Brevet FR2661505A1 — publié le 19911031

DISPOSITIF DE CONTROLE SERVANT A MESURER L'EFFICACITE D'UNE CLOTURE ELECTRIQUE On connaît plusieurs types de contrôleurs pour clôtures électriques Ces contrôleurs per- mettent le plus souvent de détecter ou de mesurer la tension crête existant entre les bornes d'un électrificateur, entre deux fils conducteurs, ou entre un fil conducteur et le sol D'autres types de contrôleurs permettent de mesurer une valeur plus ou moins intégrée sur le temps de la tension de l'impulsion. Cependant on a remarqué que la grandeur représentative de la douleur ressentie par un animal ou un homme touchant les conducteurs est surtout fonction de l'énergie électrique qui est dissipée dans le corps pendant l'impulsion. La mesure de la tension crête de l'impulsion n'est donc pas très représentative de l'efficacité de l'électrificateur, ou de la ligne de clôture électrique à l'endroit o l'on fait la mesure. La mesure de l'énergie de l'impulsion n'est pas très facile à réaliser, car elle est de la forme I ( 1/Rc) x V 2 (t) dt o: V(t) est la tension instantanée apparaissant entre les points de contact de l'animal avec les conducteurs de clôture, Rc est l'impédance équivalente de l'animal soumis à une impulsion à haute tension, et dont différentes expériences ont montré qu'elle était d'ordre essentiellement résistif, variant, selon l'animal, de quelques centaines à quelques milliers d'ohms. La nécessité de calculer une fonction du carré de la tension ne rend la réalisation d'un sys- tème de contrôle ni facile ni économique si l'on utilise les moyens électroniques traditionnels. Différentes méthodes de mesure de l'énergie de l'impulsion peuvent être imaginées. Les moyens utilisant la mesure de l'échauffement d'une résistance ne sont ni fiables ni bien répétitifs. Les moyens utilisant la digitalisation du signal d'entrée pour ensuite le traiter numériquement (calcul du carré de la tension puis intégration), nécessitent des composants rapides et oné- reux. Les moyens utilisant des composants permettant la multiplication analogique d'un signal d'entrée par lui-même sont également onéreux, et présentent l'inconvénient de nécessiter des compensations des dérives dans le temps, et des dérives en température. L'invention présente un dispositif dont les parties "quadrature de V(t)" et "intégration sur le temps" sont composées d'éléments passifs (résistances, diodes, diodes zener, conden- sateurs) stables dans le temps et en température, peu gourmands en énergie, et dont le temps de réponse est extrêmement court. L'invention décrit un dispositif de contrôle servant à évaluer l'efficacité d'une clôture élec- trique, qui mesure l'énergie de chaque impulsion apparaissant en sortie de l'électrificateur ou entre deux conducteurs de la clôture, en intégrant sur le temps un courant généré à partir de la tension appliquée entre les bornes d'entrée, courant qui est proportionnel à une fonction li- néaire approximant le carré de la tension d'entrée. Dans ce dispositif l'approximation de la fonction "carré de la tension" peut être obtenue en recueillant un courant 1 (t) # K x V 2 (t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances Rn et des éléments écrêteurs Zn, conducteurs au-dessus d'une tension Vn, reliés en série avec les résistances Rn: chaque branche Rn, Zn étant connectées en parallèles, les valeurs des résistances Rn et des éléments Zn ayant des valeurs étagées sui- vant les formules: Vo = O Ro= 1 /(Kx Vl) RI = 1 /(Kx V 2) R 2 = 1 /(Kx(V 3-VV)) Rn-1 = 1 / (K x (Vn Vn-2), le courant 1 (t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments qui coupent la parabole 1 (t) = K x V 2 (t) aux points d'abscisses V=Vo V=Vl V=V 3 V= Vn-2 V= Vn_ 1 V=Vn Par une variante du procédé précédent l'approximation de la fonction "carré de la tension" peut être obtenue en recueillant un courant 1 (t) # K x V 2 (t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances Rn et des éléments écrêteurs Zn, conducteurs au-dessus d'une tension Vn, reliés en série avec les résistances Rn: chaque branche Rn, Zn étant