Brevet FR2692365A1 — publié le 19931217

La présente invention concerne un dispositif de détection et de localisation dans l'espace d'un ou plusieurs objets ferromagnétiques en déplacement. Elle est utilisable pour le contrôle de la qualité des grumes de bois et la localisation des particules ferromagnétiques qu'elles contiennent, pour la surveillance discrète de voies de passage tels que chemins d'accès à des sites sensibles ou champs de bataille, ou la commande de tourelles automatiques de destruction à distance automatiques, l'invention fournissant une estimation du type de véhicule caractérisé par une évaluation de sa masse ferromagnétique ainsi que ses coordonnées X, Y, Z à un instant donné. La localisation d'objets ferromagnétiques est connue et a fait l'objet entre autre du brevet français N" 79 26116, 83 10140, industriellement exploité. Les dispositifs actuels utilisent une émission d'ondes électromagnétiques et la mesure différentielle de la réémisssion d'ondes électromagnétiques de même fréquences par les objets placés dans le champ des ondes émises. L'expérience montre que la résolution de la détection et de la localisation exploitant les ondes électromagnétiques est entachée d'un bruit dû aux propriétés électromagnétiques de tous les objets baignés par les ondes elles-mêmes y compris les objets constitués de matériaux isolants de l'électricité. L'expérience montre que la compensation de ce défaut peut dans certains cas s'effectuer numériquement et est utilisée industriellement, mais elle reste un procédé coûteux et délicat. De même, la présence simultanée de métaux de natures diverses perturbe toujours la qualité de la sélectivité de la détection. Enfin l'utilisation d'un émetteur d'ondes électromagnétiques est coûteux et n'est pas discrète. Dans le cas de la détection et de la localisation d'objets ferromagnétiques, ces défauts sont éliminés par l'invention: la mesure utilise le rayonnement magnétique rémanent statique des objets ferromagnétiques, supprimant ainsi tous les effets pervers dûs aux objets de nature différente. Selon l'invention, le dispositif se compose de 4 magnétomètres de très haute sensibilité, non directifs, mesurant le module du champ magnétique local seul. Ces magnétomètres utilisant, par exemple, la résonance protonique, sont fiables, simples, robustes et très précis : ils présentent une résolution de l'ordre de 10-12 tesla. Trois de ces magnétomètres sont disposés à proximité du passage des objets à identifier. Le quatrième magnétomètre, servant à mesurer les variations de champ magnétique terrestre global et à les annuler, est placé à grande distance du chemin de passage des objets à localiser et à identifier. Selon l'invention, la résolution de la détection et la localisation des petits objets ferromagnétiques est améliorée par l'adjonction d'un magnétiseur, dispositif constitué d'aimants ou d'électro aimants placé en amont du chemin de passage des objets, et destiné à renforcer le champ rémanent des particules ou petits objets dont l'aimantation propre dans le champ terrestre serait trop faible pour être mesurée. La figure 1 représente une configuration non limitative, selon l'invention, destinée au contrôle des grumes de bois. Selon l'invention, cette configuration comprend un ensemble d'aimants (1) de grande énergie spécifique du type à terres rares, dont les pôles sont orientés de telle manière que le champ soit maximal dans l'entrefer (2). La culasse (3) constituée par un cadre en acier massif, ferme le champ magnétique. Cet ensemble peut être remplacé par une bobine encerclante parcourue par un courant permanent. Le statif (4) réalisé en matière amagnétique, supporte 3 magnétomètres (5, 6 et 7) répartis selon les 3 angles d'un triangle de préférence équilatéral dont le plan est perpendiculaire à l'axe de défilement des grumes. Un quatrième magnétomètre (8) est installé à une distance au moins égale à 2 à 3 fois la valeur du coté du triangle ci-dessus, et dans un plan contenant celui-ci. La grume (9) est représentée en cours de contrôle. Pour plus de clarté, le convoyeur d'amenage et de transfert de la grume, réalisé en matériaux amagnétiques n'a pas été représenté. Selon l'invention, la vitesse de déplacement (v) des grumes selon l'axe X est constante. La figure 2 représente le schéma de la chaîne de traitement du signal. Elle comprend, lorsque les magnétomètres (5, 6, 7 et 8) ne délivrent pas déjà leurs mesures sous forme numériques, 4 convertisseurs analogiques numériques (10, 11, 12 et 13) convertissant les tensions analogiques traduisant le champ magnétique global mesuré en données numériques avec une étendue et une précision suffisante. Les signaux numériques Si, S2, S3 et S4 des 4 voies sont présentés à l'entrée d'un microprocesseur (14), qui effectue les différences Si - Sq S2 - S4 , S3 - S4 afin d'éliminer les perturbations du champ magnétique ambiant dues aux objets magnétiques très éloignés, aux variations solaires, telluriques et météorologiques du champ local. Lorsqu'un des 3 signaux différentiels ci-dessus dépasse une valeur de consigne déterminée par la plus petite particule à détecter, le processeur mémorise une rafale de mesures correspondant par exemple à la totalité du temps de passage de la grume au droit des magnétomètres. Ces données après avoir été normées c'est-à-dire multipliées par un coefficient constant et identique pour toutes les voies, sont ensuite adressées à un circuit électronique spécialisé, communément appelé réseau de neurones (15), au travers des connexions (16), communément appelé bus. L'apprentissage préalable de ce réseau de neurones a consisté à lui présenter une grande quantité de données