Brevet FR2667952A1 — publié le 19920417

"Dispositif pour la détection, l'identification et le suivi de canalisations enterrées ou autres objets optiquement invisibles" La présente invention concerne un dispositif pour la détection, I'identification et le suivi de canalisations enterrées, ou d'autres réseaux enfouis dans le sol ou noyés dans des ouvrages de génie civil, ou encore plus généralement de tous objets optiquement invisibles. Cette invention se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement, à la détection de canalisations enterrées recouvertes à une certaine distance d'un grillage avertisseur, porteur d'éléments de codage détectables à distance par voie électromagnétique. La difficulté d'obtenir des informations sur la présence, le tracé et la nature de canalisations ou de lignes enterrées tient à ce que, la plupart du temps, rien n'est visible à l'extérieur et que les plans existants se révèlent souvent imprécis, incomplets, voire quelquefois erronés. I1 importe, pour un gain de temps et de coût, de pouvoir détecter la présence de telles canalisations et lignes, et de les localiser avec précision, sans creuser le sol ni détruire des ouvrages, ceci à l'occasion de travaux ultérieurs. D'une façon générale, les procédés utilisés à cet effet doivent être simples à mettre en oeuvre par du personnel de chantier de qualification modeste ; l'appareillage pour la mise en oeuvre de ces procédés doit être robuste et fiable, et son coût doit rester nettement inférieur à l'investissement que nécessiterait la mise à jour par fouille des canalisations ou de leur grillage avertisseur pour s'assurer de leur présence. Actuellement, plusieurs procédés sont pratiqués ou peuvent l'être: Ainsi, avec des radars de sous-sol, il est possible de "voir" des canalisations enterrées, métalliques ou non. Cependant le coût et la complexité des systèmes nécessaires font que ces dispositifs sont inadaptés au problème pratique posé. Les systèmes basés sur le relevé sonique présentent les mêmes avantages et inconvénients que les dispositifs précédents. La détection par voie électromagnétique est la méthode la plus utilisée. Plusieurs types de dispositifs, entrant dans cette catégorie très générale, sont actuellement commercialisés pour la recherche, l'identification et le suivi des canalisations ou autres objets enfouis, et pour la détermination de la profondeur d'enfouissement. Aucun de ces dispositifs connus ne présente l'ensemble des qualités attendues, à savoir : détection de présence et identification sans accès partiel ou total à la canalisation, et indication sur la profondeur de ladite canalisation. On peut classer les détecteurs électromagnétiques en trois grands types : détecteurs de métaux classiques, détecteurs électromagnétiques reposant sur la détection d'un signal, détecteurs associés à des marqueurs, ces types étant détaillés ci-après. 1. Détecteurs de métaux classiques - Détecteurs haute fréquence à courants de Foucault Une bobine est insérée dans un générateur de signal pour former un oscillateur, dont la fréquence d'oscillation dépend de l'inductance de la bobine. En présence de métal, l'impédance de la bobine varie, ce qui entraîne une modification de la fréquence du signal. - Détecteurs inductifs émetteurs-récepteurs Ces appareils sont caractérisés par une tête de détection comprenant au moins deux enroulements. L'un des enroulements, similaire à la bobine des détecteurs précédemment décrits, constitue l'émetteur et permet la diffusion du champ électromagnétique. L'autre enroulement constituant le récepteur, couplé magnétiquement au premier, détecte des variations du champ électromagnétique émis par le premier enroulement et dues à la présence d'éléments métalliques au voisinage de la tête de détection. Le principe général de tels détecteurs repose, pour les différents dispositifs proposés, sur le positionnement de l'enroulement récepteur à un endroit où le champ magnétique résultant de l'enroulement émetteur en l'absence de pièces métalliques au voisinage est quasiment nul. Les détecteurs à courants de Foucault ou inductifs, décrits ci-dessus, permettent la détection sélective de pièces métalliques, mais ils ne permettent pas l'identification de canalisations métalliques ; le principe de ces détecteurs leur interdit de déceler la présence de canalisations non métalliques. 