Brevet FR2700616A1 — publié le 19940722

DETECTEUR MOBILE DE PROXIMITE D'OBJETS FERROMAGNETIQUES ET MINE EQUIPEE L'invention se situe dans le domaine des détecteurs de proximité d'objets ferromagnétiques en particulier mais non pas exclusivement ceux utilisés dans les mines antichar mobiles. L'invention concerne également la mine équipée d'un détecteur selon l'invention. La détection de proximité d'objets ferromagnétiques est souvent réalisée à partir de la mesure des variations du champ magnétique terrestre, et elle est couramment utilisée avec des capteurs immobiles. Dans un capteur mobile, une telle détection est beaucoup plus difficile puisqu'elle doit restituer l'amplitude du champ, par mesure directe ou par calcul à partir de la valeur de trois composantes. La précision de la mesure doit être compatible de l'amplitude des variations du champ magnétique terrestre à détecter1 et sa bande passante compatible des mouvements de l'engin, ce qui augmente la difficulté de réalisation d'un tel détecteur. D'autres solutions de détection sont basées sur l'emploi de circuits oscillants. Ces circuits sont constitués d'une bobine et d'un condensateur privilégiant une fréquence de résonance fonction des valeurs des condensateurs et de la bobine. Les contraintes de dimensions de la bobine et du condensateur imposent généralement de choisir une fréquence assez élevée. Une variation de l'inductance de la bobine par présence d'objet ferromagnétique modifie l'accord du circuit. Cette modification se traduit par une variation de la tension mesurée aux bornes du circuit. Mais l'accord peut être également modifié par les influences capacitives entre l'objet et le détecteur. La réponse du détecteur est alors particulièrement difficile à analyser (couplage entre les influences de champ magnétique et de champ électrique). Le problème technique résolu par la présente invention est de détecter la proximité d'un objet ferromagnétique et uniquement ferromagnétique à partir d'un détecteur placé dans un engin mobile et de dimension réduite, et ceci quelle que soit la direction de présentation de l'objet ferromagnétique par rapport au détecteur. Un autre objet de l'invention est que la détection ne soit sensible qu'à la position relative de l'objet à détecter et du détecteur sans perturbations dues à la vitesse relative de l'objet et du détecteur ou à leurs positions dans le champ magnétique terrestre. Un autre objet du détecteur selon l'invention est, lorsque l'objet ferromagnétique à détecter a une surface générable par une droite, par exemple un cylindre ou un plan, ce dernier cas étant celui de la partie extérieure d'un patin de char, de ne fournir un signal de détection que si une génératrice de l'objet est sensiblement parallèle à une direction de référence du détecteur. Dans une forme avantageuse de réalisation, le détecteur peut donner la direction approximative de l'objet dans un plan perpendiculaire à la direction de référence du détecteur. Lorsqu'il est employé dans une mine antichar mobile le détecteur permet de ne déclencher la mise à feu de la mine, uniquement si cette dernière est placée à proximité et parallèlement à un patin de chenille. Dans ces conditions une bonne efficacité est obtenue avec une faible quantité d'explosif, ce qui permet de diminuer le poids et l'encombrement de la mine et partant sa détectabilité. A toutes ces fins l'invention a pour objet un détecteur de proximité d'objets ferromagnétiques, destiné à produire un signal de détection, et comportant à cet effet un circuit magnétique de forme longitudinale, au moins un capteur de champ magnétique situé dans un entrefer du circuit magnétique et délivrant un signal fonction du champ magnétique le traversant, une bobine traversée par le circuit magnétique et recevant un courant périodique en provenance d'une alimentation chaque période d'alimentation comportant une demipériode positive et une demi-période négative, et enfin des circuits produisant un signal de détection par traitement du signal issu de chaque capteur. Par forme longitudinale du circuit magnétique, on entend une forme dans laquelle une des trois dimensions du volume occupé par le circuit est grande par rapport aux deux autres. De préférence le circuit magnétique