Brevet FR2626680A1 — publié le 19890804

La présente invention concerne un dispositif destiné à déceler et signaler la présence de masses métalliques dans un espace aux dimensions données. La particularité du dispositif repose sur sa capacité de détecter des masses métalliques immobiles ou en mouvement dans un volume déterminé : cette originalité le rend particulièrement apte à être mis en oeuvre dans des sas de sécurité de dimensions réduites. De plus, il est également en mesure de discriminer les masses métalliques ferreuses des autres, de ne signaler que celles dont la masse serait supérieure au seuil programmé à l'avance et d'autotester à tout moment la fiabilité de ses mesures et d'en indiquer une éventuelle défaillance. Le dispositif se compose, figure 1, d'un capteur (B), d'une unité électronique analogique (A) dont les paramètres sont gérés par microprocesseur ou micro-ordinateur (C) et d'un pupitre de commande (E) tenant informé de l'état de fonctionnement du dispositif et permettant d' intervenir dans le déroulement de celui-ci : la jonction entre la partie analogique et le microprocesseur étant confiéeau système interface D du type convertisseur-multiplexeur. La capteur se compose de bobinages de grandes dimensions disposés de telle sorte que leur noyau corresponde au volume à l'intérieur duquel toute présence métallique doit pouvoir être décelée. Ces bobinages sont disposés également de manière à ce que leur champ magnétique soit croisé : à titre d'exemple un bon fonctionnement peut être obtenu par deux sous-ensembles de bobinages B1 et B2 à champ perpendiculaire tels que présentés dans le figure i. Cette géométrie a l'avantage de réduire au minimum les effets de couplage magnétique entre les deux bobinages mais également de permettre une détection optimale quelle que soit la forme de l'objet métallique à déceler. Le principe de -fonctionnement du dispositif repose sur la comparaison du résultatdes mesures faites " à vide " et en présence d'une personne. La comparaison est d'autant plus précise que la mesure de référence à vide est récente. En effet, les grandeurs électriques exploitées sont soumises à des dérives lentes dues à des déformations mécaniques mais également aux variations de 1' envi- ronnement atmosphérique (t-rature, pression ...) ou autres. Le synoptique de la figure 3 ainsi que les courbes de la figure 2 donnent une vue générale de la réalisation et de son fonctionnement. Une tenson sinusoidale de fréquence et d'amplitude très stables est injectée alternativement dans les bobinages à champ croisé Bi et B2, préalablelent accordés à la résonnance à l'aide des capacités d'accord Ci et C2. Ce signal est récupéré avec un coefficient de surtension Q1 et Q2 propre à chaque bobine (Q1 et Q2 sont des grandeurs en général très voisines ou rendues telles), puis analysé au travers de ses paramètres, l'amplitude et la pha se conformément aux figures 2 et 3 (t) générateur sinusoïdal B1 et B2 = capteurs : bobinages à champ croisé C1 et C2 = capacité d'accord à la résonnance (2) chaine de traitement du paramètre "amplitude" du signal b récupéré aux bornes des bobinages. (3) chaîne de traitement du paramètre "phase" du signal b récupéré aux bornes des bobinages. (4) et (6) échantillonneurs bloqueurs Voie 1 (bobinage B1) (5) et (7) échantillonneurs bloqueurs Voie 2 (bobinage B2) (8) interface convertisseur multiplexeur (9) micro-ordinateur ou microprocesseur = commande des switches analogiques de commutation des bobinages : e et f sont les résultats des mesures effectuées sur l'amplitude, g et h sur la phase du signal des bobinages Bt et B2 respectivement. Ces données sont confiées au microprocesseur (9) par l'intermédiaire de système multiplexeur-convertisseur (8) afin qu'il en assure la gestion conformément aux consignes établies dans le programme. D'autre part le microprocesseur intervient (r et e) également pour contrôler les phénomènes de dérives déjà cités. L'étude des variations des grandeurs e et f des bobinages B1 et B2 permet de conclure sur l'absence ou la présence de masses métalliques dans le volume surveillé : celles des grandeurs g et h sur la nature des masses métalliques (ferreuses ou autres). Lorsque l'on introduit à l'intérieur des bobinages une ou plusieurs masses métalliques, celles-ci ont pour effet de modifier la valeur de l'inductance des bobinages en faisant dériver légèrement le coefficient de perméabilité. En effet, de manière approximative l'inductance des bobinages peut être comparée à celle d'un solénoide à savoir : L -Ax N2 s 1 L - inductance de Henry yk (A o xAr) coefficient de perméabilité N = nombre de spires s - section des spires 1 = longueur du solénoide Dans ces conditions la valeur de L changeant, celle de la résonnance se déplace également, le signal récupéré b n'est dont plus à son amplitude maximale. La variation de l'amplitude est proportionnelle à la masse de métal intro duite et le sens de variation de la phase est fonction de la nature du métal. Les considérations ci-dessus sont prises en compte pour le traitement des paramètres e, f, g, et h. Las écarts de variations d'amplitude sont fixés afin que ne soient signalés que les objets métalliques dont la masse totale est supérieure à une masse de référence et éventuellement qu'un tri soit effectué entre les masses ferreuses et les autres. Comme il a déjà été précisé, le principe de détection repose sur la comparaison et sur l'analyse des mesures effectuées à vide et en présence d'une personne ou d'un objet : plus la mesure de référence est récente, plus la mesure de détection est précise. Cette conception implique que le système puisse occuper en fonctionnement normal les trois états suivants - mesure à vide : état qui pourrait être appelé tarage car c'est à l'aide de ces mesures