Brevet FR2685092A1 — publié le 19930618

L'invention se rapporte à un procédé de mise en oeuvre d'un agencement de détection optique pour détecter des objets présents dans une zone surveillée au moyen d'un émetteur de lumière qui émet dans la zone surveillée des signaux lumineux en succession avec un intervalle de temps, et un récepteur de lumière qui est raccordé à une unité de traitement du signal reçu, laquelle délivre un signal de détection d'objets en fonction de la présence d'un objet dans la zone surveillée. Les agencements de détection optique peuvent être réalisés sous la forme de barrières lumineuses au sens large, c'est-à-dire que cette expression couvre les barrières lumineuses à réflexion, les détecteur lumineux, les détecteurs de distance, les appareils de mesure de distance de visibilité, etc. Les agencements de détection optique, en particulier les barrières lumineuses destinées à la reconnaissance d'objets fonctionnent en général suivant un principe dans lequel un signal lumineux sous la forme d'une impulsion individuelle est émis périodiquement pendant une courte durée et la lumière réfléchie par l'objet est reçue par le récepteur de lumière et évalué dans une unité de traitement de signal de réception Après chaque signal émis suit une pause comparativement longue, qui peut correspondre à environ 10 à fois la longueur du signal émis. 2 - C'est toutefois un problème dans les agencements de détection optique décrits que des signaux parasites qui varient dans le temps, en particulier également des signaux parasites périodiques, peuvent entraîner un faussement des résultats d'évaluation lorsqu'ils se produisent précisément pendant l'émission du signal lumineux et arrivent par la voie optique ou par la voie électromagnétique dans l'unité de traitement du signal reçu Ces signaux parasites peuvent aussi bien être des signaux parasites optiques que des signaux parasites électromagnétiques qui sont induits dans la partie électronique de l'agencement de détection qui suit la conversion opto-électronique dans le récepteur de lumière. Pour cette raison, on a déjà tenté d'atténuer l'influence de signaux parasites au moyen de filtres à la suite du récepteur de lumière, qui ne laissent pas passer tous les signaux reçus comme étant des signaux de détection d'objets. Ces mesures ont cependant l'inconvénient que l'on évalue uniquement une valeur de la lumière reçue moyennée sur une certaine période La fréquence effective à laquelle on peut délivrer des signaux de détection d'objets est de ce fait réduite d'une manière indésirable. On a par ailleurs tenté de reproduire la forme du signal parasite pendant l'émission du signal lumineux en déterminant la forme du signal parasite avant et/ou après l'émission d'un signal lumineux, et grâce à cette information, d'éliminer le signal parasite du signal lumineux reçu Dans un procédé de ce type, il peut se produire que le signal parasite ne présente pas une régularité suffisante de sorte qu'une reproduction est largement impossible, suite à quoi un déroulement sans erreur du processus n'est plus assuré. -3 - Le déroulement du processus connu peut en particulier être affecté du fait que des signaux parasites se produisent suivant une certaine régularité suite à quoi des perturbations massives peuvent se produire par exemple dans le cas d'une coïncidence répétée du signal émis en forme d'impulsion et du signal parasite En particulier, des signaux parasites de fréquences plus élevées peuvent également fortement affecter le fonctionnement du processus connu. Le problème sous-jacent à l'invention est de réaliser un procédé du type mentionné au début, qui présente une forte résistance aux parasites, et qui permet une élimination optimale des parasites, en particulier également dans le cas de signaux parasites qui apparaissent régulièrement. Selon l'invention, ce problème est résolu en ce que chaque signal lumineux émis individuel comprend une pluralité d'impulsions qui se suivent à une fréquence de succession, et en ce que les signaux lumineux reçus traversent un agencement de filtre dans l'unité de traitement des signaux reçus, cet agencement de filtre étant perméable à des composantes spectrales de la fréquence de succession des impulsions. Ainsi, conformément à l'invention, on utilise en tant que signal lumineux une succession d'impulsions au lieu de l'impulsion unique habituelle jusqu'ici La succession d'impulsions reçue traverse ensuite un agencement de filtre qui est perméable à des composantes spectrales de la fréquence de succession des impulsions, grâce à quoi les composantes des signaux parasites à l'extérieur de la fréquence de succession des impulsions sont éliminées. 