est réalisé dans un matériau à forte perméabilité magnétique. De préférence les entrefers où sont placés les capteurs réalisent une concentration des lignes magnétiques au niveau de l'entrefer au moyen d'une déformation locale visant à diminuer la surface de section droite du circuit au niveau de l'entrefer. Dans une forme avantageuse de réalisation le circuit magnétique comporte plusieurs entrefers, chacun comportant un capteur et les signaux issus des différents capteurs sont après traitement par leurs circuits de traitement respectifs comparés de façon à détecter une direction approximative de l'objet détecté dans un repère lié au détecteur. De préférence dans cette forme de réalisation, le circuit magnétique a une forme longitudinale, des pôles magnétiques étant disposés à chacune des extrêmités du circuit. Dans cette forme de réalisation, un objet ferromagnétique n'est détecté que si cet objet referme le circuit magnétique sur deux pôle, dont l'un est situé à une extrêmité du circuit et l'autre à une autre extrêmité. Cette dernière forme de réalisation est particulièrement bien adaptée au cas d'une mine antichar tractée, conçue pour couper un patin de chenille. La forme du détecteur garantit alors, s'il y a détection, que l'axe longitudinal de la mine se trouve en entier à proximité d'un patin de la chenille du char. Dans un exemple de réalisation une partie au moins de l'explosif constituant une telle mine est disposé autour de l'axe longitudinal du circuit magnétique,. De préférence enfin les circuits de détection effectuent un traitement du signal issu des capteurs selon des périodes synchrones du courant d'alimentation de la bobine par exemple par exploitation du signe du courant d'alimentation. Les capteurs peuvent être par exemple à effet HALL ou magnéto résistifs. Un mode général et un mode préféré de réalisation d'un détecteur selon l'invention ainsi qu'une mine comportant ce dernier seront décrits ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente le détecteur selon l'invention dans son mode de réalisation le plus général; - la figure 2 représente un exemple de circuit de traitement du signal issu d'un capteur; - la figure 3 représente la forme des signaux en sortie des différents étages du circuit représenté figure 2; - la figure 4 représente un exemple préféré de réalisation dans lequel le capteur peut détecter la direction approximative de l'objet détecté; -la figure 5 représente l'organisation des circuits de traitement dans le cas d'un capteur tel que représenté figure 4. - la figure 6 représente deux demi-coupe longitudinales d'une mine comportant un détecteur selon la forme de réalisation de la figure 4. La figure 1 représente le schéma d'un détecteur 200 selon l'invention dans sa forme la plus générale. Un circuit magnétique 20 constitué sur cette représentation d'un assemblage de deux barres 21 et 22 en matériau à forte perméabilité magnétique, et situées axialement dans le prolongement l'une de l'autre, comporte un entrefer 2, dans lequel est placé un capteur magnétique 3. Une bobine 4 ayant pour axe, I'axe 00' des barres constituant le circuit 20, est parcourue par un courant alternatif sinusoïdal constant fourni par une alimentation 5. Le signal issu du capteur est traité par un circuit de traitement 60. Dans la forme préférée de réalisation, ce circuit reçoit sur l'une de ses entrées 7, un signal représentant le signe du courant d'alimentation produit par le circuit d'alimentation 5 et sur une autre entrée 8 le signal en sortie du capteur 3. Selon la valeur du signal en sortie 9 du circuit 60 on sait qu'un objet ferromagnétique est présent ou non à une distance comprise entre 1 et 20 cm. Le signal ainsi traité peut être directement ou après seuillage et amplification utilisé pour déclencher une alarme ou une mise à feu. Le fonctionnement est le suivant. La bobine 4 alimentée en courant alternatif sinusoïdal constant, produit une force magnétomotrice de module constant. Cette force magnétomotrice produit un flux qui passe dans le capteur de champ magnétique 3. Le circuit 20 possède une forme choisie afin d'augmenter l'intensité du champ au niveau des capteurs (chanfrein diminuant la section droite des barres au niveau de l'entrefer). La présence d'un