Brevet FR2624982A1 — publié le 19890623

"Dispositif de détection de proximité de champ électrique" L'invention se rapporte à un dispositif de détection de proximité de champ électrique basse fréquence, notamment le champ engendré par une ligne aérienne de distribution de courant alternatif; elle concerne plus particulièrement un tel dispositif destiné à être installé sur un véhicule, engin de manutention ou analogue comportant une partie mobile (échelle ou flèche de levage, par exemple) susceptible de se trouver à hauteur de la ligne aérienne et donc de provoquer un accident, en cas de contact. Le dispositif en question est conçu pour détecter â distance la présence d'un tel champ électrique et déclencher une alarme et/ou commander l'arrêt de ladite partie mobile, avant que cette dernière n' entre en contact avec la ligne. On connaît des dispositifs de détection du genre indiqué ci-dessus, dont l'élément sensible est constitué par une petite sphère métallique, formant antenne, placée au sommet de la partie mobile précitée. Cet agencement n'est pas complètement fiable. Par exemple, lorsque ledit élément mobile est complètement redressé, l'antenne peut parfaitement se trouver au-dessus et à une certaine distance de la ligne et être ainsi hors d'état de détecter le danger. On connaît aussi un autre système comportant une antenne plus ou moins longue, reliée à un boîtier de détection présentant une impédance d'entrée élevée, lui-même connecté à un récepteur par un câble blindé. Un tel dispositif est complexe et son fonctionnement peut être perturbé par la capacité parasite qui se crée entre l'antenne et la masse métallique voisine de la partie mobile définie ci-dessus. L'invention permet de résoudre ces inconvénients en prévoyant en particulier une antenne qui soit capable de détecter la proximité d'une ligne électrique à n'importe quel niveau de ladite partie mobile et dont le fonctionnement ne soit en rien perturbé par la capacité créée entre l'antenne et la masse métallique voisine, spécialement si cette capacité varie, par exemple en raison d'une variation de longueur de ladite partie mobile (échelle ou flèche à structure télescopique). Dans cet esprit, l'invention concerne donc un dispositif de détection de proximité de champ électrique basse fréquence, destiné notamment à équiper un engin ou véhicule de travaux publics susceptible d'opérer à proximité d'une source d'électricité telle que, par exemple une ligne électrique, caractérisé en ce qu'il comprend une antenne filaire montée pour s étendre sensiblement le long d'une partie mobile dudit engin ou véhicule et en ce que ladite antenne est connectée à une entrée inverseuse d'un amplificateur différentiel, lequel est polarisé et connecté à un circuit de contre-réaction établissant une masse virtuelle à ladite entrée inverseuse et en ce que la sortie de cet amplificateur est reliée à des moyens de détection et d'alarme. Ainsi, l'amplificateur différentiel est à la masse du point de vue alternatif, ce qui permet d'y raccorder une antenne de longueur quelconque, proche de la masse métallique à protéger, sans que la capacité créée entre cette antenne filaire et ladite masse métallique, ait la moindre influence sur la détection d'un signal représentatif d'un danger. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'antenne est divisée en au moins deux branches disposées (par paires) respectivement de part et d'autre de ladite partie mobile de l'engin ou véhicule précité. On évite ainsi que la masse métallique de ladite partie mobile ne fasse écran à la détection, l'une des branches se situant toujours en regard de la ligne électrique et étant, par conséquent, toujours apte à détecter le champ électrique correspondant. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, l'antenne est constituée par du cordon bifilaire. Ce cordon peut en outre être avantageusement extrait d'un enrouleur-dérouleur, par exemple placé au pied de l'échelle ou de la flèche à structure télescopique, de façon à développer la longueur voulue d'antenne, quelle que soit la longueur de la partie mobile. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de ladescription qui va suivre d'un mode de réalisation actuellement préféré d'un dispositif conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faitelen référence aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue. schématique partielle d'un engin de levage, illustrant l'implantation du dispositif sur un tel engin; et - la figure 2 est un schéma de principe de la partie électronique de ce dispositif de détection. Sur les dessins, on a représenté un engin de travaux publics 11 muni d'une flèche de levage 12 à structure télescopique. Lorsque cette flèche est dressée et déployée, elle est susceptible d'atteindre et même de dépasser la hauteur à laquelle peuvent se trouver les câbles aériens 13 d'un réseau de distribution électrique, par exemple du courant alternatif 50Hz, sous basse tension (380 Volts) ou moyenne et haute tension (au-dessus de 1ka). Pour éviter les accidents qui pourraient résulter d'un contact entre la flèche et un tel câble, un dispositif de détection de proximité de champ électrique basse fréquence est installé sur l'engin et comprend essentiellement une antenne 16 raccordée à un boîtier de surveillance 17 renfermant les composants électroniques reliés à -l'antenne. Ce boitier comporte ou est relié à au moins un dispositif d'alarme sonore et/ou lumineux dans l'exemple, une sirène 18. Selon une caractéristique de l'invention, on utilise une antenne filaire qui s'étend le long de ladite partie mobile. Dans l'exemple décrit, cette antenne 16 se composede deux branches 16a, 16b disposées respectivement de part et d'autre de la partie mobile (ici la flèche 12) et s'étendant sur sensiblement toute la longueur de celle-ci. En outre, l'antenne, c'est-à-dire ici chaque branche 16a, 16b, est constituée par du cordon bifilaire (fil électrique à deux conducteurs sous gaîne isolante non blindée) et les deux fils du cordon bifilaire de chaque branche sont connectés l'un à l'autre, en 19, à une extrémité dudit cordon, c'est-à-dire ici à l'extrémité située au voisinage du sommet de la flèche. A la partie inférieure de celle-ci, chaque cordon s'enroule, pour une partie' variable de sa longueur, sur un tambour formant enrouleur-dérouleur 20q ou 20b, d'un type connu, sollicité en rotation par un ressort dans un sens tendant à enrouler ledit cordon. Le ou chaque enrouleur-dérouleur est placé au pied de la flèche, non loin du boîtier 17.Ainsi, l'élongation de la flèche entraîne le déploiement d'une longueur variable correspondante de cordon, le long de la flèche. Le cordon reste en outre relativement tendu par la réaction de l'enrouleur-dérouleur lui-même. L'antenne 16 est ainsi structurellement adaptée à capter un champ électrique alternatif se manifestant avec une intensité suffisante au voisinage de n'importe quelle partie de l'antenne, le long de ladite partie mobile à protéger. Les branches 16a, 16b sont maintenues à une faible distance de la flèche, parallèlement à celle-ci, par des anneaux 21 disposés à intervalles réguliers. De plus, les deux branches 16a, 16b rattachées aux enrouleurs-dérouleurs 20a,20b, respectivement, sont ici connectées en série comme cela ressort clairement du schéma de la figure 2. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le dispositif de détection de proximité comprend en tant que circuit d'entrée connecté directement à l'antenne, un amplificateur différentiel 22, du type amplificateur opérationnel, polarisé et connecté à un circuit de contre-réaction (capacité C1 et résistance R1) établissant une masse virtuelle (du point de vue alternatif) à l'entrée inverseuse 25 de l'amplificateur. L'antenne filaire 16 est directement connectée par l'une de ses extrémités à l'entrée 25. Autrement dit, le signal d'antenne est exploité en courant à travers une impédance nulle et non pas en tension aux bornes d'une impédance élevée, de sorte que la capacité parasite répartie entre l'antenne et la masse métallique de la flèche 12 est sans influence sur la détection, puisque cette capacité est court-circuitée. L'ensemble des composants électroniques contenus dans le boîtier 17 est alimenté par une source d'alimentation en courant continu 26, constituée ici par une batterie d'accumulateurs de l'engin de manutention. Le pôle négatif de cette source d'alimentation est connecté à la masse métallique de l'engin. Autrement dit, tous