Brevet FR2697919A1 — publié le 19940513

L'invention concerne un détecteur de métaux à enroulements du type multipolaire, destiné notamment à être utilisé pour la protection de locaux contre l'entrée de personnes armées et dans d'autres applications relatives à la détection de métaux. L'état actuel de la technique, dans le domaine des détecteurs de métaux, résulte de l'adoption successive de techniques qui ont permis d'améliorer progressivement, soit les performances en uniformité de détection, soit la compatibilité avec le milieu environnant qui peuvent être la cause de perturbations et d'interférences électromagnétiques. Ce développement a amené les constructeurs à produire des détecteurs de métaux à transducteurs et enroulements multipolaires qui permettent une meilleure compatibilité avec les structures métalliques et les sources d'interférences électriques voisines En outre, on a développé des appareils détecteurs de métaux comprenant un ou plusieurs émetteurs et/ou un ou plusieurs récepteurs de champ dans lesquels les couples émetteurs-récepteurs peuvent fonctionner simultanément, ou pendant des intervalles de temps différents. Une technique connue, décrite dans la Demande de Brevet Finlandais 81 3502 ou dans le Brevet Américain 3 758 849, prévoit deux couples de bobines sensiblement identiques, qui sont placées deux à deux croisées l'une sur l'autre, chaque couple comprenant une bobine émettrice et une bobine réceptrice. Dans la solution proposée par la Demande de Brevet Finlandais 81 3502, le passage de masses métalliques individuelles, notamment à structure longiligne, orientées selon l'inclinaison d'un des deux couples d'enroulements, est automatiquement perpendiculaire à l'inclinaison de l'autre couple et produit toujours un signal significatif sur l'un au moins des enroulements récepteurs. Pour des raisons de symétrie, cette solution ne permet pas d'améliorer la détection des masses métalliques précitées qui passent dans des zones de champ minimum à l'intérieur du passage contrôlé Cet inconvénient a été surmonté par l'invention décrite dans la Demande de Brevet Italien AR 91 A 0015 au nom de MANNESCHI ALESSANDRO selon laquelle, par un décalage en hauteur des enroulements émetteurs et récepteurs de géométrie symétrique, on peut compenser les minima du champ magnétique d'un enroulement par le maximum de signal de l'autre enroulement et, en particulier, compenser par une analyse particulière les effets de champ minimum en bas et en haut du passage contrôlé. Les solutions connues utilisant des enroulements multipolaires, y compris celles décrites ci- dessus, présentent toutefois, à la lumière de recherches plus approfondies, une lacune dans la mesure o le passage simultané de deux ou de plusieurs masses métalliques, dans des conditions particulières, peut produire un signal de détection très inférieur à celui provoqué par le passage d'une seulement de ces masses. Cela arrive quand, par exemple, deux masses métalliques passent simultanément dans le passage contrôlé en restant dans des positions et à des distances (qui dépendent des structures des enroulements) qui sont telles qu'elles produisent chacune une variation du signal induit de polarité opposée à celle du signal produit par l'autre masse. Comme dans les enroulements multipolaires on a des pôles de signes opposés en série l'un avec l'autre, la variation de f e m (force électromotrice) qui résulte aux extrémités de l'enroulement complet du passage simultané de deux masses en correspondance de pôles opposés, est minimale et à la limite nulle. Le même phénomène se produit également au passage simultané de plusieurs masses métalliques qui passent dans des positions réciproques telles qu'elles produisent chacune des variations de signaux dont la somme algébrique est minimale. Pour cette raison, un réglage de sensibilité, prédéterminé pour la détection d'une masse métallique unique, n'est plus suffisant pour la détection du passage simultané de deux masses ou de plusieurs masses métalliques. Un autre inconvénient encore plus grave des systèmes connus de détection de métaux est que, quand on a déterminé la position réciproque des masses qui donne le pas produisant l'effet décrit ci-dessus et si l'on maintient cette distance entre les masses en les déplaçant sur la verticale de la zone de passage, l'effet résultant de minimisation du signal est conservé Il est ainsi évident qu'il y a une infinité de groupes de trajectoires de passage, le long de la verticale, qui permettent une atténuation du signal résultant du passage du groupe de masses, lorsqu'on a déterminé le pas permettant d'obtenir un signal minimum