objet ferromagnétique au voisinage du circuit modifie fortement la répartition des lignes de champ (en particulier les lignes de champ qui fermaient auparavant directement sur l'axe 00' du circuit magnétique) et provoque une variation du flux reçu par le capteur 3. C'est cette variation qui est mesurée et traitée par le circuit 60. II convient de noter que la forme du circuit magnétique est indépendante dans une large mesure du type de capteur de proximité choisi. Le type de capteur choisi influe par contre sur le réglage de sensibilité. Un capteur à effet Hall, dont le signal de sortie est la tension de Hall, qui par principe est peu sensible, a été choisi dans les exemples de réalisation selon l'invention, car il est moins influencé par le champs magnétique terrestre. De plus il est injecté dans la bobine 4 un courant assez fort pour rendre négligeable le champs magnétique terrestre. Un exemple de réalisation d'un circuit de traitement selon le mode préféré sera ci-après décrit en référence aux figures 2 et 3. En référence à la figure 2, le signal en sortie 8 du capteur 3 est introduit sur un circuit inverseur de polarité 61. L'inversion de polarité est commandée pour chaque demi-période de rang pair par un signal, en provenance d'une sortie 7 des circuits 5 d'alimentation de la bobine 4. Le signal présent sur la borne 7 est constitué par des créneaux de tension alternativement positifs et négatifs synchronisés avec le signe du courant d'alimentation de la bobine 4 produit par le circuit 5. La génération de tels créneaux est bien connue dans l'art, ainsi que les inverseurs de polarités. Ceux-ci ne seront donc pas plus avant décrits.Le signal en sorties 62, 63, est intégré période par période dans un intégrateur 64, dont la sortie 65 alimente un circuit 68 comportant un circuit suiveur 66, recevant la sortie 65 de l'intégrateur 64, le circuit suiveur alimentant un circuit bloqueur 67 dont la sortie 9 porte le signal traité. La sortie 9 dans un mode particulier de réalisation alimente un circuit de déclenchement 10, pour une mise à feu lorsque le niveau détecté est supérieur à un seuil prédéterminé dénotant un objet ferromagnétique. La forme des signaux en sortie du capteur 3 et de chacun des circuits du dispositif de traitement 60 est représentée figures 3a à 3f par des courbes 3a à 3f. Le courant reçu par la bobine 4 est, on l'a vu, un courant sinusoïdal de module constant. Le champ magnétique mesuré par le capteur 3 devrait donc être une sinusoïde pure également. En raison de la présence d'autres champs magnétiques cette sinusoïde est décalée (vers le haut sur la figure 3a), d'une quantité qui est fonction de la position du capteur dans les autres champs magnétiques. Cette composante de décalage varie lentement en fonction des mouvements du capteur dans ce champ. Sur la figure 3a, ainsi que sur les autres courbes de la figure 3, on a représenté les signaux pendant un temps égal à deux périodes du circuit d'alimentation 5. La première période est considérée comme une période où aucun objet ferromagnétique n'est à proximité du capteur. La seconde période est représentée alors qu'un objet ferromagnétique a introduit une modification dans le signal délivré par le capteur. La première période est comprise entre le temps to et le temps t11 la seconde entre le temps t1 et le temps t2. La première période du signal capteur représentée figure 3a est une sinusoïde décalée vers le haut par rapport à l'axe des temps d'une valeur OM matérialisée par un trait d'axe Mx sur la figure 3a.Sur la seconde période, on a toujours une sinusoïde mais du fait de la perturbation introduite dans les lignes de champ la valeur du champ magnétique (son module) a changé. La figure 3b représente les créneaux de courant qui commandent le sens d'inversion de polarité du courant introduit dans le circuit inverseur 61 à chaque demi-période de rang pair. Pour une période cette inversion a lieu à la demi-période soit à t t 2 La courbe 3c (figure 3c) représente la forme du signal à la sortie du circuit inverseur 61 et donc à l'entrée du circuit intégrateur 64. La surface comprise entre l'axe des temps et la courbe 3c est égale pour la première demi-période à la somme des surfaces Sg du t1 t0 rectangle de hauteur OM (figure 3a) et de longueur , 2 et de la 2 surface S1 comprise entre la courbe 3a de la figure 3a et l'axe Mx. La valeur algébrique de la surface comprise entre la courbe 3c et l'axe des temps est pour la seconde demi-période égale à la différence des surfaces S1 et So précédemment définies. L'intégrale de la courbe 3c sur cette première période est donc égale à 2S1. Elle est indépendante de la valeur OM des champs magnétiques permanents.Dans I'approche théorique ci-dessus on suppose implicitement que les variations du champ magnétique permanent dues aux mouvements du capteur sont au moins un ordre de grandeur au-dessous des variations induites par le courant parcourant la bobine 4, assertion d'autant mieux vérifiée que la fréquence de ce courant est élevée. Sur la deuxième période la valeur algébrique de la surface comprise entre la courbe de la figure 3c et l'axe du temps est égale à 2S'1. La différence entre la valeur de l'intégrale de la seconde période et celle de la première est donc égale à 2S'1 - 2S1 et résulte essentiellement des perturbations induites par la présence d'un objet ferromagnétique. La courbe 3d (figure 3d) représente l'intégrale dans le temps, période par période, de la courbe de la figure 3c. La valeur atteinte par cette courbe au temps t1 est donc 2S1 et 2S'1 au temps t2. Le circuit 68 en sortie de l'intégrateur est destiné à matérialiser cette différence. Cette différence est matérialisée avec une période de retard par des paliers représentant la valeur de l'intégrale de la période précédente (figure 3f). Le circuit déclencheur 10 reçoit ces paliers. II comporte des comparateurs qui comparent la valeur du palier en cours à la valeur du palier obtenu à vide en l'absence de toute masse ferromagnétique. Une différence supérieure à un seuil prédéterminé produit l'émission d'un signal utilisable par exemple pour déclencher une mise à feu ou une alarme. La figure 4 représente en perspective le mode préféré de réalisation du circuit magnétique. Ce mode de réalisation est avantageux car il permet de matérialiser la direction approximative de la présence de l'objet ferromagnétique dans un repère lié au détecteur. II permet de s'assurer d'une part que l'objet ferromagnétique à détecter s'étend d'une extrêmité à l'autre du détecteur à peu près parallèlement à l'axe longitudinal du détecteur, et il permet d'autre part de localiser la direction de l'objet dans un plan perpendiculaire à cet axe. Avec une telle indication il devient possible d'actionner une charge à effet dirigé par exemple par choix du point de mise à feu de la charge. Sur la figure 4, les éléments semblables et ayant même fonction que ceux représentés figure 1 portent les mêmes numéros de référence. Le circuit magnétique 20 est constitué par une barre 23, d'axe longitudinal 00' ayant deux extrêmités 24 et 25. L'extrêmité 25 comporte n pôles radiaux 26 régulièrement disposés à des écarts angulaires de p radians. Dans le cas du mode préféré de réalisation n représenté figure 4 on a choisi trois éléments radiaux dont les axes perpendiculaires à l'axe 00' sont régulièrement distribués à 1200. Ces éléments ont sensiblement la forme de troncs de pyramide de demiangle au sommet 30 , troncs terminés par des surfaces cylindriques d'axe 00' comme représenté figure 4. De ce fait les faces de pyramide en regard l'une de l'autre sont distantes angulairement de 60". L'extrêmité 24 comporte également trois pôles radiaux 27 ayant mêmes dispositions, mêmes dimensions et mêmes formes que les pôles radiaux 26. Les pôles 27 sont toutefois séparés de la barre 23 par des entrefers 2 à l'intérieur desquels est placé un capteur 3. Une bobine 4 ayant pour axe l'axe 00', et recevant un courant sinusoïdal en provenance d'une alimentation 5 induit dans chacun des capteurs 3 un signal tel que représenté figure 3a première période. Les signaux de chacun des capteurs sont envoyés vers des circuits de traitement 60. Les sorties 9 de ces circuits alimentent un circuit de traitement logique 100. Le signal sur la sortie 101 de ce circuit indique d'une part la présence d'un objet à proximité du détecteur et d'autre part le capteur dont est issu le signal le plus fort. Cette dernière information peut être obtenue soit par le codage d'une sortie