Brevet FR2598798A1 — publié le 19871120

BOUSSOLE FAIBLEMENT MAGNETIQUE La présente invention se rapporte aux boussoles qui permettent de repérer une direction par rapport au Nord magnétique tout en perturbant le plus faiblement possible le champ magnétique local à proximité de cette boussole. Il est connu pour déterminer une direction par rapport au Nord magnétique d'utiliser une boussole de type classique comportant un petit aimant monté sur une pointe. Un cadran gradué appelé rose fixé à l'aimant permet de repérer la direction choisie en fonction des graduations qu'il porte. Bien que la perturbation du champ magnétique local apportce par un tel appareil soit faible, elle est néanmoins gênante dans unr certain nombres de cas. C'est ainsi qu'elle est parfaitement capable d'actionner le dispositif de mise à feu d'une mine magnetique. Or les plongeurs sousmarins sont amenés à utiliser de telles boussoles pour 15 se repérer sous la surface des eaux, et ils risquent donc de provoquer accidentellement la mise à feu d'une telle mine magnétique, particulièrement lorsqu'ils sont chargés de procéder aux déminages. On sait par ailleurs utiliser des compas magnétiques terrestres, connus sous le terme anglo-saxon de "flux-gate", qui comprennent une 20 sonde munie d'un noyau saturable situé à l'intérieur d'une bobine d'excitation. Le champ magnétique continu terrestre, superposé au champ d'excitation induit par la bobine, entraîne un déséquilibre dans le courant électrique qui produit ce champ d'excitation. La mesure de ce déséquilibre permet de déterminer l'orientation et la valeur de ce 25 champ continu terrestre. L'invention repose sur la découverte inattendue que la perturbation du champ local créée par un tel magnétomètre est très largement plus faible que celle créée par l'aimant d'une boussole. Si l'on élimine dans la construction de ce magnétomètre tous les 30 matériaux ferro-magnétiques, à part les noyaux des sondes, et que l'on utilise des circuits électriques à faible consommation, on arrive facilement a avoir une perturbation 100 a 1000 fois plus faible que celle produite par un compas magnétique classique comportant un petit aimant. La boussole selon l'invention comprend donc au moins un magné5 tomètre du type "flux-gate" et des circuits électroniques a faible consommation permettant d'alimenter ce magnétomètre et d'allumer, selon les indications qu'il donne, des voyants lumineux indiquant la direction souhaitée. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront 10 clairement dans la description suivante faite en regard des figures annexées qui représentent: - la figure I une vue en coupe d'une boussole selon l'invention; - la figure 2 un schéma des circuits électroniques de cette boussole; - la figure 3 un diagramme des signaux dans ces circuits électroniques - la figure 4 une vue du cadran indicateur formant la rose de ladite boussole. La boussole représentée en coupe partielle sur la figure 1 20 comprend un corps I dont la forme extérieure est assez semblable à celle d'une lampe torche. Une bague mobile 2 est fixée sur la tête de ce corps. Elle peut tourner autour de l'axe longitudinal du corps tout en restant solidaire de celui-ci grâce & une vis 3 venant se loger dans une saignée circulaire 4. Elle entraîne dans sa rotation un ensemble 25 électronique 5 placé dans l'intérieur creux du corps I. Cet ensemble alimente des voyants tels que 6 qui sont visibles par la face supérieure de la bague. Pour cela cette bague est réalisée en matière - - transparente, permettant donc de voir les voyants ainsi que deux roses, l'une supérieure 7 et l'autre latérale 8, qui sont gravees sur le corps 1. 30 Des index non représentés sur la figure I viennent repérer la position de la bague par rapport aux roses. Un pendule 9 dont le lest inférieur hémisphérique est situé dans la cavité interne du corps 1. Le fond de cette cavité est également de forme hémisphérique, de manière a ce que le pendule y coulisse à frottement doux en étant éventuellement amorti par un liquide visqueux. Un joint de cardan 10 permet a ce pendule d'osciller de manière à rester vertical lorsque l'orientation dce l'axe longitudinal 5 du corps de la boussole dévie de la verticale locale, tout au moins dans certaines limites. Il suffit donc au plongeur de maintenir grossièrement la boussole la tête vers le haut pour que le pendule reste vertical. Le joint de cardan 10 relie le pendule au corps en permettant donc ces oscillations, mais en interdisant un mouvement de rotation du 10 pendule par rapport au corps selon l'axe