Brevet FR2720165A1 — publié le 19951124

La présente invention concerne un dispositif de détection de mouvement, utilisant l'effet Doppler ultrasonore. Elle trouve application notamment pour la réalisation d'alarmes volumétriques à ultrasons, particulièrement pour la détection anti intrusion dans les habitacles de véhicule. Elle s'applique aussi à la réalisation de radars ultrasonores de détection d'obstacle et de véhicule. Dans l'état de la technique, on a déjà proprosé des dispositifs ultrasonores de détection de mouvement qui utilisent deux capteurs ultrasonores, le premier réservé à l'émission, le second réservé à la réception, et qui fonctionnent en alternat. Dans des demandes de brevet du même jour, le déposant a déjà proposé des systèmes de détection de mouvement par effet Doppler ultrasonore avec une seule capsule fonctionnant en permanence à la fois en émission et en réception. Par rapport à la technique antérieure, ces dispositifs présentent l'avantage de réduire la complexité des asservissements nécessaires pour détecter du mouvement. La présente invention a pour but de rendre de tels dispositifs monocapsules isensibles au mouvement de convection thermique des masses d'air du volume surveillé par la capsule ultrasonore. Un tel mouvement de convection intervient à cause de l'effet de serre dû notamment aux grandes surfaces vitrées du véhicule, quand il est exposé aux rayons solaires. D'autre part, dans de nombreuses applications, l'information concernant le sens du mouvement détecté par effet Doppler devrait être connue en temps réel. Or, à moins de multiplier les dispositifs de détection et de détecter le signe des différences de phase entre eux, il est impossible d'obtenir une telle information avec les dispositifs de l'état de la technique. La présente invention apporte remède à ces inconvénients de l'état de la technique. En effet, la présente invention concerne un dispositif de détection de mouvement, utilisant l'effet Doppler ultrasonore, caractérisé en ce qu'il comporte - un générateur d'un signal d'excitation bipolaire connecté aux bornes d'une unique capsule ultrasonore travaillant en émission et en réception, - un circuit de détection de décalage Doppler produisant un signal de détection Doppler différentiel, - et un circuit de détection du sens du mouvement détecté. Selon un autre aspect de l'invention, le circuit de détection du sens du mouvement détecté est connecté à l'entrée d'un circuit de détection et/ ou de réjection des fausses alarmes constituées par des mouvements aléatoires. Selon un autre aspect de l'invention, le circuit de détection et/ ou de réjection des fausses alarmes est connecté à l'entrée d'un circuit de masquage qui transmet ou non le signal de détection de mouvement et/ ou le signal de détection de sens du mouvement détecté à l'entrée d'un circuit d'exploitation comme une centrale d'alarme ultrasonore ou un radar de détection d'obstacles ou de mesure de vitesses relatives. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description et des dessins annexés qui sont - la figure 1 : un schéma général d'un dispositif de détection du mouvement selon l'invention - la figure 2 des chronogrammes expliquant le fonctionnement du dispositif de la figure 1 - la figure 3 un schéma d'un circuit de détection de fausses alarmes - la figure 4 : un schéma d'une autre mode de réalisation de l'invention. A la figure 1, un générateur 1 de signal d'excitation est connecté aux bornes d'un circuit série constitué d'une première résistance de charge 2, d'une capsule ultrasonore 3 et d'une seconde résistance de charge 4. Le point commun entre la borne de connexion de la capsule ultrasonore 3 et de l'une des deux résistances de charge 2 et 4 est connectée à une voie d'entrée d'un circuit 5 de détection de signal Doppler. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les valeurs des résistances de charge 2 et 4 sont égales et sont choisies de sorte que la capsule ultrasonore soit excitée dans un état d'impédance à michemin entre le mode de résonance série et le mode de résonance parallèle. Dans un mode de réalisation préféré, le générateur de signal d'excitation 1 est un générateur d'onde sinusoïdale. Dans un autre mode de réalisation, on utlise un générateur d'ondes de forme carrée. Dans un cas particulier de générateur d'ondes sinusoïdales, l'onde sinusoidale est produite à partir d'une onde de forme carrée qui est intégrée deux fois au moyen de deux cellules intégratrices en série. L'onde sinusoïdale peut aussi être produite à partir d'une onde carrée produite par approximations successives par des ondes de formes carrées et de fréquences multiples. Dans un autre mode de réalisation, le générateur de