Brevet FR2606162A1 — publié le 19880506

la présente invention concerne un détecteur de proximité et son application à la télédection. Les détecteurs de proximité sont utilisés dans de nombreux domaines, en particulier la surveillance de locaux. la protection des locaux à usage d'habitation ou professionnels contre l'intrusion (vol, sabotage.00) fait généralement appel à des détecteurs. périphériques (contact électrique placé sur les ouvertures du local telles que fenêtres et portes), mais ceux-ci sont d'une efficacité discutable, ou bien à des détecteurs volumétriques. Ces derniers détectent dans leur zone de surveillance les mouvements d'un corps étranger et ils peuvent revêtir différentes formes telles que radars à effet dopler, systèmes à ultra-sons, caméras de télévision, etc.Ces différents moyens de détection volumétriques sont relativement onéreux et leur fiabilité de fonctionnement n'est pas toujours parfaites L'industrie nouvelle des robots fait également appel à des moyens de détection'tendant à permettre de localiser l'emplacement d'un objet qu'il convient, soit de saisir, soit de traiter, par exemple de peindre, de souder, etc... Ces moyens de détection comportent gdnéralement des capteurs optiques qui ont l'inconvénient de faire appel à des techniques sophistiquées et de nécessiter un traitement de l'information assez lourd. C'est ainsi qu'actuellement les constructeurs proposent sur certains robots d'assemblage des systèmes de vision dont le cotit représente de l'ordre de 60% du prix du robot proprement dit. L'invention vise à fournir un détecteur de proximité qui fasse appel à des techniques simples et peu onéreuses et qui soit d'une grande souplesse d'utilisation pour permettre son application dans de nombreux domaines de la technique. Â cet effet, l'invention a pour objet un détecteur de proximité caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur radiofréquence produisant un signal de haute fréquence, un circuit d'émission accordé auquel est appliqué le signal haute fréquence et qui comporte une antenne capacitive dont la capacité est fonction de la distance à un corps étranger à détecter, dès moyens de réception formant avec le circuit d'émission un coupleur sélectif pour recueillir un signal électrique à la fréquence de l'oscillateur et dont l'amplitude est fonction de l'accord du circuit d'émission, et un démodulateur connecté aux moyens de réception pour produire un signal de sortie fonction de ladite distance. De préférence, l'antenne est constituée par un corps conducteur allongé tel qu'un fil ou une plaque conductrice de l'électricité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est un schéma bloc du détecteur suivant l'invention; - la figure 2 est un schéma électrique d'une première forme de réalisation du détecteur de proximité suivant l'invention; et - la figure 3 est un schéma électrique d'une seconde forme de réalisation du détecteur de proximité suivant l'invention0 Le détecteur de proximité représenté à la figure 1 comprend un oscillateur radiofréquence 1 produisant un signal électrique de haute fréquence, par exemple 100 à 500 NEzo Ce signal haute fréquence, amplifié par un amplificateur radiofréquence 2, est appliqué à un circuit accordé 3 comprenant une première bobine 4 et une antenne capacitive 5 dont la capacité est fonction de la distance à un corps étranger à détecter. Des moyens de réception 6, comprenant une seconde bobine 7 constituant avec la première bobine 4 un coupleur sélectif 8, recueillent un signal électrique à la fréquence de l'oscillateur 1 et dont l'amplitude est fonction de l'accord du circuit d'émission 3.Ce signal recueilli est appliqué à un démodulateur synchrone 9 qui produit à sa sortie S un signal fonction de la distance entre l'antenne 5 et le corps étranger à détecter. De préférence, l'antenne 5 est constituée par un fil d'une lame conductrice. Le circuit d'émission 3 est accordé sur la capacité propre de l'antenne 5 et, quand un corps suffisamment conducteur est placé à une distance de l'antenne suffisante pour modifier la capacité de celle-ci, le circuit 3 se trouve désaccordé. Cette variation de capacité, et par conséquent ce désaccord, sont fonction de la distance de l'antenne 5 à l'objet considéré, et il en résulte une variation correspondante de la tension crête à crdte du signal recueilli aux bornes de la seconde bobine 7. Le démodulateur 9 convertit se signal modulé en amplitude en une tension continue qui varie par conséquent avec la distance du corps à l'antenne 5. Le schéma électrique de la figure 1 montre une première forme de réalisation du détecteur de proximité de la figure 1. Suivant ce schéma, l'oscillateur radiofréquence 1 est réalisé à partir d'un oscillateur à quartz 10 et d'un circuit intégré CMOS il du type 14007 BCP. Le signal radiofréquence issu du circuit intégré 11 attaque l'amplificateur 2 qui présente deux sorties alimentant respectivement deux circuits accordés 3a et 3b comprenant, le premier une bobine 4a et une antenne 5a et le second une bobine 4b et une antenne 5b. Lss moyens de détection 6 comprennent deux bobines receptrices 7a et 7b associées respectivement aux bobines 4a et 4b. Les bobines 7a et 7b sont connectées en parallèle aux bornes du circuit démodulateur synchrone 9 constitué essentiellement à partir d'un circuit intégré 16 de type xR 2208. Le signal