2. Détecteurs électromagnétiques reposant sur la détection d'un signal Lorsqu'un courant électrique circule dans un élément conducteur allongé, il crée autour de l'axe de cet élément un champ magnétique de forme cylindrique ; ce champ magnétique constitue le signal à détecter. Les détecteurs reposant sur ce principe sont essentiellement de deux types. - Détecteurs à signal actif Ce premier type repose sur la détection d'un signal électrique spécial, volontairement injecté dans une canalisation ou un câble enfoui, ou dans un élément métallique associé et suivant le tracé de la canalisation - voir par exemple le brevet français N" 2 165 781 (DELEAGE). De tels dispositifs présentent l'inconvénient de devoir accéder partiellement à la canalisation ou à l'élément associé, pour injecter le signal. Par ailleurs, l'atténuation rapide de tout signal électrique rend difficile le suivi des canalisations ou lignes, et il nécessite sur de grandes distances l'installation de nombreux points d'accès. - Détecteur à signal passif Cet autre type repose sur la détection d'un signal existant. C'est le cas des câbles sous tension des lignes du réseau de distribution d'électricité et du réseau téléphonique, où un courant ou signal est habituellement présent. La terre est aussi le siège de nombreux courants de retour qui tendent à se rencontrer dans les canalisations métalliques. I1 est à noter, toutefois, que la détection d'un câble sous tension non chargé n'est pas possible, puisque seule la circulation d'un courant engendre un champ magnétique. D'autres signaux passifs peuvent être dûs au fait que des courants à fréquence radio, résultant d'émissions à grande longueur d'ondes, pénètrent dans le sol et cheminent le long des éléments conducteurs enterrés, tels que canalisations métalliques. Ces dispositifs, basés sur la détection de signaux passifs, suppriment la nécessité des points d'accès et peuvent permettre de déceler la présence de câbles ou de canalisations métalliques, avec une certaine possibilité d'identification dans le cas de signaux possédant une fréquence déterminée (exemple: fréquence de 50 Hz dans le cas d'un réseau de distribution d'électricité). La détection reste cependant aléatoire, pour diverses raisons possibilité de charge variable ou nulle dans le cas d'un réseau de distribution d'électricité ; utilisation très répandue de paires de câbles torsadées de sorte que les champs "aller" et "retour" tendent à se compenser ; caractère incertain des courants de retour et des courants à fréquence radio, rendant déjà la détection hypothétique et l'identification de toute façon impossible. 3. Détecteurs associés à des marqueurs Ce dernier type associe un détecteur et des marqueurs, eux-mêmes associés aux canalisations ou autres objets à détecter. Le détecteur, qui est la partie active, envoie dans le sol une fréquence déterminée. Les marqueurs sont enterrés tout le long du réseau à baliser. Ces marqueurs sont des bobines passives, enrobées dans une coquille protectrice en matière isolante imputrescible, qui se comportent comme des antennes en réfléchissant une fréquence donnée vers le détecteur. Une réalisation de ce type, ou du moins avoisinante, est décrite dans le brevet français N" 2 531 234 (NOBEL PLASTIQUES). L'inconvénient d'un tel système réside dans le fait que pour suivre une canalisation, il est nécessaire d'enfouir les marqueurs à intervalles réguliers et suffisamment rapprochés, pour ne pas "perdre" la canalisation. De plus, aucune indication de direction n'est donnée. Le coût pour le suivi d'un réseau se trouve donc élevé. La présente invention vise à éliminer les inconvénients précédemment exposés des dispositifs existants, en fournissant un détecteur électromagnétique qui, notamment associé à des marqueurs d'un genre particulier, permet de façon commode, sûre, économique, la détection, l'identification et le suivi des canalisations enterrées ou autres réseaux enfouis, et qui peut en outre donner de façon simple une indication de la profondeur d'enfouissement. A cet effet, le dispositif selon l'invention pour la détection, l'identification et le suivi de canalisations enterrées ou autres objets invisibles comprend essentiellement, en combinaison, au moins un enroulement émetteur alimenté par des moyens de génération d'un signal électrique, au moins un enroulement récepteur délivrant un signal modifiable par la présence d'un élément détectable, des moyens d'amplification à détection synchrone recevant d'une part le signal issu des moyens de génération