signal d'excitation est obtenu par une boucle à verrouillage de phase, qui est asservie directement par la capsule ultrasonore elle- même. Dans un tel cas, la boucle à verrouillage de phase est asservie par la composante haute fréquence du signal de détection, détectée en sortie du circuit d'extraction du signal Doppler. Le circuit d'extraction du signal Doppler 5 est constitué par un circuit de détection produisant deux voies différentielles. Un mode préféré de réalisation de l'invention est constitué par un circuit de démodulation synchrone, qui a été représenté à la figure 1. Le circuit de démodulation synchrone 5 est composé autour d'un pont de quatre interrupteurs statiques 6 - 9, dont chacun comporte une électrode de commande 10- 13 qui est connectée à une sortie convenable d'un circuit de commande 14. Le circuit de commande 14 reçoit sur une borne d'entrée P, un signal de référence de phase (dit aussi P), produit par une borne de sortie (référencée aussi P) du circuit 1 générateur de signal d'excitation. Dans un mode de réalisation préféré, le signal de référence de phase P est constitué par un signal de forme carrée. Si la forme d'onde du signal d'excitation est déjà de forme carrée, la borne de sortie est raccordée sur un circuit auxiliaire du générateur de signal d'excitation qui comporte un moyen pour prélever une fraction convenable de son potentiel, moyen par exemple constitué par un pont résistif. Si la forme d'onde du signal d'excitation est sinusoïdale, le circuit auxiliaire du générateur de signal d'excitation comporte un moyen pour générer une onde de forme carrée présentant une harmonique d'ordre 1 de même phase et de même fréquence que celles de l'onde d'excitation sinusoïdale. Le circuit de commande 14 comporte quatre bornes de sortie (portant les mêmes numéros de référence que les électrodes de commande des interrupteurs auxquelles elles sont connectées) 10 - 13. Les bornes de sortie 10 et 12 sont en phase sur le signal de référence de phase P et les bornes de sortie 11 et 13 sont de phases décalées de 900 sur le signal de référence de phase P, arbitrairement en avance ou en retard de phase par rapport à lui. Le circuit 5 d'extraction de signal de détection de mouvement comporte deux bornes de sortie déphasées de 1800. Pour produire ces signaux de détection en mode différentiel, les bornes de sortie des interrupteurs 7 et 8 sont connectées ensemble à la première borne de sortie 15, tandis que les bornes de sortie des interrupteurs 6 et 9 sont connectées ensemble à la seconde borne de sortie 16. Grâce aux signaux de commande de fermeture des interrupteurs 6 - 9, le circuit 5 d'extraction de signal de détection de mouvement de l'invention fonctionne selon le procédé connu de la détection synchrone, qui ne sera pas décrit plus avant. Les deux voies différentielles de sortie 15 et 16 sont transmises à un amplificateur d'instrumentation de type différentiel, qui n'est pas représenté mais qui reçoit en entrées la différence de tension entre les bornes 15 et 16 et, à l'aide d'un synthétiseur de référence , produit en sortie un signal de détection de mouvement qui est transmis par exemple à un circuit de génération d'une alarme d'intrusion dans le cas de l'application de l'invention à une centrale d'alarme volumétrique. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel précité peut être dans une autre application connecté à la borne d'entrée d'un circuit indicateur de la vitesse relative de la capsule ultrasonore et de l'objet en mouvement relatif disposé dans son champ. Cette indication de vitesse peut servir à réaliser un radar de détection d'obstacles ou un appareil de mesure de la vitesse relative du véhicule sur lequel est monté le dispositif de l'invention. Cependant, ainsi qu'on l'a rappelé dans le préambule, le risque de fausses alarmes et le besoin de synthétiser immédiatement l'information de sens du mouvement est produit par la suite du dispositif de la figure 1. A cet effet, le dispositif de l'invention comporte un moyen 17 de détection différentielle du sens du mouvement détecté. Le moyen 17 est préférentiellement constitué par une cellule différentielle d'intégration 18 dont la sortie est connectée à un circuit de mise en forme et à des monostables de déclenchement d'impulsions remises en forme, dont les bornes de sortie sont respectivement connectées aux entrées D de données et Clk d'horloge d'une bascule de type D. La borne de sortie Q de la bascule D produit un signal qui est à l'état haut quand le mouvement se déroule dans un premier sens (arbitraire, dépendant notamment du choix de l'avance ou de retard de phase sur les bornes de sortie 11 et 13 du circuit de commande), ou qui est à l'état