qu'est élaborée la mesure de référence. De plus l'examen de l'en- semble de ces mesures par le microprocesseur concourt à déterminer la dérive des différentes données électriques du signal pour permettre les interventions ultérieures devant en contrer les effets lorsque ces derniers sont de nature à les entacher d'erreur. - mesure de détection : état au cours duquel les mesures devant conclure sur la présence ou sur l'absence de masse métallique sont effectuées. C'est pour ce type de mesure que sont programmés différents paramètres nécessaires au micro-ordinateur pour gérer, dans les conditions prévues, la signalisation du résultat de ces mesures : seuil au-delà duquel la masse métallique présente dans le volume déterminé doit être signalée (programmation de l'intervalle à l'intérieur duquel toute mesure ne doit pas faire l'objet d'une signalisation positive) et également consignes pour discriminer la nature de la masse métallique (ferreuse ou non). - absence de mesure : état au cours duquel aucun type de mesure n'est effectuée tout en continuant l'exitation alternative des bobinages. Cet état inactif autorise les modifications momentanées de l'environnement métallique telles que l'ouverture et la fermeture des portes etc... sans que les mesures ultérieures puissent en etre affectées. Cette conception donne la possibilité d'indiquer - toute modification de l'environnement métallique immédiat ou l'oubli de tout objet métallique dans le volume déterminé : cette anomalie est déterminée par l'examen des mesures à vide ou mesures de tarage en ne tolérant que de faibles variations entre deux mesures successives. - que la mesure pouvant servir de référence est trop ancienne pour que la mesure de détection qui serait susceptible d'être faite, soit exacte. Cette si tuation peut se présenter à la suite d'un long verrouillage. - que tout type de mesure est ou non crédible par la mise en oeuvre d'une procédure d'autotest vérifiant l'aptitude du dispositif à pouvoir détecter ou non la présence et l'absence de masses métalliques : les masses métalliques étant simulées par la fermeture d'une boucle conductrice de grandes dimensions intégrée près des bobinages. Le dispositif, objet de la présente invention, se différencie des dispositifs déjà exisitants, qui ne détectent que des masses métalliques en mouvement traversant le plan des antennes, en étant capable de déceler toute présence métallique mobile ou immobile dans le volume qu'il surveille. De plus, le traitement des données s'effectuant à l'aide d'un mocro-ordinateur ou mocro-processeur, ce dernier autorise toute facilité dans la gestion de celles-ci ainsi que toute intervention pour maîtriser les différentes dérives. REVENDICATIONS 1) Dispositif destiné à déceler et signaler la présence de masses métalliques dans un espace aux dimensions données caractérisé en ce qutil comprend (figure 1) une unité électronique analogique centrale (A) dont la fonction est d'exciter à l'aide d'un phénomène électrique particulier un système capteur (B) et de récupérer certains paramètres pour en confier l'étude et l'analyse à un microprocesseur ou micro-ordinateur (C) par l'intermédiaire d'un système interface convertisseur-multiplexeur (D) : le microprocesseur ou micro-ordinateur (B) en fonction du programme établi, gère le système de siganlisation (E) du fonctionnement de la détection mais également contr8le à plusieurs niveaux certains phénomènes parasites dont l'effet est d'entraîner la dérive des valeurs des paramètres considérés (figure 1). 2) Dispositif destiné à déceler et signaler la présence de masses métalliques dans un espace aux dimensions données caractérisé selon la revendication précédente en ce que le système capteur comprend des sous-ensembles de bobinages de grandes dimensions constitués à partir d'enroulements de fils conducteurs disposés de telle sorte que le champ magnétique qu'ils génèrent soit croisé et que toute introduction de masse métallique dans le volume considéré entraîne une variation de l'inductance par modification du coefficient de perméabilité. 3) Dispositif destiné à déceler et signaler la présence de masses métalliques dans un espace aux dimensions données caractérisé selon la revendication 1 en ce que la partie électronique comprend (figure 3) un générateur sinusoïdal (1) composant un signal a de fréquence déterminée et très-stable et d'amplitude donnée : ce signal excite les circuits Bi.Ci résonnants pour cette fréquence. 4) Dispositif destiné à déceler et signaler la présence de masses métalliques dans un espace aux dimensions données caractérisé selon les revendications 1 et 3 en ce que la partie électronique analogique comprend diverses champ nes de traitement du signal b récupéré aux bornes des différents bobinages Bi, l'une (2) examinant les variations d'amplitude, l'autre (3) examinant les variations de phase, devant permettre l'analyse ultérieure du signal b au travers des prélèvements effectués par les échantillonneurs bloqueurs 4, 5, 6, et 7 sur son amplitude et sa-phase. 5) Dispositif destiné à déceler et signaler la présence de masses métalliques dans un espace aux dimensions données caractérisé selon les revendications précédentes en ce que la partie électronique analogique comprend des systèmes de commutation ayant pour objet de permettre l'excitation et les mesures alternativement sur les différents sous-ensembles de bobinages formant le cap Dispositif destiné à déceler et signaler la présence de masses métalliques caractérisé selon - la revendication 2 en ce que chaque sous-ensemble de bobinages comprend une boucle composée d'un seul enroulement de fil conducteur dont 1 objet est de simuler par sa fermeture la présence d'une masse métallique : cette fermeture est sollicitée à l'occasion de la procédure d'autotest.