issu de ce circuit intégré est appliqué à un amplificateur 12 dont la sortie S est celle du détecteur. bu démodulateur 9 est associé un circuit de contrôle comprenant un amplificateur 13 connecté aux deux bobines réceptrices en parallèle 7a et 7b par l'intermédiaire d'une diode de redressement 14. La sortie de l'amplificateur 13 pilote une diode électroluminescente 15 qui est normalement allumée lorsque le détecteur est en fonctionnement. Le circuit de contre 13-15 permet de contrtler que l'oscillateur et la channe de-détection fonctionnent correctement. Les amplificateurs 12 et 13 peuvent être réaliser au moyen d'un circuit- intégré IM 258. Le fonctionnement du détecteur de la figure 2 est tout à fait similaire à celui décrit en regard de la figure 1. Chaque antenne 5a et 5b transmet, à tout moment, par l'intermédiaire du coupleur respectif 8a, 8b, des variations de champ électromagnétique liées à la présence d'un corps étranger dans son voisinage Ces variations sont détectées par les bobines 7a et 7b connectées en parallèle et le signal résultant est converti en tension par le démodulateur 9 qui produit à la sortie S une tension continue fonction de la distance entre ce corps étranger et l'une au moins des antennes 5a et 5bo Bien entendu, ce détecteur pourrait comprendre un seul ou plus de deux circuits accordés connectés er parallèle0 Le détecteur de la figure 2 est tout particulièrement adapté pour être utilisé sur des robots. Ce détecteur peut tout d'abord être utilisé sur les bras et/ou la structure du robot comme élément de sécurité anti-collision pour protéger le matériel et le personnel environnant le robot. Ce détecteur peut être également appliqué à la localisation d'objets à saisir par un robot de manipulation. L'antenne du détecteur est une surface conductrice ou même un simple fil conducteur qui présente un très faible volume, Elle peut donc Outre très facilement noyée dans un isolant sous la surface de la plupart des pinces ou doigts de robot. Grâce à une simple liaison par cible coaxial, tous les autres composants du détecteur peuvent outre placés à distance dans une armoire de commande comprenant également des moyens de traitement des signaux de sortie des détecteurs. En outre, en plaçant un détecteur à une ou deux antennes comme représenté à la figure 2 sur chaque doigt d'unie pince à trois doigts ou plus, il est facile, à l'aide des moyens de traitement précités qui sont bien connus des spécialistes de la technique en association avec d'autres types de capteurs, de localiser l'emplacement d'un objet à saisir avec une très bonne précision, Dans la plupart des cas de saisie automatique le détecteur de proximité électromagnétique décrit ci-dessus pourrait se substituer à un système de vision pour un cotit incomparablement inférieur. Le détecteur de proximité selon l'invention serait donc de nature à favoriser la diffusion des robots dans les domaines de l'assemblage et du conditionnement. La figure 3 est un schéma électrique d'un second mode de réalisation adapté notamment à la surveillance de locaux0 L'oscillateur 1 et l'amplificateur radiofréquence 2 sont constitués par des circuits à composants discrets de configuration classique qu'il n'y a pas lieu de décrire en détail. On retrouve ensuite, comme sur les schémas des figures 1 et 2, le circuit accordé 3, les moyens de détection 6 associés au circuit accordé par l'intermédiaire du coupleur 8 et le démodulateur 9 réalisé à partir d'un circuit intégré 16. Le signal présent sur la sortie S du démodulateur 9 est appliqué å une entrée d'un comparateur à seuil 17 dont le seuil de comparaison, fixé par un potentiomètre 18, est adapté pour que le comparateur 17 délivre - - à sa sortie un signal logique présen- tant un premier état lorsque la distance entre l'antenne 5 et un corps étranger à détecter est inférieure ou égab à une valeur prédéterminée et un second état différent du premier lorsque cette distance est supérieure à ladite valeur prédéterminée. la sortie logique du comparateur à seuil 17 est connectée à un circuit de temporisation 19 constitué à partir d'un circuit intégré 20. Le circuit de temporisation 19 a pour fonction de filtrer le signal logique issu du comparateur à seuil et d'en éliminer les informations parasites. Ces informations parasites peuvent outre constituées par des détections fugitives d'un corps étranger placé à une distance de l'antenne. 5 inférieure ou égale à ladite valeur prédéterminée fixée par le seuil de comparaison0 La temporisation sera réglée en fonction des domaines d'application considérés pour éviter de prendre en compte la présence de corps étrangers qui ne correspondent pas à une intrusion prohibée du local sous surveillance. En fonctionnement, le comparateur 17 change d'état dès que la tension qui lui est appliquée par le démodulateur 9 devient inférieure au seuil de comparaison, c'est-à-dire dès qu'an corps étranger s'approche à une distance de l'antenne inférieure ou égale à ladite valeur prédéterminée. En réponse à ce changement d'état, le circuit de temporisation excite un circuit d'alarme 21, soit de manière permanente, soit pour une durée préalablement réglée, si la présence du corps étranger dans le voisinage de l'antenne 5 persiste pendant une période de temps supérieure à la période de filtrage assignée au circuit de temporisation 19. Le détecteur de la figure 