bas quand le mouvement se déroule dans un second sens. Grâce à ce circuit de détection du sens du mouvement détecté, la centrale d'alarme ou le radar (selon l'application) est informé du sens du mouvement sans avoir besoin de différencier le signal de détection. Plus précisément, le circuit 17 de détection du sens du mouvement détecté par le circuit 5 comporte la cellule différentielle intégratrice 18 précitée qui est composée de deux cellules RC 20 et 21, constituées chacune d'une résistance 22 ou 23 connectée en série sur la borne d'entrée 15 ou 16, et par un condensateur 24 ou 25 dont une première borne est connectée sur la borne libre de la résistance 21 ou 22. Les deux condensateurs 23 et 24 sont connectés en série et leur point commun est raccordé à la masse électrique du circuit. Les sorties différentielles 26 et 27 de la cellule intégratrice différentielle 18 sont connectées respectivement à la borne d'entrée d'un amplificateur de tension, respectivement 28 et 29. La borne de sortie de tension amplifiée par un gain convenable, de chacun des amplificateurs 28 et 29 est connectée à la borne d'entrée de circuits monostables, respectivement 30 et 31 dont les bornes de sortie, respectivement A et B sont connectées aux bornes D et Clk de la bascule de type D 32, précédemment décrite. Le signal de détection de sens du mouvement détecté, précédemment décrit, est disponible sur la borne de sortie 33 du dispositif décrit à la Figure 1. Ce signal est donc transmis à un circuit d'exploitation, comme une centrale d'alarme ultrasonore ou un radar, non représenté au dessin mais dont la fonction ressort clairement de ce qui précède. A la figure 2, on a représenté des chronogrammes qui décrivent le fonctionnement du circuit de la figure 1. A la première ligne, la borne d'entrée D reçoit un signal électrique de front montant produit par la borne de sortie A du circuit 17. Dans le sens du mouvement concernant ce cas, la voie issue de la borne de sortie 16 n'est pas encore alimentée : le signal différentiel de démodulation synchrone est donc tout entier sur la voie issue de la borne 15. De ce fait, la borne Clk de la bascule D (seconde ligne reste à l'état bas et sa sortie Q (troisième ligne) est basse aussi. Puis, en fonction de la fréquence de décalage Doppler extraite, la seconde voie issue de la borne de sortie 16 monte à son tour. La borne Clk (seconde ligne) présente donc à son tour un front montant. Or, la bascule D a pour propriété que sa sortie recopie l'état de l'entrée à une transition de son entrée d'horloge. La sortie Q (troisième ligne) passe donc à l'état haut, ce qui indique un premier sens du mouvement détecté. On dira que le signal A précède le signal B. Dans la seconde partie du chronogramme de la figure 2, on a représenté la situation inverse. Le signal B précède le signal A, ce qui implique que la borne Clk de la bascule D reste dès le départ de la détection au niveau haut (cinquième ligne du chronogramme). Le signal A montant ultérieurement, l'état de la bascule D reste verrouillé sur son état antérieur à la transition apparaissant sur son entrée Clk et sa borne de sortie Q reste donc à l'état bas qui indique l'autre sens du mouvement détecté. Aux figures 3 et 4, on a représenté deux modes de réalisation d'un circuit de réjection des fausses alarmes, notamment celles produites par les mouvements de convection thermiques, exposés dans le préambule. Quand le mouvement détecté ne correspond pas au mouvement d'un objet matériel, et surtout d'un objet d'intrusion comme la main d'un intrus dans l'habitacle protégé par un système d'alarme ultrasonore intégrant le dispositif de détection de mouvement de l'invention, l'intrus ayant une intention déterminée, ce mouvement est, au moins sur une certaine échelle de temps, de type aléatoire. Cette remarque s'exprime par le fait que la somme, somme exécutée pendant des intervalles de temps prédéterminés suffisamment longs, des valeurs successives prises par le signal à la borne de sortie 33 de la bascule D du dispositif décrit à l'aide de la figure 1, est sensiblement nulle de manière constante. A la figure 3, le signal de détection du sens du mouvement issu du circuit de détection de sens du mouvement détecté est connecté à une première borne d'entrée 40 d'un circuit additionneur- soustracteur 41. Le contenu du circuit additionneur- soustracteur 41 est initialement à une valeur représentative de la moyenne nulle. Le contenu du registre de sortie, contenu disponible à la borne de sortie 42 du circuit additionneur- soustracteur 41 est fourni sur une seconde borne d'entrée 44 et la valeur représentative d'un premier sens du mouvement ou la valeur représentative d'un second sens du