Brevet FR2564981A1 — publié le 19851129

Procédé de détection d'objets métalliques, dispositif de mise en oeuvre du procédé et application du ti au tri de pièces dé monnaie La présente invention concerne un procédé de dé tection d'objets métalliques, un dispositif de mise en oeuvre du procédé et l'application d ce dispositif au tri de pièces de monnaie. I1 est connu de détecter des objets métalliques, par exemple des armes, en détectant la modification de signal se présentant aux bornes d'un circuit secondaire d'une bobine lors du passage entre deux bobinages de cette arme. Toutefois ces détecteurs ne permettent pas d'identifier avec certitude et de distinguer des armes différentes entre elles, car les dispositifs ci-dessus ne présentent pas une sensibilité suffisante. Par ailleurs, dans les applications de tri de pièces de monnaie, il est connu de trier les pièces en alliage ferreux par aimantation. On sait également trier différentes pièces présentant différents alliages par des systèmes de pesage et par leurs caractéristiques dimensionnelles. Malgré cela, on ne connaît pas, de nos jours, un dispositif qui soit sulfisamment précis et sensible pour permettre de distinguer des différences dans les alliages de pièces fausses, ou également des différences d'écrouissage résultant de la frappe et faisant ressortir une différence entre la frappe par l'Hôtel des Monnaies et la frappe par des faux monnayeurs. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précédents et de réaliser un détecteur d'objets métalliques suffisamment sensible de façon à permettre ssn utilisation dans les applications telles que le tri de pièces e monnaie en alliage non ferreux, ce détec teur mettant en oeuvre un procédé de détection qui permet d'augmenter la sensibilité de l'appareil. Un premier but de l'invention consiste en l'utilisation d'un procédé de détection fonctionnant selon le principe de la double pesée. Un deuxième but de 17 invention consiste à utiliser un- procédé améliorant la sensibilité de la mesure gracie à l'utilisation du principe de sous-échantillonnage. Un troisième but de l'invention est la réalisation d'un dispositif de-mise en oeuvre du procédé. Un quatrième but de l'invention est l'application du dispositif de mise en oeuvre du procédé à la sélection et au tri de pièces de monnaie. Selon le premier but, le procédé de détection d'objets métalliques que l'on fait passer à vitesse constante dans un cheminement soumis à un champ électromagnétique alternatif de période fixe crée par un. premier bobinage en mesurant au moyen d'un second bobinage les modifications induites5 comprend une etape de détermination de première; earactéristiques éleetriQues du circuit en l'absence d'objets métalliques . une étape de détermination de secondes caractéristiques électriques du circuit en présence d'un objet métallique, où l'on utilise les premières caractéristiques pour calculer l'impédance vue aux bornes du second bobinage, ou bobinage secondaire; . une étape de comparaison de l'impédance ainsi déterminée avec une valeur étalon préalablement enregistrée. Selon une autre caractéristique, le procédé comprend en outre une étape d'elimination des objets ne correspondant pas aux valeurs étalons enregistrées. Selon le deuxième but de l'invention, le procédé est caractérisé en ce que la détermination des caractéristiques est faite par mesure et par échantillonnage de la tension aux bornes d'un circuit branché aux bornes du second bobinage, et en ce que 11 échantillonnage a lieu à des intervalles de temps décalés- les uns des autres d'une valeur correspondant à 1/11- de la période du signal alternatif produisant le champ magnétique, à un nombre entier de périodes près. Selon une autre caractéristique, l'étape de détermination des premières caractéristiques du procédé comprend une première mesure de la tension à vide Vo effectuée en l'absence de l'objet, une deuxième mesure de la tension aux bornes d'un circuit constitué du bobinage secondaire et d'une résistance de valeur connue, effectuée en l'absence de l'objet et permettant de calculer l'impédance à vide du circuit électromagnétique vue du bobinage secondaire. Selon une autre caractéristique, l'étape de dé termination des caractéristiques en présence de l'objet métallique comprend le prélèvement, à des instants d'échantillonnage déterminés, de la tension alternative aux bornes d'un filtre passe-bas branché aux bornes du bobinage secondaire, suivi d'une étape de calcul du module et de la phase de la tension prélevée, et d'une etape de détermination par un dernier calcul, de l'impédance représentative du circuit branché au secondaire en présence de l'objet à détecter. Le troisième but