connectée de manière que les résistances Rn aient un point commun alors que chaque élément Zn a le point, non commun à la résistance Rn, relié au point commun à la résistance Rn-1 et Zn-1, les valeurs des résistances Rn et des éléments Zn ayant des valeurs étagées sui- vant les formules: VO = O RO = 1 /(Kx V 1) R 1 = 1 /(K x (V 2 + V 1)) R 2 = 1 I (K x (V 3 + V 2)) Rn-1 = 1 / (K x (Vn + Vn-1)), le courant 1 (t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments qui coupent la parabole Y(t) = K x V 2 (t) aux points d'abscisses V=VO V=Vl +V 2 V=Vl +V 2 +V 3 V=V 1 +V 2 + V 3 + +Vn-2 V=V 1 +V 2 + V 3 + +Vn-1 V=Vl+ V 2 +V 3 + + Vn Dans le cas du premier montage les valeurs Vn peuvent être les valeurs d'une suite arithmé- tique de premier élément O et d'argument VO, les valeurs des résistances Rn étant alors égales, sauf R O qui a une valeur moitié de R 1 = R 2 = R 3 = = Rn. Dans le cas du second montage les valeurs de Vn peuvent être choisies toutes identiques, à l'exception de Vo qui a une valeur nulle, les valeurs des résistances Rn étant alors égales. sauf Ro qui a une valeur moitié de R 1 = R 2 = R 3 = = Rn. Une charge électrique Rc simulant l'impédance d'un animal touchant les fils peut être connectée entre les deux bornes d'entrée du contrôleur, les valeurs des résistances Rn ayant des valeurs ohmiques beaucoup plus grandes que celles de Rc. L'intégrale du courant 1 (t) proportionnel au carré de la tension peut être obtenue par la charge d'un condensateur Ci à travers une résistance Ri tels que la constante de temps Rix Ci soit beaucoup plus grande que la durée de l'impulsion d'entrée. Le condensateur Ci peut être déchargé, un certain temps après l'impulsion, après que la ten- sion crête atteinte ait été relevée mais avant que n'apparaisse l'impulsion suivante, par un dispositif de remise à zéro automatique. Le condensateur Ci peut aussi n'être déchargé qu'après un nombre déterminé d'impulsions, par un dispositif de remise à zéro automatique. Enfin la décharge du condensateur Ci peut être obtenue par un commutateur à fonctionne- ment manuel. La lecture de l'énergie de l'impulsion se fait en reliant le condensateur à un dispositif affi- cheur, numérique ou à aiguille, qui indique la valeur crête du voltage du condensateur Ci at- teinte à la fin du ou des processus d'intégration. On comprendra mieux les divers aspects de l'invention en se reportant aux différentes fi- gures. La Figure 1 représente un schéma global d'une réalisation possible du dispositif faisant l'objet de l'invention. Une charge Rc est reliée entre les deux bornes d'entrée du contrôleur Cette charge peut être choisie proche de 1000 ohms, valeur qui représente assez bien l'impédance du corps et des contacts pour un animal touchant le fil R 2 et R 3 forment un pont diviseur, R 2 ayant des valeurs suffisantes pour ne pas modifier la charge Rc de manière appréciable (on peut éga- lement supprimer R 2 et relier R 3 en série avec Rc, si toutefois R 3 a une valeur beaucoup plus petite que Rc). R 2 et R 3 forment un pont diviseur afin de travailler sous des tensions, aux bornes de R 3, beaucoup moins élevées que la tension d'entrée V(t) qui peut atteindre 10 000 volts. Un pont de diodes Dl, D 2, D 3, D 4 permet de redresser les oscillations du signal d'entrée. Aux bornes A et B de ce pont de diodes est branché un système électrique composé des 4 blocs Qi, Q 2, Q 3, Q 4 Ces 4 blocs permettent l'analyse du signal, son affichage, et la remise à zéro du système. Q 1 est un dispositif qui transforme le signal V(t) en un courant électrique 1 (t) proportionnel au carré de V(t). Q 2 intègre le signal 1 (t) sur le temps, et stocke l'information sous forme d'une tension de charge V 2 d'un condensateur Ci, tension proportionnelle à J/ 12 (t) dt # M x J( 1/Rc) x V 2 (t) dt. Q 3 est un dispositif qui indique, par exemple sur un afficheur numérique, la tension V 2 at- teinte aux bornes de Ci après la fin de chaque impulsion électrique. Q 4 est un dispositif qui permet de décharger complètement Ci après que la lecture de sa tension crête ait été faite Q 4 peut