mouvement est respectivement additionnée ou soustraite de la valeur sommatoire précédente. Le contenu du registre de sortie est alors remis à jour. Si la valeur représentative de la moyenne de la somme des valeurs du signal de détection du sens de mouvement détecté ne varie pas ou peu dans le temps, les variations du signal de détection, variations représentatives du mouvement détecté ou de sa vitesse, et l'information de sens du mouvement détecté ne sont pas prises en compte par la chaîne de traitement ultérieure (circuit d'exploitation). Si la valeur moyenne évolue, l'information précitée est prise en compte. De ce fait, le circuit d'exploitation (non représenté à la figure 3) qui reçoit le signal de détection de mouvement et le signal de détection du sens du mouvement détecté, comporte un circuit de masquage qui bloque la transmission desdits signaux au reste du circuit d'exploitation, tant qu'une condition prédéterminée sur la valeur sommatoire n'est pas vérifiée qui corresponde à une variation non aléatoire. D'autres systèmes de détection ou de réjection des fausses alarmes sont possibles, comme par exemple celui représenté à la figure 4. A la figure 4, le circuit de réjection des fausses alarmes est constitué par deux chaînes parallèles 51 et 52, connectées à une borne d'entrée commune 50, qui reçoit le signal de détection de sens du mouvement détecté produit sur la borne 33 du circuit de détection de sens du mouvement détecté. La chaîne 51 comporte un monostable 53 qui produit à sa borne de sortie 54 une impulsion de durée déterminée, déclenchée par le front montant du signal de détection du sens du mouvement détecté. L'impulsion calibrée en durée est appliquée à la borne d'incrémentation d'un compteur binaire 55, de capacité prédéterminée, et dont la borne de sortie 56 produit un signal de détection du dépassement de compteur (overflow) et est connectée à une borne d'entrée 57 d'analyse du circuit d'exploitation 58. De même, la chaîne 52 comporte un monostable 59 qui produit à sa borne de sortie 60 une impulsion de durée déterminée, déclenchée par le front descendant du signal de détection du sens du mouvement détecté. L'impulsion calibrée en durée est appliquée à la borne d'incrémentation d'un compteur binaire 61, de capacité prédéterminée égale à celle du compteur binaire 55 de la chaîne 51, dont la borne de sortie 62 produit un signal de détection du dépassement de compteur (overflow) et est connectée à une borne d'entrée 63 d'analyse du circuit d'exploitation 58. Le circuit d'exploitation 58 comporte un moyen (non représenté) connecté aux bornes d'entrée 57 et 63 qui mesure la durée séparant l'apparition d'un signal de sortie au niveau haut indiquant un dépassement de capacité du compteur 55 et l'apparition d'un signal de sortie au niveau haut indiquant un dépassement de capacité du compteur 61. Si la durée mesurée dépasse un seuil prédéterminé, qui peut être réglable en fonctions de paramètres d'environnement, le signal de sortie différentiel issu du circuit 5 d'extraction du signal de détection de mouvement décrit plus haut, et le signal de détection du sens du mouvement détecté produit par le circuit 17 sont appliqués sans masquage aux bornes d'entrée du circuit d'exploitation proprement dit. Si la durée mesurée est inférieure audit seuil prédéterminé, le signal de sortie différentiel issu du circuit 5 d'extraction du signal de détection de mouvement décrit plus haut, et le signal de détection du sens du mouvement détecté produit par le circuit 17 ne sont pas appliqués aux bornes d'entrée du circuit d'exploitation proprement dit, grâce à l'interposition d'un circuit de masquage qui inhibe la transmission desdits signaux au circuit d'exploitation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de mouvement, utilisant l'effet Doppler ultrasonore, caractérisé en ce qu'il comporte - un générateur (1) d'un signal d'excitation bipolaire connecté aux bornes d'une unique capsule ultrasonore (3) travaillant en émission et en réception, - un circuit de détection (5) de décalage Doppler produisant un signal de détection du mouvement par effet Doppler différentiel, - et un circuit de détection (17) du sens du mouvement détecté. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de détection (17) du sens du mouvement détecté est connecté à l'entrée d'un circuit de détection et/ ou de réjection des fausses alarmes constituées par des mouvements aléatoires. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de détection et/ ou de réjection des fausses alarmes est connecté à l'entrée d'un circuit de masquage qui transmet ou non le signal de détection de mouvement et/ ou le signal de détection de sens du mouvement détecté à l'entrée d'un circuit d'exploitation comme une centrale d'alarme ultrasonore ou un radar de détection d'obstacles ou de mesure de vitesses relatives. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur (1) de signal d'excitation de la capsule ultrasonore (3) est un générateur d'une onde bipolaire de forme carrée ou sinusoïdale. 5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le générateur (1) de signal d'excitation est constitué par un générateur d'une onde carrée dont la sortie est connectée à un circuit synthétiseur d'une onde sinusoidale, constitué notamment par une double cellule intégratrice ou par un circuit de synthèse par approximations successives. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (1) de signal d'excitation est connecté aux bornes de la capsule ultrasonore (3) par l'intermédiaire d'impédances (2, 4) telles que la capsule (3) résonne dans un mode intermédiaire entre son mode de résonnance série et son mode de résonnance parallèle. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'extraction (5) du signal de détection du mouvement par effet Doppler bipolaire est constitué par un circuit de démodulation synchrone, constitué par un pont de quatre interrupteurs statiques (6-9) dont les électrodes de commande (10 - 13) sont commandées par paires déphasées de 900 par un circuit de commande (14) connecté par une borne d'entrée de référence à un signal de référence de phase (A) issu du générateur (1) de signal d'excitation. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de détection de sens du mouvement détecté comporte une cellule de filtrage pas se bas différentielle (18) dont les signaux de sortie sont transmis à un circuit différentiel de mise en forme (19), notamment composé d'amplificateurs (28, 29) et de monostables ( 30, 31) et dont les signaux différentiels produits respectivement par les bornes de sortie (A, B) sont connectés à une bascule de type D (32) dont l'entrée d'horloge est connectée à une première (B) borne de sortie et l'entrée de données (D) est connectée à une seconde (A) borne de sortie, et en ce que le signal de détection du sens du mouvement détecté est produit à la borne de sortie (Q) de la bascule (D 32). 9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de détection et/ ou de réjection des fausses alarmes constituées par des mouvements aléatoires comporte un circuit (41) additionneur- soustracteur dont le contenu est augmenté ou diminué de la valeur détectée du signal de détection du sens du mouvement détecté, et en ce que le contenu du circuit (41) est transmis à l'entrée d'un circuit de masquage qui bloque la transmission des signaux de détection de mouvement et/ ou de détection du sens du mouvement détecté au reste du circuit d'exploitation, tant qu'une condition prédéterminée sur la valeur sommatoire n'est pas vérifiée qui corresponde à une variation non aléatoire. 10. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de détection et/ ou de réjection des mouvements aléatoires comporte deux chaînes parallèles (51, 52) connectées à une borne d'entrée (50) commune du signal de détection du sens du mouvement détecté, chaque chaîne comportant un monostable produisant une impulsion calibrée prédéterminée à chaque transition montante, respectivement descendante, du signal de détection du sens de mouvement détecté, dont la sortie est connectée à la borne d'incrémentation d'un compteur binaire (55, 61) et qui comporte une borne de sortie (56, 62) produisant un signal de dépassement de capacité, et en ce que un circuit (58) d'exploitation comporte un moyen connecté aux bornes d'entrée (57, 63) qui mesure la durée séparant l'apparition d'un signal de sortie au niveau haut indiquant un dépassement de capacité du compteur (55) et l'apparition d'un signal de sortie au niveau haut indiquant un dépassement de capacité du compteur (61), de sorte que si la durée mesurée dépasse un seuil prédéterminé, qui peut être réglable en fonctions de paramètres d'environnement, le signal de sortie différentiel issu du circuit (5) d'extraction du signal de détection de mouvement, et le signal de détection du sens du mouvement détecté produit par le circuit (17) sont appliqués sans masquage aux bornes d'entrée du circuit d'exploitation proprement dit si la durée mesurée est inférieure audit seuil prédéterminé, le signal de sortie différentiel issu du circuit (5) d'extraction du signal de détection de mouvement, et le signal de détection du sens du mouvement détecté produit par le circuit (17) ne sont pas appliqués aux bornes d'entrée du circuit d'exploitation proprement dit, grâce à l'interposition d'un circuit de masquage qui inhibe la transmission desdits signaux au circuit d'exploitation.