les points de masse figurés à la figure 2 sont connectés à la masse métallique dudit engin, tandis que les points repérés +V sont connectés au pôle positif de la source d'alimentation 26. Cependant, l'amplificateur 22 est polarisé pour que ladite masse virtuelle soit à un potentiel continu moitié de celui de la tension d'alimentation +V.Pour ce faire, un amplificateur différentiel 28, monté en contre-réaction totale est polarisé avec son entrée non-inverseuse reliée au point milieu d'un pont de résistances R2-R3 (R2=R3) connecté aux bornes de la source d'alimentation 26. La sortie de l'amplificateur 28 est reliée à l'entrée non-inverseuse 29 de l'amplificateur différentiel 22 via une résistance R6. Un pont de condensateurs C2-C3, branché aux bornes de la source d'alimentation 26 a également son point milieu connecté à la sortie de l'amplificateur 28. La tension de polarisation appliquée à l'entrée 29 de l'amplificateur 22 est ainsi maintenue à +V/2. Il en est de même pour la tension de polarisation appliquée à'entrée inverseuse 25, grâce à un pont de résistances R4-R5 (R4=R5). connectée entre les deux pôles de la source d'alimentation 26. Cependant, l'entrée inverseuse 25 est connectée à ce pont de résistances par l'intermédiaire de l'antenne 16. Plus précisément, une extrémité de l'antenne est directement connectée à l'entrée 26 ainsi qu'à la résistance R4 reliée au pôle positif de la source d'alimentation, tandis que l'autre extrémité de l'antenne est reliée à la résistance R5 elle-même connectée à la masse.L'antenne est ainsi insérée en série dans le pont résistif R4-R5, au niveau de son point milieu. Des diodes de protection D1, D2 sont également connectées entre l'entrée 25 et chacun des pôles de la source d'alimentation 26. Le montage de l'antenne par rapport aux résistances R4 et R5 permet de contrôler à la fois la continuité et le bon isolement de l'antenne. En effet, la sortie de l'amplificateur 22 est par ailleurs reliée à un double comparateur 27, c'èst-à-dire un comparateur à deux seuils, connu en soi, agencé à partir de deux amplificateurs opérationnels dont les sorties sont reliées à une porte OU 28 constituée essentiellement de deux diodes. La sortie 30 de cette porte OU est reliée à une entrée d'une unité de traitement logique 32 (qui ne fait pas partie de l'invention et dont la conception est à la portée de l'homme du métier) pilotant la sirène 18.Les deux seuils du comparateur 27 correspondent respectivement aux deux états de saturation de l'amplificateur 22. il ressort clairement de l'examen du schéma de la figure 2 que si le fil de l'antenne est coupé en un point quelconque, la résistance R4 "entraîne" l'amplificateur 22 en saturationnégative. Inversement, si le fil d'antenne vient accidentellement en contact'avec la masse métallique, la résistance R5 court-circuitée, "entraîne" l'amplificateur 22 en saturation positive. Dans les deux cas, le comparateur 27 émet un signal de sortie qui pilote une alarme via l'unité de traitement 32. Par ailleurs, les moyens de détection et d'alarme pilotés par l'amplificateur 22 comprennent, outre l'unité de traitement logique 32, un filtre passe-bande 34 connecté à la sortie de l'amplificateur 22 pour sélectionner les signaux utiles de fréquences voisines de 50Hz, un détecteur dé niveau 35, connecté à la sortie du filtre 34 et préréglé pour délivrer un signal lorsque l'amplitude du signal traversant le filtre dépasse une valeur prescrite et un intégrateur à double constante de temps 37 comportant une diode D3 en série avec une résistance en R7 dite "résistance anti-étincelage" et un groupement parallèle d'une résistance R8 et d'un condensateur C4 relié au pôle positif de la source d'alimentation. La sortie 38 de cet intégrateur est connectée à une entrée de commande de l'unité de traitement logique 32.Ainsi, si le filtre passe-bande 34 laisse passer une impulsion parasite non représentative- de la détection d'un champ électrique, cette impulsion est pratiquement absorbée a niveau de l'intégrateur 37, en particulier grâce à la présence de la résistance anti-étihcelage R7 qui définit avec le condensateur C4 l'une des constantes de temps choisies de l'intégrateur. Enfin, il est à noter que le dispositif comporte un