dans les enroulements et donc la distance à laquelle lesdites masses doivent rester pendant le passage, le franchissement du couloir contrôlé étant assuré dans ces conditions étant donné que le détecteur de métaux ne signale pas le passage de masses métalliques. Il en résulte que les détecteurs de métaux connus actuellement, comprenant un ou deux couples d'enroulement sensiblement identiques et placés de façon croisée l'un sur l'autre, peuvent signaler le passage d'une seule masse métallique dont l'importance est supérieure à une valeur d'étalonnage, mais sont vulnérables au passage simultané de masses métalliques ayant des caractéristiques identiques et qui sont placées à une distance produisant un signal minimum, appelée "pas" dans ce qui suit. La présente invention a eu pour but la détermination d'une configuration géométrique et d'une disposition des couples d'enroulements telles qu'elles permettent aussi bien la détection du passage d'une seule masse métallique que la détection du passage de plusieurs masses métalliques placées de n'importe quelle façon les unes par rapport aux autres, en éliminant les effets neutralisants que l'on a dans les détecteurs de métaux connus à enroulements multipolaires. La solution technique selon l'invention, qui permet d'éliminer l'inconvénient précité des détecteurs connus, concerne l'utilisation de deux ou de plusieurs couples d'enroulements émetteurs-récepteurs du type multipolaire, croisés ou non entre eux, et est caractérisée par des nombres de pôles différents entre les couples d'enroulements, de façon à ce que les différents couples d'enroulements aient des pas différents de signal minimum afin que des masses métalliques qui sont placées à une distance de signal minimum pour un couple d'enroulements, ne sont pas à une distance de signal minimum pour l'autre ou pour les autres couples d'enroulements, ce qui permet de détecter le passage des masses métalliques. L'invention permet ainsi la détection du passage d'une masse métallique ou du passage simultané de plusieurs masses métalliques et élimine les inconvénients des détecteurs de métaux à enroulements multipolaires actuellement connus. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, d'une réalisation préférée de l'invention à deux couples d'enroulement croisés, on se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente à titre d'exemple un enroulement unique du type plan multipolaire, et les deux trajectoires A et B parcourues par deux masses métalliques C identiques de référence; la figure 2 comprend trois graphes en coordonnées cartésiennes représentant respectivement les deux signaux produits par deux masses C identiques de référence passant dans l'enroulement de la figure 1 le long des trajectoires A et B, et le signal résultant du passage simultané de ces deux masses; la figure 3 représente une solution connue à deux enroulements plans, placés l'un sur l'autre et croisés entre eux, comprenant un même nombre de pâles, l'un de ces enroulements étant dessiné en trait continu et l'autre en trait discontinu; la figure 4 comprend trois graphes en coordonnées cartésiennes représentant respectivement le signal produit dans les deux enroulements par la masse déplacée sur la trajectoire A représentée en trait continu, le signal produit dans les deux enroulements par la masse déplacée sur la trajectoire B représentée en trait discontinu, et le signal résultant produit dans les deux enroulements par le passage simultané des deux masses; la figure 5 représente deux enroulements plans, placés l'un sur l'autre et croisés entre eux, comprenant des nombres différents de pôles, ainsi que les30 trajectoires AI, Bl et A 2, B 2 se trouvant à des distances ou pas "dl" et "d 2 ", o un couple de masses de référence décrivant les deux premières trajectoires produit un signal résultant minimum dans le premier enroulement mais non dans le deuxième, et inversement. Dans les dessins, on a indiqué en 1 un premier enroulement multipolaire, en 2 un deuxième enroulement multipolaire sensiblement identique au premier, mais croisé par rapport à celui-ci, en A la première trajectoire parcourue par une masse à détecter C, en D la deuxième trajectoire parcourue par une masse à détecter C identique à la précédente, en EA le signal produit par le passage de la première masse sur la trajectoire A de la figure 1, en EB le signal produit par le passage de la deuxième masse sur la trajectoire B de la figure 1, en EAB le signal résultant ou la somme algébrique des signaux EA et EB; en 5 on a indiqué un enroulement multipolaire à cinq pôles et en 6 un enroulement multipolaire à trois pôles représentés