précités et servant de référence, d'autre part le signal issu du ou des enroulements récepteurs, et des moyens de traitement du signal fourni par les moyens d'amplification à détection synchrone. Le dispositif selon l'invention utilise ainsi, dans une application particulière et nouvelle, le principe de la détection synchrone, en réalisant une corrélation entre le signal bruité issu du ou des enroulements récepteurs, et un signal de référence de même fréquence ; à cet effet, l'amplificateur à détection synchrone comprend notamment un multiplieur dont les entrées reçoivent d'une part le signal issu du ou des enroulements récepteurs, d'autre part le signal de référence mis en forme et déphasé, tandis que la sortie du multiplieur fournit un signal dont la valeur moyenne est proportionnelle au cosinus de l'angle de déphasage.Avantageusement, à l'une des entrées du multiplieur, on prévoit un déphaseur qui est ajusté de manière qu'en l'absence d'élément de codage détectable, l'angle de déphasage soit nul, de telle sorte qu en cas de présence d'un élément détectable, il existe un déphasage non nul, fonction de la distance à laquelle se trouve l'élément détectable, ce qui fournit un moyen commode d'évaluation de la profondeur, en plus de la simple détection de présence dudit élément. Les moyens de traitement du signal, fourni par les moyens d'amplification à détection synchrone, sont réalisables comme des moyens de traitement numérique de l'information ; ils comprennent avantageusement des moyens de recherche d'éléments métalliques, des moyens de recherche de la direction d'éléments métalliques détectés, permettant un suivi de ces éléments, des moyens de détection et d'identification d'un code formé par une succession linéaire de tels éléments métalliques, et des moyens de détermination de la profondeur de ces éléments selon le principe indiqué plus haut, ainsi que des moyens indicateurs adaptés. De toute façon, l'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes d'exécution de ce dispositif pour la détection, l'identification et le suivi de canalisations enterrées ou autres objets optiquement invisibles Figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif conforme à la présente invention Figures 2, 3 et 4 montrent des exemples de formes et dispositions des enroulements émetteur et récepteur du dispositif selon l'invention Figure 5 est un schéma plus détaillé de l'amplificateur à détection synchrone. On décrira d'abord très sommairement l'objet à détecter, qui n'est pas directement concerné par la présente invention. Cet objet peut notamment être un grillage avertisseur 1, associé à une canalisation 2 et enfoui dans le sol au-dessus de la canalisation, comme représenté très schématiquement sur la figure 1 en haut et à droite. Les marqueurs sont constitués par des éléments 3 notamment métalliques et de faible épaisseur, électriquement conducteurs, disposés sur le grillage 1 dans une succession linéaire, éléments dont les dimensions, l'alternance et l'espacement sont déterminés pour constituer un code correspondant d'une manière univoque au réseau à identifier ; ce code est répété périodiquement pour le suivi de la canalisation. Ainsi, la détection du grillage 1 et la "lecture" du code permettent de reconnaître la présence et la nature de la canalisation 2 associée, tandis que la détermination de la profondeur d'enfouissement du même grillage 1 donne une évaluation de la profondeur minimum de la canalisation 2. Le dispositif de détection lui-même comprend au moins un enroulement émetteur 4 et au moins un enroulement récepteur 5, représentés symboliquement sur la figure 1 faisant aussi apparaître des condensateurs 6 et 7 montés respectivement en parallèle avec les enroulements 4 et 5. Les figures 2 à 4 montrent diverses formes et dispositions pratiques pour ces enroulements Selon la figure 2, la bobine émettrice 4 possède une forme en croissant, tandis que la bobine réceptrice 5 est de forme circulaire, son centre se situant en un point où le champ magnétique est nul en l'absence d'éléments métalliques. Dans le cas de la figure 3, la bobine émettrice 4 et la bobine réceptrice 5 sont l'une et l'autre de forme circulaire, et sont disposées suivant des cercles sécants. La variante de la figure 4 prévoit une bobine émettrice circulaire 4, et deux bobines réceptrices 5 et 5', circulaires et disposées symétriquement. Dans tous les cas, les enroulements émetteur 4 et récepteur 5 