série ou par la voie de sortie du signal en cas de sortie parallèle. La réalisation du circuit 100 ne pose pas de problèmes particuliers et ne sera pas décrite plus avant. Dans un autre mode de réalisation le circuit logique 100 peut réaliser une fusion de données entre les sorties 9 des circuits de traitement 60. La direction précise de l'objet ferromagnétique est alors obtenue à partir des niveaux respectifs des signaux issus de chacun des capteurs 3. La figure 5 représente l'arrangement des circuits de traitement 60 dans le cas d'un capteur capable de discrimination directionnelle tel que représenté figure 4. Les éléments de cette figure ayant même fonction que ceux représentés figure 1 ou 4 portent les mêmes numéros. Compte tenu des explications déjà données cette figure se comprend d'elle-même et ne sera pas décrite plus avant. La figure 6 représente deux demi-coupe longitudinales d'une mine comportant un détecteur selon l'invention. Cette mine fait partie des mines à fils, c'est à dire comportant des fils extérieurs fixés à la mine. Ces fils non représentés sont destinés à se prendre dans les patins ou les rouleaux d'un chars de telle sorte que le char tracte la mine jusqu'au contact des chenilles du char. Un détecteur déclenche la mise à feu lorsque la mine est suffisamment près du char. Le principe de ces mines est connu dans l'art et ne sera pas plus avant décrit. La mine représenté figure 6 comporte un détecteur selon la représentation de la figure 4. Cette mine a une forme longitudinale et présente sensiblement une forme de révolution autour de l'axe longitudinal. Les deux demi-coupes représentées figure 6 sont effectuées selon la ligne brisée VI, VI de la figure 4. Le détecteur 200 est placé longitudinalement dans la mine 300 de telle sorte que les pôles 26 et 27 du détecteur affleurent la peau longitudinale 301 de la mine.Dans cette configuration les axes longitudinaux de la mine 300 et du détecteur 200 sont confondus. Dans une configuration différente ils pourraient être parallèles.La barre axiale 23 du détecteur 200 comporte un évidement longitudinal 28 permettant le passage de liaisons filaires et/ou optiques entre les capteurs 3 et les circuits électriques et électroniques d'alimentation et de traitement de signaux 5, 60, 100, situés géographiquement à l'une des extrêmités 302 de la mine dans un logement prévu pour les accueillir. Cet évidement 28 est prolongé par un conduit gainé 328 logeant également des liaisons vers un circuit de mise à feu logé dans un logement prévu pour l'accueillir à l'autre extrêmité 303 de la mine. Le détecteur 200 à l'exclusion de son extrêmité 24 qui comporte les capteurs 3, les pôles 27 et une pièce en matériau amagnétique 29 de soutien des pôles 27, est entièrement noyé dans un explosif 304 qui occupe toute la partie centrale de la mine. L'explosif 304 est représenté par un carroyage oblique large. La bobine 4 représentée par des hachures horizontales est fixée sur un support 6 en matériau amagnétique support qui contribue en liaison avec des vis 30, 31 au maintien des pôles 26 situés à l'extrêmité 25 du détecteur 200. La mise à feu de l'explosif 304 est effectuée par l'intermédiaire d'au moins un relais renforçateur 305. REVENDICATIONS 1. Détecteur (200) de proximité d'objets ferromagnétiques destiné à produire un signal de détection et comportant à cet effet un circuit magnétique (20), de forme longitudinale selon un axe 00' au moins un capteur de champ magnétique (3) situé dans un entrefer (2) du circuit magnétique (20) et délivrant un signal fonction du champ magnétique le traversant, une bobine (4) traversée par le circuit magnétique (20) et recevant un courant périodique en provenance d'une alimentation (5) chaque période d'alimentation comportant une demi-période positive et une demi-période négative, au moins un circuit (60-100) de traitement du signal issu de chaque capteur et délivrant le signal de détection. 2. Détecteur (200) selon la revendication i, caractérisé en ce que le circuit magnétique (20) est constitué par un ensemble de deux barres (21, 22) situées axialement dans le prolongement l'une de l'autre, l'entrefer (2) contenant le capteur (3) étant situé entre les deux barres (21, 22). 