Brevet FR2708772A1 — publié le 19950210

Dispositif de détection à faible consommation d'énergie La présente invention concerne des dispositifs de détection ou d'alarme pour signaler toute tentative d'intrusion par effraction notamment dans des locaux ou véhicules automobiles. Plus particulièrement, l'invention a trait à de tels dispositifs de détection utilisant des capteurs, ou transducteurs, acousto-électriques capacitifs. Le principe de fonctionnement d'un tel capteur capacitif est le suivant. Le capteur est constitué d'une membrane mobile et d'une armature fixe formant ensemble un condensateur. Sous l'effet d'une pression acoustique, la capacité du condensateur varie. Dans un dispositif de détection, cette variation de la capacité du capteur, induisant une variation de tension et/ou de courant, est mise à profit pour détecter toute intrusion et déclencher une alarme. On distingue les capteurs électrostatiques simples et les capteurs à électret. Ces derniers sont caractérisés par une polarisation permanente d'un condensateur au moyen d'un diélectrique polarise. Selon la technique antérieure, un capteur acousto-électrique est polarisé en permanence dès lors que le dispositif de détection est en fonctionnement afin que le dispositif soit sensible à toute variation de capacité. Cette polarisation du capteur est effectuée à travers une résistance de charge qui consomme en continu de l'énergie. L'invention vise à réduire cette consommation d'énergie en prélevant périodiquement, en synchronisme avec une polarisation brève du capteur, un niveau de signal représentatif de la pression acoustique au voisinage dudit capteur. Le capteur n'est polarisé que périodiquement durant des durées brèves, ce qui diminue la consommation d'énergie à travers la resistance de charge. A cette fin, un dispositif de détection comprenant un capteur capacitif sensible à une pression acoustique pour produire un signal électrique représentatif de ladite pression, et des moyens de polarisation pour polariser le capteur capacitif est caractérisé en ce qutil comprend des moyens de commande pour périodiquement et alternativement activer et désactiver les moyens de polarisation respectivement pendant des premières et secondes durées, lesdites premières durées étant inférieures auxdites secondes durées, afin de polariser périodiquement et brièvement le capteur, et des moyens d'échantillonnage-blocage pour prélever, pendant chaque première durée, un niveau de signal représentatif de la pression acoustique et produit par le capteur lors de polarisation périodique et mémoriser ledit niveau de signal pendant la seconde durée succédant à ladite chacune première durée, afin de produire un signal de détection. Le capteur est de préférence un capteur électrostatique ou à électret. Afin de traiter le signal de détection en sortie des moyens d'échantillonnage-blocage, le dispositif comprend, en outre, des moyens pour filtrer le signal de détection en un signal filtré et des moyens pour comparer le signal filtré à des premier et second seuils afin de produire un signal de déclenchement d'alarme lorsque le signal filtré est supérieur au premier seuil ou inférieur au second seuil. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'une réalisation préférée de l'invention en référence aux dessins -annexés correspondants, dans lesquels - la figure 1 est un bloc-diagramme du dispositif d'alarme à consommation réduite selon l'invention, et; - la figure 2 montre des diagrammes temporels relatifs à des signaux produits dans le dispositif de la figure 1 pour expliquer le fonctionnement de ce dispositif. En référence à la figure 1, un dispositif à faible consommation d'énergie selon 11 invention comprend un oscillateur I, un circuit de commande de polarisation 2, un échantllonneur-bloqueur 3, un étage d'amplification-filtrage 4a-4b et 5a-5b, un comparateur à double-seuil 6, une double bascule monostable 7, un relais 8, un buzzer 9 et un capteur acousto-électrique capacitif 10. Le capteur 10 est par exemple un transducteur à électret comprenant un diélectrique polarisé de manière permanente et formant un condensateur polarisé qui est par exemple disposé entre deux électrodes d'un condensateur ou qui constitue une électrode d'un condensateur, l'une des électrodes étant une membrane. Par déplacement de la membrane de ce capteur 10 sous l'effet d'une pression acoustique, l'espace