être conçu, en utilisant les moyens bien connus de l'électronique, pour décharger le condensateur Ci automatiquement un certain temps après chaque impulsion lorsque la lecture de V 2 a été faite Q 4 peut également être conçu pour ne décharger automatiquement Ci qu'après un nombre prédéterminé d'impulsions afin que le si- gnal puisse être cumulé sur plusieurs impulsions Enfin Q 4 peut être un dispositif manuel du genre "bouton-poussoir" sur lequel l'utilisateur appuie afin de décharger Ci, après un nombre d'impulsions suffisant pour assurer une lecture fiable de l'affichage, dans le cas o l'énergie résiduelle à l'endroit de la mesure est petite. La figure 2 représente une réalisation possible du bloc électrique Qj qui génère un courant 1 (t) proportionnel au carré de V(t). Z 1, Z 2 Zn sont dés éléments écrêteurs tels que des diodes zener ou des résistances va- riables avec la tension Les éléments Zn sont rangés suivant l'ordre croissant des valeurs Vn des tensions de seuil, de la gauche vers la droite La première valeur Vo de l'élément ZO est pris, dans cet exemple égal à zéro; ZO, qui est en fait un court-circuit, n'est pas représenté. Le dispositif tel que représenté sur la figure 2 permet, lorsqu'on choisit judicieusement les valeurs Vk des seuils de tensions des diodes zener, et les résistances Rk associées, d'obtenir un courant 1 (t) qui est une fonction croissante G(V), composée de segments de droites, chacun de ces segments étant une sécante ("corde") d'une courbe F(V) en des points recherchés (figure 3) En se reportant à la figure 2 et à la figure 3, on voit que si: I(Vk-1) = F(Vk-1) et l(Vk) = F(Vk) alors, pour V compris entre Vk et Vk+ 1 l on a: I(V) = F(Vk)+{l(F(Vk)-F(Vk-1 l)l x l(VVk)/(Vk-Vk-1)} + l(V-Vk)/Rkl Si l'on veut que l(Vk+l) = F(Vk+I), on obtient la valeur à choisir pour Rk en reportant V = Vk+l dans la fonction I(V) ci-dessus et en écrivant que l(Vk+ 1) = F(Vk+ 1) Dans le cas d'une fonction F(V) parabolique, les fonctions récurrentes ci-dessous donnent Rn en fonction de Vn: Ro= 1 / K V 1 R 1 = 1 /KV 2 R 2 = 1/ lK (V 3 V 1)l Rn-1 = 1 / lk (Vn Vn-2)l Le courant 1 (t) est alors une fonction de V(t) représentée par une série de segments ("cordes") coupant la parabole F(t) = K V 2 (t) aux points d'abscisses: V= O V=V 1 V=V 2 V = Vn-1 V=Vn Un choix assez rapproché des valeurs des Vn permet alors d'obtenir une excellente ap- proximation de la fonction parabolique. Si l'on choisit d'utiliser des éléments écrêteurs dont les tensions de seuils suivent une pro- gression arithmétique (par exemple en reliant en série plusieurs diodes zener de même ten- sion de seuil), il faut alors choisir des résistances de valeur égale, sauf pour Ro qui doit avoir une valeur ohmique double de RI, R 2, R 3 Rn. Le schéma de la figure 4 représente un montage alternatif à celui de la figure 2, dans lequel les éléments écrêteurs sont montés en série, ce qui permet de limiter le nombre de types de diodes zener à utiliser et la valeur de leur tension de seuil. On montre facilement que, dans le cas de la figure 4, les valeurs des résistances permettant d'obtenir un courant 1 (t) proche d'une fonction parabolique de V, doivent respecter les valeurs suivantes: Ro= 1 /KVI Ri = 1 /K(V 2 +Vî) R 2 = 1 K (V 3 + V 2) Rn-1 = 1/ K (Vn + Vn+l) Si l'on choisit d'utiliser des éléments écrêteurs identiques, de même valeur de tension seuil, il faut alors utiliser des résistances de même valeur, sauf la première résistance Ro qui doit avoir une valeur ohmique double des résistances R 1, R 2, Rn. La figure 5 représente un circuit intégrateur bien connu, composé d'une résistance de charge Ri et d'un condensateur Ci Ce circuit permet d'obtenir l'intégration du courant 1 (t) avec une très bonne approximation dans la mesure o la constante de temps Ri x Ci est bien inférieure à la durée de chaque impulsion REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique, caractérisé en ce qu'il mesure l'énergie de chaque impulsion apparaissant en sortie de l'électrificateur ou entre deux conducteurs de la clôture, en intégrant sur le temps un courant généré à partir de la tension appliquée entre les bornes d'entrée, courant qui est proportionnel à une fonction approximant le carré de la tension d'entrée. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'approximation de la fonction "carré de la tension" est obtenue en recueillant un courant 1 (t) # K x V 2 (t) à la sortie d'un cir- cuit comportant des résistances Rn et des éléments écrêteurs Zn, conducteurs au dessus d'une tension Vn, reliés en série avec les résistances Rn: chaque branche Rn, Zn étant connectée en parallèle, les valeurs des résistances Rn et des éléments Zn ayant des valeurs étagées sui- vant les formules: VO = O RO= 1 /(Kx Vl) Ri = 1 /(K x V 2) R 2 = 1 /(Kx(V 3 Vl) Rn-1 = 1 / (K x (Vn Vn-2), le courant 1 (t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments, ou "cordes", qui coupent la parabole 1 (t) = K x V 2 (t) aux points d'abscisses V=VO V=V 1 V=V 3 V =Vn-2 V=Vn-1 V=Vn 3 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'approximation de la fonction "carré de la tension" est obtenue en recueillant un courant 1 (t) # K x V 2 (t) à la sortie d'un cir- cuit comportant des résistances Rn et des éléments écrêteurs Zn, conducteurs au dessus d'une tension Vn, reliés en série avec les résistances Rn: chaque branche Rn, Zn étant connectée de manière que les résistances Rn aient un point commun alors que chaque élément Zn a le point, non commun à la résistance Rn, relié au point commun à la résistance Rn-1 et Zn-1, les valeurs des résistances Rn et des éléments Zn ayant des valeurs étagées sui- vant les formules: Vo = O RO= 1 /(Kx Vl) R 1 = 1 /(K x (V 2 +Vl)) R 2 = 1 / (K x (V 3 + V 2)) Rn-1 = 1 /(Kx (Vn +Vn-1)), le courant 1 (t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments, ou "cordes", qui coupent la parabole 1 (t) = K x V 2 (t) aux points d'abscisses V=VO V=V 1 +V 2 V=V 1 +V 2 +V 3 I O 4 Ji V = Vl + V 2 + V 3 + +Vn-2 V=Vl +V 2 +V 3 + +Vn-1 V=Vl +V 2 +V 3 + +Vn 4 Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que les éléments écrê- teurs Zn sont des diodes zener ou des résistances variables avec la tension. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les valeurs Vn sont les valeurs d'une suite arithmétique de premier élément O et d'argument VO, les valeurs des résistances Rn étant alors égales, sauf Ro qui a une valeur double de Rl = R 2 = R 3 = = Rn. 6 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les valeurs de Vn sont toutes identiques, à l'exception de Vo qui a une valeur nulle, les valeurs des résistances Rn étant alors égales, sauf Ro qui a une valeur double de R, = R 2 = R 3 = = Rn. 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'une charge électrique Rc simulant l'impédance d'un animal touchant les fils est connectée entre les deux bornes d'entrée du contrôleur, La valeur ohmique de Rc étant beaucoup plus petite que les valeurs ohmiques des résistances Rn du le circuit d'analyse et de mesure. 8 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'intégrale du courant 1 (t) proportionnel au carré de la tension est obtenue par la charge d'un condensateur Ci à travers une résistance Ri tel que la constante de temps Rix Ci soit beaucoup plus grande que la durée de l'impulsion d'entrée. 9 Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le condensateur Cj est déchargé, un certain temps après l'impulsion, après que la tension crête atteinte ait été relevée mais avant qu'apparaisse l'impulsion suivante, par un dispositif de remise à zéro automatique. Rz Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le condensateur Ci n'est dé- chargé qu'après un nombre déterminé d'impulsions, par un dispositif de remise à zéro auto- matique. 11 Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le condensateur Ci est dé- chargé par un commutateur à fonctionnement manuel. 12 Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11 caractérisé en ce que le condensateur est relié à un dispositif afficheur, numérique ou à aiguille, qui indique la valeur crête du vol- tage du condensateur Ci atteinte à la fin du ou des processus d'intégration.