en figure 5 Dans les diagrammes de la figure 4, on a encore indiqué en EAî et EA 2 les signaux produits par la masse décrivant la trajectoire A sur les deux enroulements 1 et 2 de la figure 3, en E Bi et EB 2 les signaux produits par la masse décrivant la trajectoire B sur les deux enroulements 1 et 2, et en EAB 1 et EAB 2 on a indiqué les signaux résultants produits sur les enroulements 1 et 2 par les masses décrivant simultanément les trajectoires A et B. Par exemple, on considère en figure 1 la masse C qui, pour simplifier, est de forme sphérique et qui traverse le passage contrôlé par un détecteur de métaux à émetteur unique et récepteur unique, le long de la trajectoire A. Dans ce cas, le signal induit dans l'enroulement 1, qui résulte du passage de la masse C sur la trajectoire A, est représenté en figure 2 comme signal EA. La même masse C, que l'on fait passer sur la trajectoire B, produit une variation de f e m dans l'enroulement récepteur, indiqué également en figure 2 comme signal EB. Comme indiqué dans les figures 1 et 2, les trajectoires particulières choisies produisent des variations de signaux induits qui sont d'amplitudes presque égales et de polarités opposées. Le passage simultané de deux masses sphériques C disposées sur la même verticale et décrivant les trajectoires A et B produit donc une variation E, représentée en figure 2 qui est le signal de somme algébrique des variations EA et EB et qui a une amplitude résultante presque nulle. Ce phénomène d'atténuation se répète lorsque l'on fait passer, toujours simultanément, les deux masses métalliques C le long de n'importe quel couple de trajectoires, pourvu qu'elles soient à la même distance ou pas "d" entre les trajectoires A et B, mesurées le long de la verticale. La figure 3 représente, toujours à titre d'exemple, deux trajectoires A et B à une distance "d" dans un passage contrôlé par un détecteur de métaux comprenant deux couples d'enroulements émetteurs et récepteurs croisés, dont chacun est du type représenté en figure 1. Les variations de signal qui sont produites par le passage des masses C décrites ci-dessus, restent les mêmes, c'est-à-dire que deux signaux EAI et EB 1 sont produits dans l'enroulement 1; dans l'enroulement 2, identique et croisé par rapport au premier, deux signaux EA 2 et EB 2 égaux et opposés entre eux sont encore produits avec des résultantes EAB 1 et EM 2 qui sont30 sensiblement nulles ou minimales. Les mêmes résultats sont obtenus avec des masses métalliques de forme non sphérique qui passent sur les mêmes trajectoires ou sur des trajectoires à des distances qui sont des multiples impairs du pas "d"35 mesuré entre les trajectoires A et B représentées dans les figures 1 et 3, pourvu que les deux masses soient toujours à l'intérieur de la zone couverte par les enroulements du détecteur de métaux. L'invention, qui permet d'éliminer les effets neutralisants décrits cidessus, consiste à éviter une conformation sensiblement symétrique entre les couples d'enroulements récepteurs-émetteurs du détecteur de métaux qui contrôle le passage, et elle est réalisée en superposant et/ou en disposant adjacents deux ou plusieurs enroulements de transmission-réception dans lesquels au moins un couple récepteurémetteur comprend un nombre de pôles différents de celui des autres couples ou, si les nombres de pôles sont égaux, les enroulements présentent une distribution différente en amplitude géométrique et/ou en intensité de champ Dans une autre solution, le détecteur de métaux pourrait comprendre au moins un enroulement émetteur ou récepteur fait de telle sorte que le pas "d" du signal minimum de cet enroulement soit différent du pas des autres enroulements. De cette façon, l'effet de minimisation du signal décrit dans ce qui précède peut se constater encore sur un couple d'enroulements récepteursémetteurs, mais non sur l'autre couple ou sur les autres couples, puisque ces derniers ayant des nombres de pôles différents ou étant réalisés de façon différente, l'un présente un pas de signal minimum différent du pas précité. Chaque couple d'enroulements récepteurs- émetteurs a de plus un nombre de pôles, par rapport à ceux des autres couples, qui est choisi de façon que les pas de signal minimum "d" soient nettement différents entre eux de façon à ce que pour chaque couple de trajectoires des masses, il n'y ait pas des signaux résultant minima sur tous les couples émetteurs- récepteurs et que la détection soit garantie Enfin, les couples d'enroulements multipolaires sont conformés de façon à ce qu'ils n'aient pas des trajectoires qui, au passage simultané de plusieurs masses