4 - Un avantage de ce procédé réside dans le fait que les signaux émis et reçus ont une largeur de bande nettement plus étroite que par exemple des impulsions individuelles, grâce à quoi les signaux reçus, après filtrage préalable suivant une bande étroite, sont d'une part plus faciles à traiter et l'on peut d'autre part éliminer au moyen de l'agencement de filtre une proportion plus importante des signaux parasites puisque tous les signaux parasites situés à l'extérieur de la bande étroite des signaux émis ou reçus sont filtrés par l'agencement de filtre et ne parviennent ainsi pas dans le traitement ultérieur. Un dérangement possible du fonctionnement du procédé de l'invention par des signaux parasites situés exactement dans la région de la fréquence de succession des impulsions peut-être exclu au moyen des variantes avantageuses décrites ci-après du procédé de l'invention. a) La fréquence de succession des impulsions des signaux lumineux individuels est modifiée après chaque émission d'un signal lumineux Comme il peut être exclu que la fréquence des signaux parasites varie ici exactement de la même manière que la fréquence de succession des impulsions, on élimine de manière efficace grâce à cette méthode les dérangeménts décrits ci-dessus. b) La modification de la fréquence de succession des impulsions suivant a) n'est effectuée que lorsque l'on détecte un signal parasite pendant les pauses entre les émissions d'un signal lumineux, en particulier un signal parasite ayant la fréquence du signal lumineux émis en dernier lieu. c) La fréquence de succession des impulsions qui se suivent à l'intérieur d'un signal lumineux n'est pas maintenue - constante, mais elle est augmentée ou diminuée, en particulier de façon continue Grâce à cette "wobulation" ou modulation en fréquence des signaux lumineux individuels, un parasite périodique peut avoir tout au plus encore un effet dans une toute petite zone d'un signal lumineux individuel, grâce à quoi un signal lumineux reçu ne peut cependant être falsifié que de façon minimale, de sorte qu'il ne se produit ici aucune erreur. d) En cas de détection d'un signal parasite après émission d'un signal lumineux, l'émission du signal lumineux suivant est décalée aussi longtemps que l'amplitude du signal parasite détecté soit retombée au- dessous d'un seuil prédéterminé. e) Un signal parasite éventuellement présent avant et/ou après l'émission d'un signal lumineux est détecté par le détecteur de lumière et l'information ainsi obtenue est utilisée pour déterminer approximativement la forme du signal parasite pendant l'émission du signal lumineux et pour l'extraction du signal utile à partir du signal lumineux total reçu composé du signal utile et du signal parasite. Dans tous les procédés décrits on peut effectuer en complément des réceptions test entre les émissions de signaux lumineux afin de détecter des signaux parasites. Dans ce cas, on émet des signaux lumineux par exemple uniquement lorsque le niveau des signaux parasites déterminés lors des réceptions test est suffisamment faible. Il est en outre également possible de n'utiliser un signal reçu pour l'évaluation que lorsque l'on détecte à la suite de la réception un niveau de signal parasite suffisamment faible. -6- Un appareil particulièrement avantageux pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprend en tant qu'agencement de filtre un multiplicateur à la première entrée duquel on applique le signal reçu filtré, en particulier au moyen d'un filtre passe-haut, et à la seconde entrée duquel on applique un autre signal dont la fréquence de base coïncide avec la fréquence respective de succession des impulsions du signal lumineux émis Ici, on peut encore prévoir un préamplificateur connecté entre le filtre passe-haut et le multiplicateur. L'utilisation d'un multiplicateur en tant qu'agencement de filtre procure des avantages importants: De cette manière, on peut réaliser l'agencement de filtre de façon très simple sous forme monolithique. La fréquence moyenne de ce filtre passe-bande réalisé sous la forme de multiplicateur peut être modifiée d'une manière très simple en modifiant la fréquence de base de l'autre signal appliqué à la seconde entrée du multiplicateur, ce qui est en particulier avantageux lorsque l'on utilise le procédé suivant les points a), b) et c) ci-avant, puisque la fréquence de base de l'autre signal doit ici varier de façon synchrone avec la fréquence de succession des impulsions des signaux lumineux émis. Un filtre passe-bande réalisé sous la forme d'un multiplicateur peut être ramené sans difficulté à un niveau d'énergie défini, sans que l'on ne doive tenir compte d'oscillations postérieures comme par exemple avec des filtres passe-bande en céramique. 