est atteint par le fait que le dispositif de mise en oeuvre du procédé comprend - des moyens d'alimenter une premiere bobine par une tension alternatIve de fréquence fixe - un moyen constituant un cheminement-des objets à détecter à 1'intérieur de la première bobine et d'une deuxième bobine concentrique formant secondaire;; des moyens permettant e commander la mise en parallèle aux bornes ie la bibine secondaire, d'une résistance étalon - des moyens permettant de prélever, à des intervalles de temps prédéterminés par rapport à la période du signal d'alimentation de la bobine primaire et décalés d'un quart de période à un nombre entier n de périodes près, la tension aux bornes de la bobine secondaire - des moyens de détecter la présence d'un objet ; - des moyens de calcul et de commande. Selon une autre caractéristique, les moyens de calcul et de commande du dispositif sont constitués par un microprocesseur assurant le déroulement de la séquence du procédé et la commande de l'éjection des objets indésirables par des moyens appropriés. Selon une autre caractéristique, le cheminement du dispositif est constitflé d'une goulotte à section en Vé passant dans l'orifice d'un parallélépipède creux de section rectangulaire et d'axe de symétrie parallèle au cheminement. Selon une autre caractéristique, le cheminement du dispositif est incliné par rapport à un plan vertical. Le quatrième but de l'invention est atteint par le fait que les bobines du dispositif appliqué à la sélection de pièces de monnaie ont une longueur suffisante pour permettre aux pinces de monnaie de faire au moins un tour dans l'entrefer de ces bobines. On décrira maintenant plus en détail une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques es5entielles et les avantages, étant entendu toutefois que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative.Sa description est illustrée par les dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 A représente une vue de coté de la glissière amenant les pièces et objets à détecter dans l'espace annulaire du bobinage - la figure 1 B représente une vue suivant la coupe B B de la glissière et des bobines ; - la figure 1 C représente une vue suivant la coupe CC; - la figure 2 représente le schéma électronique du circuit permettant la mise en oeuvre du procédé de détection et de tri des objets métalliques ;; - la figure 3 représente le schéma équivalent au circuit branché aux bornes du bobinage secondaire et permettant la détermination des grandeurs caractéristiques des objets à détecter - la figure 4 est un diagramme des temps représentant le signal Va prélevé a1a circuit secondaire et les instants d'échantillonnage de ce signal. La goulotte 1 à section en en Vé guide les pièces ou objets métalliques à détecter 2 le long d'un cheminement qui se trouve inciiné par rapport a un plan horizontal (cf. figure 1 A) et incliné par rapport à un plan vertical (cf. figure 1 B). Cette goulotte ou glissière 1 passe dans l'orifice central d'un anneau constitué par les bobines secondaire et primaire, qui sont enroulées de faucon coneentrique par rapport à cette glissière et l'orifice 30 de l'ensemble des deux bobines , La bobine primaire se trouve à l'extérieur tandis que la bobine secondaire 320 est la plus proche de l'orifice central 30. Ces bobines 310 et 320 ont une longueur suffisante pour permettre aux pièces ou objets à détecter de faire au moins un tour sur eux-mêmes pour traverser l'orifice central défini par ees bobines. Un peu plus bas, disposé dans le prolongement de la glissière 1, se trouve un éjecteur 4), à commande par électroaimant (cf. figure 1 C), qui permet d'éjecter les pièces refusées ou les objets indésirables. Un contact 5, disposé au début de la glissière, permet de déceler la présence d'un objet à controler. Ce contact 5, ou détecteur de présence peut également etre réalisé par une cellule pilotoélecsique, ou par tout autre dispositif permettant de s1assurer de la présence d'un objet et d'enclencher le procédé de détection et la aise en route du dispositif. Pendant le temps de trajet permettant à la pièce de se déplacer du pont T1, au point T2, le dispositif va faire les mesures initiales permettant de déterminer les premières caractéristiques. Pendant le temps de trajet de la pièce pour aller du point T2 au point T3 le dispositif effectuera les mesures des caractéristiques de la pièce. Pendant le temps de trajet de la pièce pour aller de T3 à T4 le dispositif effectuera le calcul de l'impédance vue de la bobine secondaire. Les fils 31 constituent les fiis d'alimentation de la bobine primaire tandis que les fils 32 constituent les fils aux bornes desquels sont branchés les circuits de