métalliques, rendent le signal induit produit sur chaque récepteur inférieur à une valeur d'étalonnage. Une forme de réalisation de l'invention est représentée à titre d'exemple en figure 5, o l'on voit un des deux panneaux d'un détecteur de métaux à deux enroulements émetteurs-récepteurs 5 et 6 à cinq et trois pôles avec des distances ou pas de signal minimum "dl" et d 2 " Le pas de signal minimum, résultant du passage des masses métalliques sur des trajectoires à égale distance, est "dl" pour l'enroulement à cinq pôles et "d 2 " pour l'enroulement à trois pôles. Il n'existe donc pas un couple de trajectoires qui puisse rendre non significative la variation de signal simultanément sur les deux enroulements récepteurs. On choisit les nombres de pôles Ni et N 2 qui donnent la meilleure réponse en fonction de la hauteur des enroulements et donc du passage contrôlé. En particulier, dans le cas de deux couples d'enroulements récepteursémetteurs, il faut vérifier qu'il n'y a pas de couples de trajectoires A et B à une distance "d" telles que, quand elles sont parcourues simultanément par des masses métalliques, elles déterminent des variations minimales de signal induit sur les deux couples d'enroulement, cette condition s'exprimant par: d = dl x kl (dl x kl) # (d 2 x k 2) o dl est le pas de signal minimum de l'enroulement 5; d 2 est le pas de signal minimum de l'enroulement 6; et kl et k 2 sont des nombres entiers impairs. Lorsque kl et k 2 sont des nombres entiers pairs, on a au contraire un effet d'addition et non de minimum. Tout ce qui a été exposé ci-dessus est également valable pour une pluralité quelconque d'enroulements multipolaires, placés dans un même plan, ou enroulés de façon hélicoïdale dans une colonne, ou bien enroulés et/ou placés dans une autre configuration géométrique ou spatiale quelconque. REVENDICATIONS 1 Détecteur de métaux à enroulements multipolaires avec élimination des effets neutralisants, destiné à être utilisé pour la protection de locaux contre l'entrée de personnes armées et dans d'autres applications relatives à la détection des métaux, comprenant deux ou plusieurs couples d'enroulements émetteurs- récepteurs multipolaires, caractérisé en ce que ces couples ont des nombres de pôles différents de façon à ce que les couples aient des pas différents "d" de signal minimum pour que des masses métalliques en cours de passage qui sont placées à une distance de signal minimum pour un couple d'enroulements émetteurs- récepteurs ne soient pas à une distance de signal minimum pour l'autre couple ou pour les autres couples d'enroulements qui détecteront donc le passage de ces masses métalliques. 2 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des couples émetteurs- récepteurs réalisés par superposition et/ou par disposition adjacente de deux ou de plusieurs enroulements émetteurs- récepteurs, dans lesquels au moins un couple émetteur-récepteur comporte un nombre de pôles différent de celui des autres couples. 3 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux couples émetteurs- récepteurs réalisés par superposition et/ou disposition adjacente de deux ou de plusieurs enroulements d'émission-réception dans lesquels au moins un couple récepteur-émetteur présente une distribution différente d'amplitude géométrique et/ou d'intensité de champ par rapport aux autres couples. 4 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des couples d'enroulements ayant des nombres de pôles choisis de façon à ce que les pas "d" de signal minimum des couples soient nettement différents les uns des autres. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un enroulement émetteur ou récepteur est conformé de façon à ce que le pas "d" de signal minimum de cet enroulement soit différent des autres pas. 6 Détecteur de métaux selon la revendication 1, comprenant deux couples d'enroulements multipolaires émetteurs-récepteurs, caractérisé par des dispositions réciproques de ces couples d'enroulements qui sont telles que, pour chaque couple de trajectoires A et B situées à une distance I^d", parcourues en même temps par deux masses métalliques, on n'ait jamais (dl x kl) égal à (d 2 x k 2), o (d = dl x kl), kl et k 2 étant des nombres entiers impairs et dl et d 2 étant les pas de signal minimum des deux couples d'enroulements. 7 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des couples d'enroulements émetteurs-récepteurs ayant des nombres de pôles différents entre eux et placés dans des plans. 8 Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des couples d'enroulements émetteurs-récepteurs ayant des nombres de pôles différents et enroulés sur des colonnes.