7 - Puisque les deux signaux à multiplier ont chacun la même fréquence, mais l'amplitude du signal lumineux reçu varie en fonction de la présence d'un objet dans la zone à surveiller, il apparaît à la sortie du multiplicateur un signal qui comprend une composante de fréquence double de la fréquence de succession des impulsions et une composante de signal continue L'amplitude de la composante continue représente la présence d'un objet dans la zone à surveiller Cette composante de signal peut être filtrée d'une manière extrêmement simple au moyen d'un filtre passe-bas connecté après le multiplicateur et évalué. Dans des formes de réalisation avantageuses de l'appareil décrit, tant les impulsions du signal lumineux que les impulsions de l'autre signal peuvent avoir une forme sinusoïdale ou rectangulaire. De préférence, un démodulateur peut être connecté après le filtre passebas mentionné ci-dessus, ce démodulateur pouvant être réalisé par exemple sous la forme d'un intégrateur Au cours des périodes dans lesquelles aucun signal lumineux n'est émis, cet intégrateur peut être court-circuité, afin d'éviter de cette manière que des signaux parasites qui se produisent entre les émissions des signaux lumineux n'influencent la production d'un signal de détection d'objet Il est en outre avantageux de retarder dans le temps la démodulation du signal de sortie du filtre passe-bas, effectué au moyen de l'intégrateur, aussi loin que la durée de transit du filtre passe-bas soit compensée. Afin de compenser les éventuelles différences de durée de transit entre le signal lumineux reçu et l'autre signal qui doit être mélangé de façon multiplicative avec ce signal, on peut prévoir un premier et un second multiplicateur, chacune 8 - des premières entrées des deux multiplicateurs recevant le signal reçu, tandis que l'on applique à la seconde entrée du premier multiplicateur l'autre signal et à la seconde entrée du second multiplicateur l'autre signal avec un décalage de phase de 900 Les signaux de sortie des deux multiplicateurs sont alors respectivement filtrés dans un filtre passe-bas et ensuite additionnés De cette manière, on élimine les effets des différences de durée de transit mentionnées. L'invention sera décrite ci-après en se rapportant aux exemples de réalisation montrés dans les figures; ces dernières montrent: Fig 1 un schéma-bloc d'un mode de réalisation avantageux d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, Fig 2 les évolutions temporelles possibles des signaux indiqués dans la fig 1, et Fig 3 des formes avantageuses de signaux lumineux pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. La fig 1 montre un oscillateur 2, qui produit une oscillation de base, par exemple de forme sinusoïdale, laquelle est alimentée, le cas échéant via un conformateur 3 de signal, sous la forme d'un signal A dans un générateur 4 de succession d'impulsions Le générateur 4 de succession d'impulsions est raccordé à une unité de commande 1 à laquelle est fourni le signal produit par l'oscillateur 2. L'unité de commande produit un signal de commande B qui indique au générateur 4 de succession d'impulsions dans quels intervalles de temps une succession d'impulsions doit être respectivement produite. 9 - Les successions d'impulsions C produites par le générateur 4 de successions d'impulsions sont transmises à un émetteur lumineux 5 qui émet un signal lumineux 6 en correspondance du signal C Le signal lumineux 6 est réfléchi par un objet 7, par exemple dans le cas o un objet est présent dans la zone à surveiller, et parvient sous la forme d'un signal de réception de lumière 8 à un récepteur de lumière 9 o il est alors à nouveau converti en un signal électrique Le signal reçu peut alors être passé en option dans un filtre passe-haut 10 qui filtre les signaux parasites de basse fréquence et réduit de ce fait la dynamique des signaux à traiter dans le cas de composantes importantes de parasites à basse fréquence. Le signal filtré par exemple de cette manière peut alors être transmis à un préamplificateur Il optionnel, à partir duquel il parvient à une première entrée d'un multiplicateur 12. Le signal de sortie de l'oscillateur 2 est appliqué à la seconde entrée du multiplicateur 12. Pour le cas o le conformateur de signaux 3 produit des signaux rectangulaires, le multiplicateur 12 peut être conçu en tant que simple agencement de commutation analogique. Cependant, si le signal A a une forme sinusoïdale, le multiplicateur 12 est conçu en tant que multiplicateur analogique. Dans le multiplicateur 12 est produit un signal qui comprend des composantes de la somme et de la différence des fréquences des deux signaux appliqués à ses entrées Puisque les deux signaux ont la même fréquence et que le signal reçu diffère, en fonction de la présence d'un objet dans la zone à surveiller, uniquement par son amplitude par rapport à - l'autre signal appliqué à la seconde entrée du multiplicateur, la composante de fréquence différentielle du signal de sortie du multiplicateur 12 est un signal continu, dont l'amplitude fournit une indication sur la présence d'un objet dans la zone surveillée Afin de filtrer cette composante continue hors du signal de sortie du multiplicateur 12, un filtre passe-bas 13 est connecté après celui-ci. Le signal de sortie du signal de sortie passe-bas 13 est transmis via un amplificateur optionnel 14 par exemple à un commutateur 15, en option un commutateur commandé Le