longitudinal du corps. Le pendule comporte dans sa partie supérieure deux sondes de magnétomètre du type "flux-gate" disposées en quadrature l'une par rapport à l'autre et perpendi-culairement à l'axe longitudinal du corps lorsque celui-ci est confondu avec l'axe du pendule. L'action du 15 pendule permet donc de maintenir ces deux sondes dans un plan horizontal en dépit du mouvement de la boussole et ceci dans les limites précisées plus haut. Un joint tournant 11 permet d'alimenter les sondes portées par le pendule à partir des circuits électroniques 5 quelle que soit la rotation 20 de la bague 2 par rapport au corps 1. Les conducteurs d'alimentation sont par exemple des fils souples qui passent au travers du cardan 10 sans limiter le débattement du pendule. L'extrémité inférieure du corps est également creuse et contient une pile 12 chargée d'alimenter les circuits électroniques 5 par P'in25 termédiaire de conducteurs, non représentés sur la figure, qui viennent aboutir au joint tournant 11. Cette pile est maintenue en place par un bouchon tournant 13 qui ferme l'extrémité inférieure du corps et qui sert d'interrupteur pour la mrise en route de la boussole. Cet interrupteur tournant comporte de manière connue un certain nombre 30 de pièces telles que des ressorts 14 et 15 dont on a pris soin de les réaliser, ainsi que toutes les autres pièces de l'appareil, en materiaux non ferromagnétiques tels que du plastique et du bronze phosphoreux pour les ressorts par exemple. . - Les circuits électroniques 5 comprennent, comme représenté sur la figure 2, un certain nombre de modules. Une alimentation à découpage 16 permet, à partir de la pile 12 et par l'intermédiaire du bouchon interrupteur 13, de fournir les 5 différentes tensions d'alimentation nécessaires aux circuits électroniques. Les connexions d'alimentation n'ont pas été représentées sur la figure. Un générateur de courant d'excitation, essentiellement formé d'un oscillateur, fournit le courant électrique alternatif nécessaire 10 pour alimenter les deux sondes nord-sud 18 et est-ouest 19 portées par le pendule 9. Ce courant alternatif est fourni par l'intermédiaire d'un circuit de détection magnétique 20 qui permet, selon une technique connue, de détecter la dissymétrie introduite par le champ magnétique 15 terrestre dans les courants parcourant les sondes et de délivrer des signaux mesurant cette dissymétrie. Pour minimiser la consommation de courant, préjudiciable à la durée de la pile mais surtout amenant par induction électromagnétique une perturbation du champ local, on a utilisé un système 20 de traitement logique. Pour cela les signaux de la sonde nord-sud sont détectés en boucle ouverte de façon à ce que la tension de sortie ne puisse prendre que deux niveaux, un niveau haut lorsqu'elle est orientée dans le demicadran nord et un niveau bas lorsqu'elle est orientée dans le demi25 cadran sud. La transition entre ces niveaux se fait au passage par la direction estouest. On obtient ainsi un signal logique binaire A représenté sur la ligne I de la figure 3. Les signaux de la sonde est-ouest sont par contre traités en boucle fermée, selon une technique elle aussi connue. Pour cela un 30 système de contre-réaction fait circuler dans la bobine d'excitation un courant continu, qui crée un champ lui-même continu qui tend à annuler l'effet du champ terrestre. Ce dispositif, qui fonctionne selon une méthode de 0, délivre une tension de sortie X dont les variations sont représentées sur la deuxième ligne de la figure 3. Le système sature assez rapidement dès que le champ mesuré dépasse une certaine valeur, et donc dans deux plages assez importantes entourant la direction est-ouest la tension se stabilise à un niveau haut ou à un 5 niveau bas selon l'orientation de la sonde à l'intérieur de ces deux plages. Lorsqu'on sort de ces plages, la tension varie sensiblement proportionnellement a l'orientation, en passant par 0 pour une orientation nord-sud. Un amplificateur permet de multiplier cette tension X par un coefficient K supérieur à 1, de manière à élargir les 10 plages de saturation et surtout à obtenir une pente plus raide de la variation du signal autour de la direction nord-sud. Ce signal K X est représenté sur la troisième ligne de la figure 3. Ces signaux X et KX sont appliqués à des circuits de détection de seuil 21 qui permettent d'obtenir des signaux logiques binaires B, C, 15 D et E qui basculent entre un niveau haut et un niveau bas lorsque Les signaux X et KX franchissent des niveaux de tension + V et - V. Ces niveaux de