mesure et de détection. La figure 2 représente le schéma du circuit de mesure et de détection ainsi que du circuit d'alimentation du bobinage primaire. La bobine primaire 310 est parcourue par un courant alternatif de fréquence élevée qui est fourni au travers d'un condensateur C2 t2 à la bobine primaire 310. L'ensemble condensateur-bobine primaire est accordé sur la fréquence de travail, ce qui permet d'alimenter l'ensemble avec une faible tension, compatible avec l'emploi des circuits à semiconducteur, tout en induisant un champ électromagnétique suffisant pour éviter les perturbations dues aux champs parasites. Le courant alternatif est fourni par un amplificateur de pu-issance 311 branché, à la sortie d'un filtre passe-bas 312, lequel reçoit le signal de sortie d'un diviseur de fréquence 313 qui divise la fréquence par 4N.Ce diviseur de fréquence 313 reçoit un signal alternatif de fréquence 4Nfo fourni par la sortie d'un oscillateur 314, aux bornes duquel est branché, en parallèle, un quartz 315. Le signal de fréquence 4Nfo est également envoyé sur un diviseur 321 qui divise la fréquence par N(4n + 1). La sortie Au diviseur 321 sert à commander un commutateur statique 322 qui joue le rôle d'échantillonneur, cet échantilonneur étant commandé tous les instants nT + N et n sont es nombres entiers. Le commutateur statique 322, , pe-^ être constitue' par un trarostor dont la base est commandée par le signal fourni par 'e diviseur 321. Un relais d'étalonnage 324 permet de relier sélectivement une résistance étalonnée R1 en parallèle aux bornes du bobinage secondaire 320, suivant la commande qui est appliquée à la base d'un transistor 325 qui permet l'alimentation ou la non-alimentation de la bobine du relais 324. Un circuit constituant un filtre passe-bas et formé par une résistance et une capacité C, est branché en série aux bornes du circuit constitue par la bobine secondaire 320 et la résistance ni en parallèle. Le commutateur statique 322 est branché au point commun de la résistance R et de la capacité C constituant le filtre passe-bas. Entre la borne de sortie du commutateur statique 322 et la masse est branchée une capacité C1, constituant un élément de mémorisation du signal pendant les durées des conversions et des calculs. Par ailleurs, la sortie du commutateur statique 322 est branchée à un convertisseur analogique/numérique dont la sortie alimente un calculateur séquenceur 6, constitué par un microprocesseur dont une dos sorties 61 assure la commande de la base du transistor 325, tandis que l'autre sortie 52 assure la commande de la base d'un transistor 41 qui, lorsque celle-ci est polarisée correctement, assure le passage du courant dans la bobine 40 commandant l'éjecteur 4 de la figure t A L'entrée 60 du processeur du calculateur séquenceur 6 reçoit le signal émis par le détecteur de présence 5 lorsque celui-ci détecte le passage d'un objet à trier. De façon connue, les deuxièmes bornes des bobinages de la bobine 40 de l'éjecteur et du relais 324 sont branchées pour alimentation par une tension d'alimentation +7.Il en est. de eme pour le processeur séquenceur 5, qui est constitué par un mieroprocesseur et ses annexe, c'est-à-dire les mémoires permettant lestockage de programmes qui permettent le traitement des informations reçues à l'entrée 63 et à l'entrée 60 ainsi que les commandes des sorties 61 et 62. Le dispositif fonctionne de la manière suivante, Dès que le passage d'un objet 2 est détecté par le détecteur de présence 5, le microprocesseur 6 valide la mesure présente à son entrée 63, qui constitue la mesure de la tension aux bornes de la bobine secondaire 320 en l'absence d'un objet se déplaçant dans l'orifice 30. Cette entrée d'information se produit pratiquement à l'instant T1, ou peu après.Pendant l'intervalle de temps séparant T1 de T2, le programme du microprocesseur commande l'envoi sur la sortie 61 d'un niveau t qui polarise le transistor 325 de façon à le faire conduire et à faire circuler le eourant dans la bobine du relais 321, Ceci a pour résultat de fermer le contact 4u relais St de brancher, en parallèle aux bornes de la bobine secondaire, une résistance R1 de valeur étalonnée.Cette modification du circuit va permettre à l'instant d'échantillonnage suivant, de fournir à l'entrée 63 du microprocesseur une deuxième tension V'A qui permettra, au moyen du calcul que l'on explicitera ci-apres, de déterminer l'impédance Zo du circuit vue du secondaire lorsque l'objet ne se trouve pas dans le cheminement de l'orifice 30. Ensuite, pendant que la pièce parcourt linter- valle de T2 à T3 correspondant au cheminement à travers l'orifice 30, le circuit électronique va faire au moins quatre