commutateur 15 reçoit de l'unité de commande 1 un signal D, de telle manière que le commutateur est ouvert pendant les pauses entre les émissions de signaux lumineux et fermé pendant l'émission de signaux lumineux, de sorte que le signal reçu ne parvient à la sortie du commutateur 15 que pendant l'émission de signaux lumineux. Le signal de sortie du commutateur 15 est appliqué à un démodulateur 16, qui peut par exemple être réalisé sous la forme d'un intégrateur L'intégrateur 16 reçoit également le signal D de l'unité de commande 1, de telle manière qu'il est remis à zéro pendant les pauses entre les émissions de signaux lumineux Ainsi, les signaux parasites se produisant entre les émissions de signaux lumineux sont éliminés. Le signal de sortie E à la sortie de l'intégrateur 16 présente à la fin de la période de mesure une valeur qui fournit l'information désirée sur la présence d'un objet dans la zone à surveiller et qui peut être utilisée pour la suite de l'évaluation du signal. Dans le cas du principe de détection en réflexion, on peut également réaliser l'agencement décrit de façon double La il - fig 2 montre des évolutions temporelles possibles des signaux A à E. L'oscillateur 2 produit un signal périodique rectangulaire A. L'unité de commande 1 délivre un signal B qui présente un niveau élevé pendant les intervalles de temps au cours desquelles doit se produire une émission de signal lumineux, et un niveau faible au cours des pauses entre les émissions de signaux lumineux. Le signal C montre la succession d'impulsions, produite par le générateur 4 de succession d'impulsions, qui peut être par exemple obtenue par multiplication des signaux A et B. Le signal D représente le signal de l'unité de commande 1 qui assure la commande du commutateur 15 ou du démodulateur 16 Le signal D déclenche une remise à zéro de l'intégrateur 16 après chaque émission d'une succession d'impulsions. Les trois intervalles de temps illustrés pour le signal E représentent une évolution possible du signal de sortie de l'agencement de détection lors de la présence d'un objet dans la zone à surveiller au cours du premier intervalle de temps. La fig 3 montre des formes possibles de signaux lumineux émis les uns à la suite des autres, qui selon l'invention, sont constitués de successions d'impulsions. La fig 3 a montre un signal lumineux Ll, à l'intérieur duquel les impulsions I se succèdent à une fréquence de succession constante La fréquence de succession des 12 - impulsions de tous les signaux lumineux L 2, L 3, qui suivent le signal lumineux Li est ici constante. La fig 3 b montre un signal lumineux Lt', dans lequel la fréquence de succession suivant laquelle se succèdent les impulsions à l'intérieur de ce signal lumineux est également constante Cependant, dans cet exemple, la fréquence de succession des impulsions des signaux lumineux successifs Lt', L 28, L 3 ',, diminue de façon continue, et la fréquence de succession des impulsions du n-ième signal lumineux Ln' est à nouveau égal à la fréquence de succession des impulsions du signal lumineux LI', suite à quoi la fréquence de succession des impulsions des signaux lumineux qui suivent le signal lumineux Ln' augmente à nouveau de façon continue. La variation décrite de la fréquence de succession des impulsions des signaux lumineux peut être effectuée soit après chaque émission d'un signal lumineux, ou uniquement en cas de présence d'un signal parasite dans la région de la fréquence de succession des impulsions. Il est également possible d'augmenter la fréquence de succession des impulsions de façon non continue, mais de la réduire de façon continue Une variation discontinue de la fréquence de succession des impulsions est également possible. La fig 3 c montre des signaux lumineux Ll", L 2 ", L 3 ", dans lesquels la fréquence de succession des impulsions qui se succèdent à l'intérieur d'un signal lumineux est augmentée de façon continue Ici également, une réduction est possible à titre de variante. 13 - Les signaux lumineux sont représentés à la fig 3 de manière uniquement schématique, puisqu'ils comportent en pratique un nombre d'impulsions nettement plus élevé. A L- REVENDICATIONS 1 Procédé de mise en oeuvre d'un agencement optique de détection pour détecter des objets ( 7) présents dans une zone de surveillance au moyen d'un émetteur lumineux ( 5) qui émet dans la zone de surveillance des signaux lumineux ( 6) avec un délai les uns après les autres, et d'un récepteur de lumière ( 9) qui est connecté à une unité de traitement des signaux reçus, cette unité fournissant un signal (E) de détection d'objets en fonction de la présence d'un objet ( 7) dans la zone de surveillance, caractérisé en ce que chaque signal lumineux individuel émis ( 6) comprend une pluralité d'impulsions (I) qui se succèdent à une fréquence de succession déterminée, et en ce que les signaux lumineux reçus ( 8) traversent dans l'unité de traitement des signaux reçus un agencement de filtre ( 10, 12, 13) qui laisse passer des composantes spectrales des successions d'impulsions (L, L', L"). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de succession suivant laquelle se succèdent les impulsions (I) à l'intérieur d'un signal lumineux (L, L') est constante. 3 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de succession des impulsions des signaux lumineux (L) individuels qui se succèdent est constante. - 4 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la fréquence de succession des impulsions des signaux lumineux (L') individuels qui se succèdent est modifiée. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence de succession des impulsions est modifiée après chaque émission d'un signal lumineux. 6 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence de succession des impulsions est modifiée lors l'apparition d'un signal parasite qui présente des composantes spectrales dans la région de la fréquence de succession des impulsions. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 et 4 à 6, caractérisé en ce que la fréquence de succession des impulsions qui se succèdent à l'intérieur d'un signal lumineux (L") n'est pas constante. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fréquence de succession des impulsions qui se succèdent à l'intérieur d'un signal lumineux est augmentée ou diminuée de façon continue. 9 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue des réceptions test entre les émissions de signaux lumineux ( 6) afin de détecter des signaux parasites. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on émet des signaux lumineux ( 6) uniquement lorsque le niveau des signaux parasites déterminés lors des réceptions test est suffisamment faible. 11 Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'on utilise un signal reçu ( 8) pour l'évaluation uniquement lorsque l'on détecte à la suite de la réception un niveau de signal parasite suffisamment faible. 12 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détecte au moyen du récepteur de lumière ( 9) un signal parasite éventuellement présent, avant et/ou après émission d'un signal lumineux ( 6), et en ce que l'on utilise l'information ainsi obtenue pour déterminer approximativement la forme du signal parasite pendant l'émission du signal lumineux et pour extraire le signal utile à partir du signal lumineux total reçu, composé du signal utile et du signal parasite. 13 Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement de filtre ( 10 12 13) comprend un multiplicateur ( 12) à la première entrée duquel est appliqué le signal reçu filtré, en particulier au moyen d'un filtre passe-haut ( 10) et à la seconde entrée duquel est appliqué un autre signal (A), dont la fréquence de base coïncide avec la fréquence de succession des impulsions respective du signal lumineux émis ( 6). 14 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'un préamplificateur ( 11) est raccordé entre le filtre passe-haut ( 10) et le multiplicateur ( 12). Appareil selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l'autre signal (A) a une forme sinusoïdale. 16 Appareil selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l'autre signal (A) a une forme rectangulaire. 17 Appareil selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que les impulsions du signal lumineux ont une forme sinusoïdale. 18 Appareil selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que les impulsions (I) du signal lumineux ont une forme rectangulaire. 19 Appareil selon l'une des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que le signal présent à la sortie du multiplicateur ( 12) est transmis à un filtre passe-bas ( 13). Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'un démodulateur ( 15, 16) est connecté après le filtre passe-bas. 21 Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que la démodulation du signal de sortie du filtre passe-bas ( 13) est retardée dans le temps de telle manière que sa durée de signal soit compensée. 22 Appareil selon l'une des revendication 20 ou 21, caractérisé en ce que le démodulateur ( 15, 16) comprend un intégrateur ( 16). 23 Appareil selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'intégrateur ( 16) est court-circuité pendant les périodes au cours desquelles aucun signal lumineux ( 6) n'est émis. 24 Appareil selon l'une des revendications 13 à 23, caractérisé en ce qu'il comprend un premier et un second multiplicateur présentant chacun une première et une seconde sortie, le signal reçu étant appliqué à chacune des premières entrées, l'autre signal étant appliqué à la seconde entrée du premier multiplicateur, et le second signal étant appliqué avec un décalage de phase de 900 à la seconde entrée du second multiplicateur. Appareil selon la revendication 24, caractérisé en ce que les signaux de sortie des deux multiplicateurs sont appliqués à des filtres passe-bas respectifs, dont les signaux de sortie sont transmis à un étage d'addition.