interélectrodes du capteur varie, entraînant une variation de la tension à ses bornes. Le circuit de commande de polarisation 2 comprend un transistor bipolaire PNP 20 et une résistance 21, et l'échantilloneur-bloqueur 3 est constitué d'un transistor à effet de champ (FET) 30 et d'un condensateur 31. L'émetteur du transistor bipolaire 20 est connecté à la borne positive d'une source d'alimentation en tension +Valim . Le collecteur de ce transistor 20 est relié, à travers la résistance de charge 21, à une borne de polarité positive + du capteur à électret 10. L'autre borne du capteur 10 est reliée à la masse M. Une sortie de l'oscillateur I est appliquée, d'une part, à la base du transistor bipolaire 20 et, d'autre part, à la grille du transistor FET 30. Le drain du transistor FET 30 est connecté à la borne de polarité positive + du capteur 10, et la source du transistor 30 est connectée à une entrée de l'étage d'amplification-filtrage. Le condensateur 31, formant une "mémoire capacitive", est connecté entre la source du transistor FET 30 et la masse M. Comme montré à une première ligne de la figure 2, le signal de tension A produit par l'oscillateur 1 est un signal périodique rectangulaire. Il est à un état bas "0 tir pendant une première durée, dite durée d'échantillonnage, T1 de chaque période T du signal A, et à un état haut "1", correspondant à une tension nulle, pendant une seconde durée, dite durée de blocage, T2 ayant une durée très supérieure à ladite première durée T1. Pendant chaque durée d'échantillonage T1, lorsque la tension A produite par l'oscillateur 1 est à état bas "O't, le transistor 20 fonctionne en mode saturé et simultanément le transistor FET 30 est rendu conducteur. Un courant est fourni, à travers la résistance 21, au condensateur 31. En fonction de l'intensité de la pression acoustique au voisinage du capteur 10, la capacité C du condensateur constituant le capteur 10 ainsi que la tension aux bornes de celui-ci sont modifiées. Le condensateur 31 est chargé par le courant fourni par la source d'alimentation + Valim et est polarisé à une tension sensiblement égale à la tension existante au bornes -du capteur 10. Ce condensateur 31 "mémorise l'état" du capteur 10. Une seconde ligne de la figure 2 montre la forme d'onde d'un signal d'échantillonnage B prélevé à la borne commune de la résistance de charge 21 et du capteur 10. Pendant chaque durée de blocage T2, lorsque la tension A produite par l'oscillateur 1 est à un état haut "1", les deux transistors 20 et 30 sont bloqués. Aucune énergie n'est consommée par la résistance de charge 21. La source du transistor FET 30 est connectée à une entrée de l'étage d'amplification/filtrage comprenant en cascade un suiveur 4a, un filtre passe-haut 5a, un filtre passebas et un amplificateur de sortie 4b. Après la charge du condensateur 31 à une tension sensiblement égale à la tension aux bornes du capteur 3 durant chaque durée d'échantillonnage T1, le condensateur 31 se décharge, durant chaque durée de blocage T2, dans le circuit constituant le suiveur 4a. Hz Tp Typiquement ce suiveur 4a présente une impédance d'entrée élevée afin de réduire son courant d'entrée et donc augmenter la durée de décharge du condensateur 31 qui est grande par rapport à la période d'oscillateur T. La tension aux bornes du condensateur 31 est ainsi quasi-constante pendant chaque durée de blocage T2. Ainsi, le blocage après échantillonnage de la tension aux bornes du capteur 10 se traduit par un signal de détection C en entrée du serveur 4a qui est compose de paliers de durée T, comme illustré à la troisième ligne de la figure 2. La sortie du suiveur 4a est appliquée aux filtres passe-haut et passe-bas 5a et 5b en cascade -qui filtrent dans le signal de détection les composantes fréquentielles des signaux d'origine infra-soniques captés par le capteur 3 dans une bande comprise entre à 0,1 Hz et 20 Hz, typiquement retenue dans les dispositifs d'alarme à infra-sons. Ces infra-sons ont pour origine l'accélération de molécules gazeuses relativement à des molécules voisines. Ils peuvent résulter de l'ouverture d'une fenêtre, d'une porte ou d'une dépression créée par un bris de vitre. En limitant la bande de filtrage entre 0,1 Hz-20 Hz, le dispositif de détection est quasiment insensible aux fréquences audibles et évite des déclenchements intempestifs d'alarme. Le signal de détection filtré, en sortie