tension sont repérés par rapport à une masse fictive C obtenue à l'aide d'un générateur 22 qui détermine une masse fictive située à la valeur moitié de la tension d'alimentation fournie par 20 I'alimentation 16. Ces tensions + V et - V sont déterminées de telle manière que le basculement des détecteurs pour le signa! X se produise lorsque le dépointage de la sonde est-ouest par rapport à la direction nord-sud atteint une valeur de + ou - 10%. Le coefficient multiplicateur K est lui choisi pour que le signal KX franchisse ces 25 limites de tension + V et - V pour des dépointages égaux à + 2 ou - 2 . Les signaux B, C, D et E correspondant respectivement à - 2% + 2 , - 10 , + 10 de dépointage sont représentés sur les lignes 4 a 7 de la figure 3. Ces signaux logiques A à E sont alors appliqués à un ensemble de 30 circuits logiques 23 qui réalisent les combinaisons suivantes, représentées sur les lignes 8 à 12 de la figure 3: - ABD, qui est à un niveau haut pour un dépointage compris entre - 10 et- 2 ; r.- k I -s AB, qui est à un niveau haut pour un dépointage compris entre - 90 et 2 ; - ABC, qui est à un niveau haut pour un dépointage compris entre - 2 et + 2 , - AC, qui est à un niveau haut pour un dépointage compris entre + 2 et + 900; - ACE, qui est a un niveau haut pour un dépointage pris entre + 2 et + 10 . On remarque que ce dépointage est repéré par rapport à la 10 direction sud-nord de la bobine dite est-ouest, la bobine dite nord-sud étant alors dans la direction est-ouest. On utilise cette convention de manière à avoir dans la direction déterminée un signal minimum dans les bobines, pour obtenir un maximum de sensibilité. Les circuits logiques 23 permettent d'alimenter un ensemble de 15 diodes électroluminescentes 24 à 28 qui s'allument lorsque les signaux de sortie de ces circuits sont à un niveau haut et permettent d'indiquer le sens et l'ordre de grandeur du dépointage, ainsi que le pointage correct. Ces diodes électroluminescentes sont vues sur la figure 4 par 20 transparence à travers la bague 2, qui laisse également apparaître la rose 7. Les couleurs des diodes sont données à titre d'exemple. Elles sont plus particulièrement adaptées pour indiquer la direction a suivre de manière ergonomique à l'utilisateur. La bague 2 comporte gravée une aiguille de direction 31 en forme de flèche, qui tourne donc en même temps que la bague, dont la pointe peut être amenée sur la graduation de la rose représentant par exemple la route à suivre. Dans ces conditions si l'aiguille est dirigée dans la direction 30 choisie avec une erreur n'excédant pas + ou - 2 , les diodes jaunes 26 et 27 situées aux deux extrémités de l'aiguille 31 vont s'éclairer, indiquant que la direction est la bonne. Dès que le dépointage franchit cette limite de 2 , les deux diodes jaunes 26 et 27 s'éteignent et les diodes vertes 24 et 25, alimentées respectivement par les signaux A B D et A B, ou les diodes rouges 29 et 28, alimentées respectivement par les signaux A C B et A C, s'allument, indiquant que l'on s'écarte de la route choisie respecti5 vement à droite ou à gauche. En effet les diodes 24 et 29 sont situées à droite et à gauche de la diode 27 dans la base de l'aiguille 31, et les diodes 25 et 28 sont situées sur le diamètre de la bague perpendiculaire à la direction de l'aiguille, au niveau de la rose. Tant que le dépointage reste compris entre 2 et 13, ces deux diodes rouges ou ces deux diodes vertes restent allumées. Si le dépointage s'accentue, lorsqu'il vient à dépasser i0 celle des diodes 24 ou 27 qui est allumée s'éteint, ne laissant plus allumée que la diode 25 ou la diode 28. Les dispositions et la couleur de ces diodes sont telles qu'elles indiquent facilement le changement de direction à prendre pour corriger le dépointage. Ainsi lorsque les diodes rouges s'allument il faut tourner à gauche, et lorsque les diodes vertes s'allument il faut tourner à droite. 20 En corrigeant donc la direction on voit successivement la deuxième diode de dépointage s'allumer, puis les deux diodes de dépointage s'éteindre, et enfin les deux diodes'de bonne direction s'allumer. Comme dans toute boussole, on peut utiliser celle-ci selon deux 25 modes distincts, soit pour suivre une direction donnée en affichant celle-ci sur la rose et en maintenant l'allumage des diodes 26 et 27, soit pour repérer l'azimut d'un objectif visible en pointant celui-ci par l'aiguille et en tournant le corps de la boussole jusqu'à l'allumage de ces deux mêmes diodes. En réalisant une telle boussole avec des matériaux amagnétiques, on a pu réduire la consommation des circuits électroniques jusqu'à 85 mW et obtenir une perturbation du plan local de 100 à 1000 fois inférieure à celle d'une boussole magnétique ordinaire. 