générateur de test 39 délivrant un signal oscillant basse fréquence, par exemple à 50Hz, et relié à l'extrémité de l'antenne opposée à celle qui est directement reliée à l'entrée 25 de l'amplificateur 22. Le générateur de test est appliqué à cette extrémité de l'antenne (c'est-à-dire du côté de la résistance R5) via une diode D4. Le fonctionnement est le- suivant. A chaque mise en service du dispositif, le générateur de test fonctionne pendant quelques instants de façon à contrôler le bon état général du système. Ce fonctionnement doit se traduire par la mise en oeuvre des moyens de détection et d'alarme, notamment la sirène 18. Par ailleurs, comme mentionné précédemment, l'état de l'antenne 16 est contrôlé en permanence grâce au pont de résistances R4, R5 et au détecteur à double seuil 27. Si l'antenne est en bon état, l'amplificateur différentiel 22 ne se trouve pas dans l'un de ses états de saturation. Par conséquent, il est apte à détecter un courant alternatif dans l'antenne 16, ce courant étant représentatif de la proximité d'une ligne électrique à basse ou haute et moyenne tension. L'amplificateur délivre à sa sortie une tension oscillante dont le niveau est mesuré par le détecteur 35. Autrement dit, si le niveau du signal appliqué au détecteur de niveau 35 dépasse une valeur prescrite, celui-ci émet un signal de sortie qui, après redressement (D3) et intégration, est en mesure de piloter l'unité de traitement logique 32 pour le déclenchement d'une alarme. REVENDICATIONS 1- Dispositif de détection de proximité de champ électrique basse fréquence, destiné notamment à équiper un engin ou véhicule de travaux publics susceptible d'opérer à proximité d'une source d'électricité tellè que par exemple une ligne électrique, caractérisé en ce qu'il comprend une antenne filaire (16) montée pour s'étendre sensiblement le long d'une partie mobile dudit engin ou véhicule et en ce que ladite antenne est connectée à une entrée inverseuse (25) d'un amplificateur différentiel (22), lequel est polarise et connecté à un circuit de contre-réaction établissant une masse virtuelle à ladite entrée inverseuse et en ce que la sortie de cet amplificateur est reliée à des moyens de détection et d'alarme (34, 35, 37, 32, 18). 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne (16) est divisée en au moins deux branches (16a, 16b) disposées respectivement de part et d'autre de ladite partie mobile dudit engin ou véhicule. 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux branches (16a, 16b) sont connectées en série et en ce qu'une extrémité de cette liaison est reliée à ladite entrée inverseuse (25). 4- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite masse virtuelle étant décalée en tension par rapport à la masse métallique de l'engin ou véhicule, ladite antenne (16) est insérée en série dans un pont résistif (R4, R5) formé de deux résistances en série, branché aux bornes d'une source d'alimentation en courant continu, en ce que la sortie dudit amplificateur différentiel est reliée à un circuit à double comparateur (27) susceptible de détecter l'un ou l'autre des états de saturation dudit amplificateur différentiel et en ce qu'une sortie de ce circuit est connectée pour piloter lesdits moyens de détection et d'alarme. 5- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de test (39) délivrant un signal oscillant, relié à l'extrémité de ladite antenne opposée à celle qui est reliée à ladite entrée inverseuse. 6- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite antenne (16) est constituée par du cordon bifilaire, les 'deux fils de ce cordon étant connectés l'un à l'autre à une extrémité dudit cordon. 7- Dispositif selon l'ùne des revendications précédentes, pour un engin ou véhicule dont la partie mobile précitée a une structure télescopique, caractérisé en ce que ladite antenne filaire (16) est montée sur au moins un enrouleur-dérouleur (20a, 20i), de façon qu'une longueur variable de celle-ci soit développée le long de ladite partie mobile, en fonction de l'élongation de celle-ci-. 8- Dispositif selon l'ensemble des revendications 2 et 7, caractérisé en ce que les branches (16a, 16b) précitées de l'antenne sont montées sur des enrouleurs-dérouleurs (20a, 20b) respectifs.