peuvent être réalisés à partir de bobines plates gravées sur un circuit imprimé ; les avantages d'une telle réalisation sont le faible coût, la légèreté et la souplesse de cette technique qui permet de donner aux bobines des formes très variées parfaitement reproductibles, les exemples décrits précédemment n'étant nullement restrictifs. En se référant de nouveau à la figure 1, le dispositif comprend un générateur de basse fréquence 8, pilotant un générateur de courant 9 qui alimente l'enroulement émetteur 4. Le générateur 8 comporte aussi une sortie de signal R servant de référence. L'enroulement récepteur 5 délivre un signal bruité S, qui est amené à l'entrée d'un pré-amplificateur 10 à faible bruit. Les signaux R et S sont dirigés l'un et l'autre vers un amplificateur à détection synchrone 11, qui réalise une corrélation entre le signal bruité S issu de l'enroulement récepteur 5 et un signal rectangulaire symétrique de même fréquence. La figure 5 illustre plus précisément la constitution et le fonctionnement de l'amplificateur à détection synchrone 11. Une première entrée 12 reçoit le signal de référence R, qui est amené à un circuit de mise en forme 13 puis à un déphaseur 14. Une seconde entrée 15 reçoit le signal bruité S, qui est amené à un amplificateur alternatif 16. Les sorties du déphaseur 14 et de l'amplificateur 16 sont reliées à un circuit multiplieur 17, qui délivre à sa sortie un signal de tension V. Un filtre passe-bas 18 de type "RC" est intercalé entre la sortie du circuit multiplieur 17 et un amplificateur continu 19. Le signal et la référence amenés aux entrées du circuit multiplieur 17 étant déphasés d'un angle 4;, la valeur moyenne du signal V à la sortie du circuit multiplieur 17 est proportionnelle à l'amplitude du signal d'entrée et au cosinus de l'angle de déphasage ti. Au moyen du déphaseur 14, le dispositif est réglé de manière à ce que, en l'absence d'éléments métalliques, l'angle de déphasage que soit égal à zéro. L'introduction d'un élément métallique, tel qu un élément 3 porté par le grillage 1, dans le voisinage du détecteur fait varier l'angle de déphasage qZ, et la valeur de cet angle de déphasage est fonction de la distance qui sépare l'élément métallique 3 du détecteur. Le signal issu de l'amplificateur à détection synchrone 1 1 est traité ensuite dans une unité de traitement numérique de l'information 20, réalisable sous la forme d'un microprocesseur avec mémoire chargée de données et d'un programme appropriés. Le programme implanté dans la mémoire de l'unité de traitement numérique 20 est découpé en plusieurs modules fonctionnels, symbolisés au bas de la figure 1, comprenant notamment un module 21 de recherche d'éléments métalliques, un module 22 de recherche de direction, et un module 23 de recherche de code. La détection de présence de métal, à l'aide du module 21, s'effectue selon le principe énoncé précédemment de la variation du déphasage 9. Un signal sonore, ou un voyant lumineux, indique à l'opérateur la présence d'un objet métallique. Par balayage on pourra effectuer une identification de l'objet, pour détecter s'il s'agit d'un élément métallique tel que plaque de dimensions limitées, ou d'un objet globalement linéaire. Dans le cas d'un objet linéaire, notamment d'une succession linéaire d'éléments métalliques 3 formant un code, le module 22 permet d'en détecter la direction, des moyens indicateurs étant avantageusement prévus pour signaler à l'opérateur qu'il se trouve à droite ou à gauche de l'axe de l'objet. La présence d'une canalisation 2 et sa direction générale étant ainsi détectées, l'opérateur se déplace avec le dispositif, suivant la direction détectée et à vitesse approximativement constante. Le signal fourni par le détecteur reproduit alors le code formé par les éléments 3. L'unité de traitement 20 avec le module 23, analysant le signal et son évolution dans le temps, peut ainsi constater l'existence d'un code, et assurer l'identification de ce code par comparaison avec des données mémorisées. L'opérateur est informé de la nature de la canalisation 2, selon le code identifié, grâce à un affichage analogique par diode(s) électroluminescente(s), ou à un affichage numérique. De plus, l'opérateur peut suivre le tracé de la canalisation 2 détectée et identifiée, sur la longueur voulue aussi longtemps que le code est présent, réalisant ainsi un "balisage". Pour l'évaluation de la profondeur des éléments métalliques 3 et/ou de la canalisation 2, les valeurs fournies par le détecteur sont comparées avec des tables de valeurs stockées en mémoire, éventuellement avec une correction selon la nature du sol. Un étalonnage préalable peut être effectué à partir d'une mesure directe de profondeur d'une canalisation identifiée. Enfin, une alimentation électrique embarquée, non représentée, donne au dispositif de détection l'autonomie nécessaire pour son utilisation sur le terrain. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif pour la détection, l'identification et le suivi de canalisations enterrées ou autres objets optiquement invisibles qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la détection, l'identification et le suivi de canalisations enterrées, ou d'autres réseaux enfouis dans le sol ou noyés dans des ouvrages de génie civil, ou encore de tous objets optique ment invisibles, plus particulièrement dispositif pour la détection de canalisations enterrées (2) recouvertes à une certaine distance d'un grillage avertisseur (1), porteur d'éléments de codage (3) détectables à distance par voie électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement, en combinaison, au moins un enroulement émetteur (4) alimenté par des moyens de génération (8,9) d'un signal électrique, au moins un enroulement récepteur (5,5') délivrant un signal (S) modifiable par la présence d'un élément détectable (3), des moyens d'amplification à détection synchrone (11) recevant d'une part le signal (R) issu des moyens de génération (8,9) précités et servant de référence, d'autre part le signal (S) issu du ou des enroulements récepteurs (5,5'), et des moyens de traitement (20) du signal (V) fourni par les moyens d'amplification à détection synchrone (11). 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement émetteur est constitué par une bobine émettrice (4) en forme de croissant, tandis que l'enroulement récepteur est constitué par une bobine réceptrice (5) de forme circulaire, dont le centre se situe en un point où le champ magnétique est nul en l'absence d'éléments métalliques. 3. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement émetteur et l'enroulement récepteur sont constitués par des bobines émettrice (4) et réceptrice (5) l'une et l'autre de forme circulaire, disposées suivant des cercles sécants. 4. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine émettrice circulaire (4) et deux bobines réceptrices (5,5') circulaires et disposées symétriquement. 5. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les enroulements émetteur (4) et récepteur (5,5') sont réalisés à partir de bobines plates gravées sur un circuit imprimé. 6. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'amplification à détection synchrone (11) comprennent un multiplieur (17) dont les entrées reçoivent d'une part le signal (S) issu du ou des enroulements récepteurs (5,5'), d'autre part le signal de référence (R) mis en forme (en 13) et déphasé (en 14), tandis que la sortie du multiplieur (17) fournit un signal (V) dont la valeur moyenne est proportionnelle au cosinus de l'angle de déphasage (X). 7. Dispositif de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu, à l'une des entrées du multiplieur (17), un déphaseur (14) qui est ajusté de manière qu'en l'absence d'élément de codage détectable (3), l'angle de déphasage (j) soit nul, de telle sorte qu'en cas de présence d'un élément détectable (3) il existe un déphasage () non nul, fonction de la distance à laquelle se trouve l'élément détectable. 8. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de traitement (20) du signal fourni par les moyens d'amplification à détection synchrone (11) comprennent des moyens de recherche (21) d'éléments métalliques (3), des moyens de recherche (22) de la direction d'éléments métalliques (3) détectés, permettant un suivi de ces éléments, des moyens de détection et d'identification (23) d'un code formé par une succession linéaire de tels éléments métalliques (3), et des moyens de détermination de la profondeur de ces éléments (3), ainsi que des moyens indicateurs. 9. Dispositif de détection selon l'ensemble des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens de traitement (20) précités comprennent des moyens de comparaison des valeurs (V) fournies par l'amplificateur à détection synchrone (Il) avec des valeurs stockées en mémoire, pour l'évaluation de la profondeur des éléments métalliques (3) détectés.