformée de Fourier binaire, très rapide, fournissant un spectre de séquences du signal, et ce à chaque nouvelle acquisition. Le critère de décision employé prend an compte le spectre moyen obtenu sur plusieurs secondes, le dernier spectre (quasi instantPnné), ainsi que des références tabulées. A titre indicatif, le système d'étude réalisé selon ce principe comprend un microprocesseur 8 bits fonctionnant à 2 MHz., 2 K. octets de programme environ et 1 K. octets de mémoire vive. La fréquence d'échantillonnage est de 42 Hz., la numérisation se fait sur 8 bits en virgule fixe, et les fréquences prises en compte, infre- sonores, vont de 0,6 à 20 Hz. avec une résolution de 0,6 Hz.La trans- formée utilisée est celle de Hadamard pour plus de rPpidité, et e lieu sur 64 points. 3- Traitement plus complexe: Le signal, comme précédemment,est échantillonné sur une durée suffisante, puis transformé en son spectre de séquences. On peut alors, par soustraction du spectre moyen précédent, obtenir un nouveau spectre instantanné, l-rgement indépendant des perturbations antécédentes et du bruit embi-nt. Un premier critère de décision peut alors être appliqué , de manière à sevoir s'il faut poursuivre ou non le traitement .DPns la négative, on remet à jour le spectre moyen puis on recommencele processus. Dans l'affirmative, on réalise la trsnsformrtian inverse du spectre instantanné extrait du bruit, puis on corrèle le signal obtenu avec la signature typique d'une des perturbations recherchées mises en table. Le résultat de la corrélatIon est ensuite soumis à un estimeteur qui décide de la suite à donner. La fiabilité de ces systèmes est considérablement accrue par rep- port à celle découlant du brevet 82-04464 , et peut encore être améliorée par la prise en compte d'une bande de fréquences élargie au domaine sonore et ultrasonore. Un tel système de détection peut également faire partie d' un ensemble plus complexe. C'est notamment le cas des dispositifs d'alar- mes compacts: Le microprocesseur central peut -lors gérer la cen utilisation des alarmes et une retransmission téléphonique, par ex., tout en traitant les signaux infrasonores, sonores ou ultrasonores. L'interface d'entrée 1 présentée fig. 5 ne comprend qu'un seul capteur. L'inventeur a cependPnt étudié et testé un autre type d'interface multi-capteurs avoir fig. 6). Deux capteurs au moins sont utilisés : par exemple, 1 est utilisé comme capteur extérieur au local protégé, et 2 est le capteur intérieur; le système peut être étendu à d'autres capteurs intérieurs ou extérieurs par les entrées 3. Chaque détecteur comprend un capteur 4; celui-ci déiivre les signaux infrasonores et de fréquences supérieures, qui sont appliqués à l'amplificateur et filtre 5, ce qui permet de sortir à basse impé dance et a compenser la longueur de cible éventuelle. Les tensions issues de chaque capteur rentrent alors dans un multiplexeur analo- gique 7, puis subissent une conversion analogique digitale par 8(les sous-ensembles 7 et 8 peuvent être intégrés dans un même boitier 6). Les données sont trPnsmises comme précédemment par l'intermédiaire des bus de données et contrôle 9 vers le micro-ordinateur. Un tel système trouve son interêt lorsque le local protégé se situe dPns un milieu exterieur fortement parasité et donc si les informations de pression à détecter se trouvent noyés dans le bruit extérieur.(cPs des régions sans cesse perturbées pPr un vent violent) Le traitement numérique des informations se rattachant à un tel système est un peu différent des précédents: Dans le prototype étudié, les informations sont démultiplexées, puis celles du capteur intérieur constamment corrélées avec les signaux issus de l'extérieur. Le résultat de cette corrélation permet d'extraire le signal utile du bruit extérieur, puis d'éffactuer un des traitements vus précédemment (Analyse spectrale et/ou corrélation). Une autre utilisation de l'interface multi-capteurs est la spécialisation de ces mêmes capteurs Il est en effet difficile et coûteux de fpbriquer un capteur susceptible de réagir aussi bien aux infrasons, sons qu'Pux ultrasons. Il est alors plus avantageux d'utiliser un capteur pour les infrasons, un pour les sons et un transducteur pour les ultrasons. Après acqui- sition et normalisation de chaque signal, un des traitements peut ensuite s'appliquer, comme précédemment. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection périmétrique caractérisé par la C?ptS- tion d'informations de pression sur une large bande de fréquences infrasonores, sonores et/ou ultrasonores, associée à un traitement analogique ou numérique utilisant l'analyse spectrale, la corréla- tion et/ou comparaison des signaux 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il utilise des signaux en provenance de plusieurs coapteurs pou vant être de nature identique ou différente (infrasonore , sonore ou ultrasonore), et pouvant également etre situés dans des lieux différents. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par un traitement analogique ou numérique comportPnt une normalisation de l'amplitude des signaux. 4. Procédé de traitement de l'information selon la revendication 1, caractérisé par la transformation des signaux temporels sn leur spectre de fréquences, par transformée de Fourrier, ou en leur spectre de séquences, par transformée binaire. 5. Traitement selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé par l'élaboration d'un spectre moyen à partir des informations précédentes, destiné à extraire l'information utile et nouvelle du dernier spectre obtenu. 6. Traitement selon la revendication t, caractérisé par une corrélation st/ou comparaison entre les signaux temporels, frBquen- tiels ou séquentiels, et ceux, mémorisés ou générés des pertubations recherchées. 7. Treitement selon l'une quelconque des revendications 1, 5 et 6, caractérisé par le fait que le signal temporal est reconstitué par transformation inverse du dernier spectre, après extraction du bruit ou signaux parasites.