3. Détecteur (200) selon la revendication i, caractérisé en ce que le circuit magnétique (20) est constitué par une barre (23) d'axe longitudinal 00' et ayant deux extrêmités (24, 25) une première (24) et une seconde (25), la première étant pourvue de n pôles magnétiques (27), s'étendant chacun radialement autour de la barre, la seconde (25) étant pourvue également de n pôles (26) axialement en regard des pôles de la première extrêmité (24), des entrefers (2) étant ménagés entre des pôles (26, 27) et la barre (23) chacun des entrefers (2) logeant un capteur (3), la bobine (4) étant traversée par la barre (23). 4. Détecteur (200) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit magnétique (20) comporte n entrefers (2) ménagés entre chacun des pôles (27) situés à la première extrêmité (24) de la barre (23) et la barre (23). 5. Détecteur (200) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pôles (26, 27) de chacune des extrêmités (24, 25) de la barre (23) sont au nombre de trois, de formes identiques et présentant un plan de symétrie passant par l'axe 00' de la barre (23) les différents plans de symétrie étant séparés angulairement de 1200. 6. Détecteur (200) selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des pôles (26, 27) a une forme tronc-pyramidale de demiangle au sommet 30 , I'extrêmité extérieure du pôle étant un élément de surface cylindrique d'axe 00'. 7. Détecteur (200) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit magnétique (20) est réalisé en un matériau à forte perméabilité magnétique. 8. Détecteur (200) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit magnétique (20) présente au niveau des entrefers (2) des déformations locales concentrant les lignes de flux au niveau des capteurs (3). 9. Détecteur (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (3) sont des capteurs à effet HALL. 10. Détecteur (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (3) sont des capteurs magnéto-résistifs. 11. Détecteur (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation (5) de la bobine (4) produit un courant sinusoïdal. 12. Détecteur (200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit (60) reçoit sur l'une de ses entrées (7) un signal de synchronisation produit à partir de l'alimentation (5), ce signal de synchronisation représentant le signe de chacune des demi-périodes. 13. Détecteur (200) selon la revendication 12, caractérisé en ce que chacun des circuits (60) de traitement du signal issu des capteurs (2) comporte un circuit inverseur (61) de la polarité du signal détecté recevant sur l'une de ses entrées (8) le signal du capteur (3), sur une autre de ses entrées (7) le signal de synchronisation en provenance de l'alimentation (5), I'inverseur (61) réalisant une inversion de la polarité du signal reçu du capteur (3) à chaque demi-période de rang pair, et alimentant par des sorties (62, 63) un intégrateur (64), ayant une sortie (65) cette dernière alimentant un circuit de mémorisation (68) comprenant un circuit suiveur (66) recevant la sortie (65) de l'intégrateur (64) et alimentant lui-même un circuit bloqueur (67) dont la sortie (9) constitue la sortie du circuit de traitement (60). 14. Détecteur (200) selon la revendication 13, caractérisé en ce que la sortie (9) du circuit de traitement (60) alimente un circuit déclencheur à seuil (10). i 5. Détecteur (200) selon la revendication 13, caractérisé en ce que chacun des circuits de traitement (60) des signaux issus des capteurs alimente un circuit de traitement logique (100). 16. Mine mobile antichar (300) caractérisée en ce qu'elle comporte un détecteur (200) selon l'une des revendications 1 à 15. 17. Mine antichar (300) comportant un détecteur (200) selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que les pôles (26, 27) du détecteur (200) sont affleurants à une peau (301) délimitant la forme extérieure de la mine. 18. Mine (300) selon l'une des revendications 16 ou 17, caractérisée en ce qu'elle est de forme longitudinale, la direction de sa plus grande dimension étant la même que celle de l'axe longitudinal 00' du détecteur (200). 19. Mine (300) selon la revendication 18, caractérisée en ce qu'elle comporte un explosif (304) logé au moins en partie autour de l'axe longitudinal 00' du détecteur (200).