du filtre 5b, est amplifié par l'amplificateur 4b en un signal de détection filtré et amplifié D obtenu en sortie de l'amplificateur 4b et illustré à une quatrième ligne de la figure 2. Le signal de détection filtré et amplifié D est appliqué à des premières entrées de deux comparateurs de tension 60 et 61 inclus dans le comparateur à double-seuil 6. Ces deux comparateurs 60 et 61 comparent le signal de détection filtré et amplifié D respectivement à des premier et second seuils de tension S1 et S2 afin de produire en sortie un signal de basculement E propre à déclencher une alarme sonore et/ou visuelle. Le signal E est à un état haut "1" si le signal de détection D est supérieur au premier seuil S1 ou inférieur au second seuil S2. Dans la cinquième ligne de la figure 2 sont montrés deux créneaux du signal de basculement à un état haut "1" correspondant respectivement à un signal de détection D inférieur au second seuil S2 et supérieur au premier seuil S1. Selon la réalisation illustrée, ce signal de basculement E est appliqué à une entrée d'un circuit d'alarme sonore comprenant la bascule 7, le relais 8 et le buzzer 9. La double bascule monostable 7 est déclenchée sur un front montant du signal de basculement et produit en réponse successivement, pendant une durée active zl, une tension à un état haut "1", et pendant une durée de garde t2r une tension à un état bas "0". Les durées Tî et 52 sont déterminées par les circuits de retard de deux bascules monostables incluses en série dans la double bascule 7. Un signal F produit par la double bascule monostable 7 est représenté à une sixième ligne de la figure 2. La tension à l'état haut "1" produit par la double bascule monostable 7 est appliquée à une entrée de commande du relais 8 pour déclencher le buzzer 9 qui constitue un moyen sonore d'alarme. Il apparaîtra évident à l'homme du métier que la mise en oeuvre d'un tel dispositif de détection tient compte du fait que la fréquence du signal rectangulaire produit par l'oscillateur 1 doit être supérieure à la fréquence du signal de pression, dans les fréquences infrasoniques à détecter, apparaissant aux bornes du capteur 10. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de détection comprenant un capteur capacitif (10) sensible à une pression acoustique pour produire un signal électrique -représentatif de ladite pression, et des moyens de polarisation (+ Valim, 21) pour polariser ledit capteur capacitif (10), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande(l,2) pour périodiquement et alternativement activer et désactiver lesdits moyens de polarisation (+ Valim, 21) respectivement pendant des premières et secondes durées (T1,T2), lesdites premières durées (T1) étant inférieures auxdites secondes durées (T2), afin de polariser périodiquement et brièvement ledit capteur (10), et des moyens d'échantillonnage-blocage (30,31) pour prélever pendant chaque première durée (Tl), un niveau de signal représentatif de la pression acoustique et produit par ledit capteur (10) lors de sa polarisation et mémoriser ledit niveau de signal pendant la seconde durée (T2) succédant à ladite chaque première durée afin de produire un signal de détection (C). 2 - Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capteur (10) est un capteur électrostatique ou à électret. 3 - Dispositif conforme à la revendication 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des moyens (5a,5b) pour filtrer ledit signal de détection en un signal filtré (D) et des moyens (6) pour comparer ledit signal filtré (D) à des premier et second seuils (S1,S2) afin de produire un signal de déclenchement d'alarme (E) lorsque le signal de détection filtré est supérieur au premier seuil (S1) ou inférieur au second seuil (S2). 4 - Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens pour filtrer (5a,5b) filtrent dans une bande de fréquence sensiblement comprise entre 0,1 Hz et 20 Hz. 5 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande pour, périodiquement et alternativement, activer et désactiver lesdits moyens de polarisation comprennent un oscillateur (1) produisant un signal périodique rectangulaire (A) et un transistor bipolaire (20) commandé en mode bloqué ou saturé par ledit signal rectangulaire (A). 6 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'échantillonnage-blocage comprennent un transistor à effet de champ (30) et un condensateur (31).