4, 1. 1 La perturbation est si faible qu'elle est difficilement mesurable, ce qui explique l'écart considérable entre ces chiffres 100 et 1000. w - L_ 1 t REVENDICATIONS 1. Boussole faiblement magnétique, notamment pour plongeurs sous-marins, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps (1) allongé et creux destiné à être tenu sensiblement verticalement à la main et muni d'au moins une rose (7) à une extrémité, une bague (2) 5 transparente et tournante coiffant ladite extrémité et permettant de voir la rose, un pendule (9) situé dans le creux du corps, monté sur un cardan (10), comportant deux magnétomètres du type "flux-gate" (18, 19) croisés, et permettant de maintenir ces magnétomètres sensiblement horizontaux en dépit des mouvement du corps, un 10 ensemble électronique (5) situé dans le creux du corps pour alimenter les magnétomètres, et un ensemble de diodes électroluminesceltes (24-28) fixées à la bague et alimentées par l'ensemble electronique pour indiquer la direction à suivre en fonction de l'orientation de la bague et du corps; cette boussole étant entièrement réalisée en 15 matériaux amagnétiques, et les circuits électroniques fonctionnant faible niveau de puissance. 2. Boussole selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un des magnétomètres (18) fonctionne en boucle ouverte pour delivrer un signal logique binaire à deux état distincts en fonction de l'orientation 20 du magnétomètre, le basculement d'un état sur l'autre se faisant au passage par la direction est-ouest, et l'autre magnétomètre (19) fonctionne en boucle fermée pour délivrer un premier signal X qui varie sensiblement linéairement en fonction du dépointage de ce magnétomètre autour de la direction est-ouest en passant d'un premier 25 niveau de saturation à un deuxième niveau de saturation. 3. Boussole selon la revendication 2, caractérisée en ce que le deuxième magnétomètre (19) délivre également un signal K X, o K est un facteur multiplicateur plus grand que 1, ce signal étant semblable au signal X, mais ayant dans sa plage de variation entre les 30 deux niveaux de saturation une pente plus importante. 4. Boussole selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, .-. w- - 1_ caractérisée en ce que l'un au moins des signaux X et KX est appliqué -.' - à un dispositif de détection de seuil (21) qui le compare à deux seuils de tension compris entre les paliers de saturation et délivre des signaux logiques binaires qui changent d'état lors du franchissement de ces seuils par le signal X ou K X, la valeur de ces seuils étant fixée pour correspondre à un dépointage déterminé de la direction ainsi -: À; indiquée par la boussole par rapport à la valeur choisie. 5. Boussole selon la revendication 4, caractérisée en ce que les _ 0 000signaux logiques binaires sont appliqués à un ensemble logique (23) qui les combine pour délivrer les signaux de commande desdites diodes électroluminescentes (24-28). "- 06. Boussole selon la revendication 5, caractérisée en ce que la '0 0 bague (2) comporte une aiguille (31) gravée en forme de flèche, dont la 0 pointe vient balayer la graduation de la rose (7), une première diode 15 (26) étant fixée à la pointe de la flèche et une deuxième diode (27) à la base de celle-ci, cette première et cette deuxième diode s'éclairant d; simultanément lorsque la flèche est dans la direction choisie à l'inté0 rieur d'une première plage déterminée, une troisième (24) et une quatrième (29) dindes étant fixées à la base de la f lèche de part et cPd'autre de la deuxième diode, ces troisième et quatrième diodes s'éclairant lorsque la flèche est dépointée à l'extérieur de la première plage tout en restant à l'intérieur d'une deuxième plage déterminée, le sens du '00 dépointage étant déterminé par l'éclairement d'une seule de ces diodes à la fois, et une cinquième (25) et une sixième (28) diodes étant fixées au niveau de la rose sur un diamètre perpendiculaire à la flèche, les..... troisièmes, quatrièmes, cinquième et sixième diodes s'éclairant lorsque -; le dépointage dépasse la deuxième plage déterminées, seules les deux 0 - 0 de ces diodes situées du même c8té de la flèche étant allumées simultanément pour indiquer le sens du dépointage. 7. Boussole selon la revendication 6, caractérisée en ce que la -. première plage est de + ou - 2 et la deuxième plage de + ou- 100. 1. u z,, m 1 1. - 1 à e 1 j 1 i