3 est tout particulièrement adapté à la protection de locaux d'habitation ou professionnels contre les intrusions car il est d'un très faible cotit en raison de son extrême simplicité et il peut être rendu totalement invisible. En eifet, l'antenne, par exemple un simple fil conducteur, peut être dissimulê dans un élément de construction (cloison , mur, plafond, huisserie, etc) ou derrière un élément de décoration (baguette, papier peint, tenture, etc) du local à surveiller. Par un choix approprié de l'antenne, le détecteur permet de déceler la présence d'un individu à une distance de l'ordre du mètre.La longueur totale de l'antenne peut être relativement importante, par exemple une dizaine de mètres, ce qui permet de protéger une zone étendue avec un seul appareil. C'est ainsi que lton pourra placer une antenne à fil unique le long de différentes zones de passage d'un local, par exemple le long des couloirs, près des portes et fenêtres, etc et assurer ainsi au moindre colt la protection d'un local contre les intrusions. il résulte de ce qui précède que le détecteur de proximité selon l'invention a entre autres avantages de présenter une portée étendue (de O à plus de I mètre) et ajustable, de délivrer un signal analogique permettant par simple triangulation la localisation dans ltespace d > un obstacle ou d'un objet à saisir, de faire appel à des circuits très simples et peu coflteux à fabriquer et d'utiliser une antenne permettant son application dans de nombreux domaines. En outre, le dispositif permet la détection d'une très grande variété d'objets, même faiblement conducteurs, A l'exception bien entendu des objets ou corps très isolants dont la présence au voisinage de l'antenne n'induirait aucune variation de capacité. il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et l'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Détecteur de proximité, caractérisé en ce qu'il comprend - un oscillateur radiofréquence (1) produisant un signal de haute fréquence, - un circuit d'émission (3) auquel est appliqué le signal haute fréquence et qui comporte au moins une antenne capacitive (5) dont la capacité est fonction de la distance à un corps étranger à détecter, - des moyens de réception (6) formant avec le circuit d'émission un coupleur sélectif (8) pour recueillir un signal électrique à la fréquence de l'oscillateur et dont l'amplitude est fonction de l'accord du circuit d'émission (3), et - un démodulateur (9) connecté aux moyens de réception (6) pour produire un signal de sortie fonction de ladite distance. 2. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur radiofréquence (2) entre ltoscillateur (1) et le circuit d'émission accordé (3). 3. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit d'émission accordé (3) comprend une première bobine (4) et l'antenne capacitive (5) et en ce que les moyens de réception (6) comprennent une seconde bobine (7), lesdites bobines (4, 7) formant ensemble ledit coupleur sélectif (8)o 4. Détecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs antennes (5a, 5b) associées chacune à un coupleur (8a, 8b) et alimentées en parallèle à partir dudit oscillateur (1), ledit démodulateur (9) étant connecté en parallèle aux secondes bobines (7a, 7b) des coupleurs de manière à produire un signal de sortie fonction de la distance entre un corps étranger et l'une au moins desdites antennes (5a, 5b). 5. Détecteur selon l'une quelconque des reven dications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit modulateur (9) produit une tension proportionnelle à ladite distance. 6. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un comparateur à seuil (17) recevant ledit signal de sortie et délivrant un signal logique présentant un premier état lorsque ladite distance est inférieure ou égale à une valeur prédéterminée et un second état différent du premier lorsque ladite distance est supérieure à ladite valeur prédéterminée. 7. Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de temporisation (19) pour filtrer le signal logique produit par ledit comparateur à seuil (17) et en éliminer les informations parasites de détection d'un corps étranger pendant un temps inférieur à ane période prédéterminée. 8. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite antenne (5) est constituée par un corps conducteur allongé. 9. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'antenne (5) est dissimulée dans un élément de construction ou de décoration d'un local sous surveillance et ledit démodulateur (9) est connecté à des moyens d'alarme (21). 10. Détecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'antenne (5) est un fil unique placé le long de différentes zones de passage dans ledit local. 11. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite antenne (5) est disposée dans une partie de bras d'un robot. 12. Détecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite antenne (5) est disposée dans une pince d'un robot de manipulation. 13. Détecteur selon la revendication 12, ledit robot comprenant une pince de manipulation à plusieurs doigts, caractérisé en ce qu'à au moins trois doigts sont associés respectivement au moins trois détecteurs de proximité et en ce que ledit robot comprend des moyens de traitement des signaux de sortie desdits détecteurs pour localiser l'emplacement dudit corps étranger par triangulation.