prélèvements d'échantillons de la tension aux bornes du circuit branché aux bornes de la bobine secondaire, de façon à déterminer la tension maximale et la phase du signal prélevé et à permettre par la suite au calculateur, de déterminer l'impédance du circuit vu du secondaire lorsque la pièce est présente. Le calcul de l'impédance Zp du circuit vue du secondaire s'effectue pendant l'intervalle de temps de T3 à Th. Pendant l'intervalle de temps de T2 à T3, le dispositif effectue au .; no le prélèvement de quatre échantillons comme représenté à la figure 4, chacun des échantillons étant décalé d'un quart de période, par rapport au précédent, à n période près, et ces échantillons étant groupés deux par deu de la façon suivante afin de supprimer les harmoniques du second ordre. Pour ce faire, on retranche le troisième échantillon du premier et le quatrième échantillon du second. On obtient donc 2 V (13) = V1 - V3 et 2 V (24) = V2 - V4 où : V (13) = VM sin # , VM étant la tension maxiamle et le déphasage du signal, et V (24) = VM sin ( # +# ) 2 ou encore V (13) = VM sin V (24) = VM cos ce qui permet de déterminer V( 13) et # = Arc sin VM connaissant l'extrémum de tension VM. Par la suite, ie calcul détermine l'impédance vue du secondaire en présence de l'objet -2 détecter, et ceci en utilisant le schéma équivalent au circuit représenté à la figure 3, comme on l'expliquera ci-dessous. Une fois cette impédance calculée, on compare sa valeur avec une valeur stockée en mémoire et représentant les valeurs que doivent avoir les objets qui doivent etre conservés Dans le cas ou cette valeur ne correspond pas à la signature voulue de la piece, le microprocesseur envoie à la sortie 2 un signal de valeur A, ce qui met le transistor 41 en conduction et alimente ainsi la bobine 40 de l'éjecteur 4, qui éjecte l'objet non désirable. La figure 3 représente le circuit équivalent branché à l'entrée du commutateur statique 322 et fournissant un signal de tension alternatif VA. Sur ce circuit, l'ensemble des bobines primaire et secondairer en présence ou en l'absence des pièces, est considéré comme équivalent à une source de tension Vo et une impédance Zo en l'absence de pièce et comme une source de tension Vp et une impédance Zp en présence de pièces. La première mesure est effectuée à l'instant T1 et correspond à l'absence de pièce ; à ce moment, la résistance R1 n'est pas branchée au circuit, et par conséquent, la tension VA est reliée à la tension V1 par la relation VA = RVT, exprimée en valeurs complexes, R étant une constante déterminée par les valeurs R et C et V1 = Vo - Zo . 10. Or, la première mesure étant effectuée sans pièces 10 = o, ce qui entraîne que Vo = V10 et, par conséquent, VA = k V10. Dans l'intervalle de temps de T1 à T2, le séquen ceur 6 branchant la résistance R1. on a Y'i = k VU avec avec : Vil - Ri Io et v-o - v--o+RA Connaissant VîO, que l'on a mesuré précédemment par 7h et RI, le calculateur détermine Zo. Ensuite, pendant les instants T2 à T3, le calculateur effectue les quatre échantillonnages mentionnés précédemment et le calcul de l'extrémum de tension que l'on appellera VPM, Connaissant VPM et sachant que dans la troisième mesure le relais 324 est relâché et, par conséquent, la résistance R1 n'est pas branchée en parallèle aux bornes de la bobine secondaire 320, on en déduit: VPM = k (VîP), et en utilisant le schéma équivalent V1P = Zp # Ip = Vo - Zo # Ip, soit encore : Vo - V1p = Zp/Zo. V1p. Par conséquent les caractéristiques de la pièce sont données par l'impédance vue aux bornes du secondaire: Zp = Zo Vo - V1p ou encore VPM Zp = Zo k Vo - VPM Par conséquent, Vo étant connu par V1 de la première mesure, VPM étant connu par la troisième mesure et v-c ayant été déterminé, le calculateur peut ainsi déterminer Zp et connaître ses deux composantes résistive et réactive. En comparant les valeurs ainsi obtenues par calcul et mesure, à une valeur enregistrée en mémoire, le calculateur pourra déterminer si l'objet détecté doit être conservé ou éjecté.On comprend très bien que la longueur du bobinage doit être suffisante pour permettre, d'une part quatre échantillonnages pendant la traversée, le passage de la pièce dans l'orifice du bobinage et, d'autre part pour permettre également d'avoir la certitude que la pièce a effectué un tour complet pendant ce trajet. Par sa double pesée et par sa méthode d'échantillonnage et de combinaison des valeurs échantillonnées, qui permet d'éliminer les harmoniques de fréquence double, le procédé décrit permet de détecter les objets avec une précision suffisante pour permettre de déceler des différences dans l'estampage (ou la frappe) des pièces de monnaie, et permettre ainsi la différenciation entre les pièces de monnaie fabriquées par les organismes officiels et les pièces de monnaie fabriquées par des faux monnayeurs. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou a les détails mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées a la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection 'objets métalliques que l'on fait se déplacer à vitesse constante dans un cheminement soumis a un champ électromagnétique alter- natif de période fixe créé par un premier bobinage en mesurant aux bornes d'un second bobinage les modifications induites, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination de premières caractéristiques électriques (Zo Và) du circuit en l'absence d'objet métallique, une étape de détermination de secondes caractéristiques électriques du circuit (VPM # ) en présence d'un objet métallique ou l'on utilise les premières caractéristiques (Zo VA) pour calculer 11 impédance (Zp) vue aux bornes de la bobine secondaire, une étape de comparaison de 11 impédance déterminée par les calculs a partir des mesures avec une valeur étalon enregistrée dans des moyens de comparaison (6). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une étape d'élimination des objets ne correspondant pas aux valeurs étalon enregistrées 3. Procédé selon la revendication e ou 2, caractérisé en ce que la détermination des caracténistiques est faite par mesure par échantillonnage de la tension aux bornes d'un circuit branché aux bornes du second bobinage (320) et que l'échantillonnage a lieu à des intervalles de temps décalés les uns des autres d'une valeur correspondant à un quart de période, à un nombre entier de périodes près. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détermination des premières caractéristiques (Zo 7A) comprend une première esure de la tension à vide (Vo) effectuée en l'abserce de l'objet une deuxième mesure de la tension aux bornes d'un circuit constitué du bobinage secondaire (320) et d'une résistance étalonnée (R1) de valeur connue, effectuée en l'absence de l'objet et permettant de calculer l'impédance à vide (Zo) du circuit magnétique vue du secondaire. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détermination des caractéristiques en presence de l'objet comprend : - le prélèvement à des instants d'echantil- lonnage déterminés de la tension alternative aux bornes d'un filtre passe-bas branché aux bornes du bobinage secondaire; - suivi -d'une etape de calcul du module et de la phase de la tension prélevée; - et une étape de détermination par un dernier calcul de l'impédance (Zp) représentatif du circuit branché au secondaire en présence de l'objet à détecter. 6. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend -: - des moyens (314, 315, 313, 312, 311) d'alimenter une premiere bobine (310) par une tension alternative de fréquence fixe (Fo); - un moyen (1) constituant un cheminement des objets à détecter dans la première bobine (310) et une deuxième bobine (320) formant secondaire; - des moyens (324) permettant de commander la mise en parallèle aux bornes de la bobine secondaire (320), d'une résistance étalon (Ri);; - des moyens (321, 322) permettant de prélever -à des intervalles de temps prédéterminés par rapport à la période du signal d'alimentation de la bobine primaire et décalés d'un quart se période, à un nombre entier de périodes près, la tension aux bornes d'un filtre passe-bas RC branché aux bornes de la bobine secondaire (320); - des moyens (5) de détecter la présence d'un objet; - des moyens de calcul et de commande. 7. Dispositif selon la revendication 79 caractérisé en ce que les moyens de calcul et de commande sont constitues par un microprocesseur assurant le déroulement de la séquence du procédé et la commande de l'éjection par des moyens (41, 44) des objets indésirables. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, carac- térise en ce que le cheminement (1) est constitué d'une goulotte passant dans l'orifice (30) d'un parallélèpipède creux de section rectangulaire constitué par les deu bobines (310, 320) concentriques t enroulées suivant une section rectangulaire et d'axe de symétrie parallèle au cheminement (1). Q. Dispcsitiv selon la revendication 6 ou 8, carac- térise en ce que le cheminement (1) est incline par rapport a' un plan horizontal et par rapport à un plan vertical. 10. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 a' 8 à la sélection des pièces de monnaie, caractérisée en ce que ses bobines (310, 320) ont une iongueur suffisante permettant pièces de monnaie de faire au moins un tour dans l'entrefer des bobines et au dispositif d'échantillonnage de prélever au moins quatre échantillons.