synthétisées par calcul, et correspondant à la présence d'une ou plusieurs particules, réparties de manière aléatoire, dans une grume de la plus grande taille possible et tel que le réseau de neurones délivre en sortie une estimation des coordonnées X, Y et Z des particules présentes, la coordonnée Y étant référencée par rapport à un repère arbitraire pris sur la grume. Les coordonnées Xj, Yj, Zi , ainsi que l'ensemble des données ci-dessus mesurées, brutes et non normées, de chaque objet portant l'indice i sont ensuite transférées au processeur (14) qui, en utilisant un algorithme mathématique de résolution non linéaire, fournit les valeurs exactes XXj, YYj, ZZ, et VV des particules ou objets qui sont alors exploitables par un dispositif connu, scie ou trépan d'extraction dans le cas par exemple d'une purge des grumes de bois. Ce même processeur (14) assure la gestion des données et des opérations séquentielles du traitement. La figure 3 représente une configuration géométrique destinée, selon l'invention à la surveillance de passages obligés ou à la destruction automatique de mobiles indésirables. Les 3 magnétomètres (17 , 18 et 19) sont disposés sur le sol ou enterrés, le quatrième (20) est disposé à une distance égale ou supérieure à 3 fois la distance séparant le magnétomètre (19) des magnétomètres (17) ou (18). Selon l'invention, les distances exactes séparant les 4 magnétomètres, mesurées, sont fournies au processeur (14), par un moyen connu, tel que clavier numérique par exemple. Les positions des magnétomètres (17 et 18) sont de préférence dans l'axe du passage, le magnétomètre (19) devant être placé à l'angle d'un triangle approximativement équilatéral, formé par la réunion des axes virtuels passant par les 3 centres de gravité des 3 magnétomètres. Les distances séparant ces 3 magnétomètres sont proportionnelles à la distance séparant le barycentre de la figure triangulaire constituée par les 3 magnétomètres et l'axe de passage (21) et cette disposition, selon l'invention, permet de repérer le sens du passage des véhicules (22), leur vitesse, une estimation de leur masse et les coordonnées exactes de leur trajectoire. Selon l'invention, la détermination effectuée par un réseau de neurones est suffisamment précise pour une surveillance de zones, alors que l'affinage des calculs nécessité par la connaissance précise du mouvement d'un véhicule comme par exemple pour commander une tourelle automatique, exige le traitement complémentaire par le processeur (14). Selon l'invention, les distances séparant les 4 magnétomètres sont transmises par le microprocesseur (14) au réseau de neurones (15). Selon l'invention, le schéma du traitement décrit figure 2 s'applique en ce cas. Le réseau de neurones subit un entraînement supplémentaire préalable, correspondant à différentes positions géométriques des capteurs (1, 2, 3 et 4) prédéterminées et suffisamment nombreuses pour que les positions réelles mesurées entrent dans une configuration d'entrainement très proche. Selon l'invention, ce dispositif est capable d'ajuster le tir (site et azimut) d'une tourelle automatique dans une zone de 200 m de diamètre de portée efficace, soit une couverture de l'ordre de 3 hectares en rase campagne. La figure 4 montre une vue de ce dernier dispositif qui nécessite le calcul d'une prédiction de trajectoire déduite des coordonnées du véhicule mesurées à chaque instant. Cette prédiction est effectuée par le processeur (14). La tourelle (23) s'oriente vers la cible (24) lorsque les acquisitions et les traitements détaillés ci-dessus sont menés à terme. Les positions relatives qu'ont la cible et la tourelle à cet instant sont représentées en grisé. REVENDICATIONS 1) Dispositif destiné à la localisation de plusieurs objets ou particules ferromagnétiques caractérisé par le fait qu'il utilise 4 magnétomètres (5, 6, 7 et 8) de mesure du module du champ magnétique local. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que 3 (5, 6 et 7) des 4 magnétomètres sont situés aux 3 extrémités d'un triangle proche du triangle équilatéral. 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le quatrième magnétomètre (8) est placé loin du lieu de passage des objets ou particules à localiser. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les 3 signaux constitués de la soustraction du signal du quatrième magnétomètre aux 3 autres, est exploité par un réseau électronique dit réseau de neurones préalablement entraîné (15). 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la précision de localisation est améliorée par l'utilisation d'un processeur et d'un algorithme mathématique (14). 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la résolution est accrue par magnétisation préalable des petits objets ferromagnétiques au travers d'un magnétiseur à aimants permanents ou à électro aimant (1). 7) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la particule ou l'objet à détecter passe soit à l'intérieur de la zone délimitée par les arètes du triangle, soit à l'extérieur de cette zone, ce choix dépendant de l'utilisation envisagée. 8) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le réseau de neurones (15) est préalablement entraîné pour différentes distances séparant les magnétomètres, lorsque ces distances ne sont pas fixées à l'avance. 9) Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le processeur et l'algorithme mathématique fournissent à chaque instant les coordonnées de la particule et sa vitesse de déplacement. 10) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que les résultats du processeur sont exploitables par une tourelle automatique, pour se caler en site et azimut.