Brevet FR2730578A1 — publié le 19960814

La présente invention concerne un dispositif de détection d'intrus du type barrière à ondes électromagnétiques comprenant un emetteur et un récepteur situés de part et d'autre d'une zone de passage à contrôler, le contrôle consistant dans une mesure des perturbations créées par la pénétration d'un intrus dans la zone à surveiller; Dans la présente invention l'émetteur est calé sur une fréquence stable dite de référence et choisie entre 10Mhz et 350Mhz. Sa puissance d'émission est réglée suivant la zone à protéger. le récepteur est calé sur la même fréquence. Un analyseur mesure les variations d'ampitude du signal recueilli. Ce dispositif peut être utilisé dans les bâtiments pour la surveillance des locaux, ou en extérieur pour la surveillance des parcs, des jardins et de tous les lieux susceptibles de passage piétonnier. Les dispositifs de détection par radiofréquences connus utilisent des fréquences supérieures plus élevées depuis 100Mhz jusqu'au Ghz. Certains utilisent des antennes capacitives, à savoir qu'un objet placé entre deux antennes fait varier la capacité du milieu en changeant l'indice de permitivité. Si ce genre de dispositif est économique, il a l'inconvénient d'avoir une portée très réduite (de l'ordre du mètre) et d'être inutilisable en extérieur (trop grande sensibilité par rapport aux variations climatiques). D'autres systèmes font appel aux hyperfréquences'(Ghz). Ccs systèmes utilisent l'effet Doppler ou des comparaisons temporelles de l'onde émise et de l'onde reçue en générant une série d'impulsions très courtes. Leur avantage est de pouvoir couvrir des zones plus grandes quel que soit le milieu. Leur inconvénient est de manquer de sélectivité et de détecter tous les corps étrangers. n font appel à une technologie de pointe et par conséquent coûteuse (guide d'onde, antenne à cornet, parabole, cavité émettrice/réceptrice etc.). La présente invention a pour but de proposer un dispositif de détection qui peut fonctionner en extérieur, qui est sélectif (sans déclenchement de fausses alarmes) et couvre un zone importante. Depuis les recherches qui ont été menées par les scientifiques sur le taux d'absorption des ondes électromagnétiques par les cellules et les corps organiques et qui étaient destinées à apprécier les nuisances des champs électromagnétiques sur l'homme, on sait que l'absorption de l'énergie électromagnétique dépend de la taille et de la forme de ces corps. Les scientifiques WU et TSAI notamment, ont calculés en fonction de ces paramètres (taille et forme), la valeur des champs électromagnétiques induits dans les organismes de forme cylindrique (bactéries, lombrics). A la suite de ces travaux, les scientifiques LIVESAY, CHEN et GURU ont évalué la densité du champs électromagnétique absorbé sur chaque parcelle du tissu organique humain. Après avoir modélisé le corps humain par des sphères et des ellipses, ils ont démontrés que les caractéristiques d'absorption dépendent de la fréquence et de l'orientation du champ électromagnétique. Cette absorption peut être évaluée selon une formule mathématiques faisant appel au calcul intégral. Les phycisiens LIVESAY, CHIEN et GURU ont développé une méthode de calcul qui prend en compte le volume, la surface et le courant induit entre l'air et le tissu organique pour évaluer le champ inteme et la densité d'absorption des tissus organiques. Lors de leurs expérimentations, ces scientifiques ont trouvé dans différentes régions du corps, des points chauds qui apparaissent en fonction de la fréquence utilisée: nez, torse, cuisses etc., ces différentes parties du corps pouvants être considérées comme lièes à des fréquences à laquelles elles sont particulièrement sensibles. Ces travaux confirment que le corps humain est conducteur de l'électricité et montrent que sous l'effet d'un champ électromagnétique à une fréquence propice, chaque organe se comporte comme une région d'induction résonnante, d'où un taux d'échauffement qui correspond à une absorption plus élevée. En s'appuyant sur ces études, nous en avons alors déduit que le corps d'un homme debout se comporte comme un oscillateur à plusieurs degrés de liberté et comme une antenne qui filtre les informations reçues. Dans ce cas, il doit entrer en résonance optimum s'il est soumis à un champ électromagnétique dont la fréquence (longueur d'onde) correspond à sa taille, les ondes devant être polarisées par rapport à la station debout. Nous en avons également déduit qu'il était intéressant de tirer parti de ce phénomène physique dépendant de la puissance reçue par le corps et qu'à contrario par rapport à une puissance d'émission stable située dans un endroit fixe, si une personne s'éloigne ou se rapproche dc la source d'émission, ce phénomène varie en amplitude et qu'en conséquence, s'il est possible de disposer d'un appareil qui reconnaisse cette variation, on saura alors qu'une personne est présente le champ créé par un émetteur stable et fixe. La plupart des hommes ayant une taille comprise entre 1,5m et 2m, nous en avons déduit que la plus forte résonance et donc la plus forte absoption serait comprise entre 10 et 350Mhz ou 80Mhz (dont la demi longueur d'onde correspond à la taille moyenne du corps humain). Dans la présente invention nous avons sélectionné trois plages de fréquences intéressantes: 27Mhz +/- 20%, 80Mhz +/-20% et 300Mhz+/-20% calculées par les physiciens LIVESAY, CHEN et GURU. Les écarts correspondent à la dispersion de la taille des corps humains et des courbes de résonance. FREQUENCES SELECTTONNEES Absorption (mW) Fréquence 27Mhz 80Mhz 300Mhz Polarisation verticale 0,271 2,557 0,544 Polarisation horizontale 0,051 0,053 0,472 Pour pouvoir mesurer les variations d'amplitude, nous avons conclu qu'il était nécessaire de disposer d'un système de mesure caractérisé en ce qu'il comporte und'un côté de la zone à surveiller un émetteur calé sur une des fréquence privilégiant la pluis forte résonnance et de l'autre côté un récepteur calé sur la même fréquence relié à un comparateur pour mesurer les variations lui-mêmc relié à un moyenner ou à une porte electronique permettant le déclenchement du signal puis à un amplificateur permettant la mise en marche d'un signal ou son appel. Chaque élément séparé de ce dispositif est du domaine de connaissance des électroniciens mais nous les avons associés pour vérifier et réaliser la présente invention. Afin de vérifier la validité de la présente invention, nous avons sélectionné la fréquence 80Mhz et effectué des essais avec le dispositif de barrière d'ondes radio-électrique suivant: En un point: - un émetteur calé sur une fréquence d'émission stable de 80Mhz dite fréquence de référence et alimenté par une batterie de 12v composé de deux partie: . un oscillateur . un amplificateur sélectif A un autre point situé à distance - un récepteur calé sur la même fréquence - un analyseur qui dans son principe compare la variation dans le temps de l'amplitude du signal recueilli par rapport à la base permanente (hors présence dans le champs) et/ou les variations d'amplitudes entre elles dans le temps. Les variations d'amplitude recueillies en sortie du récepteur sont mémorisées puis soustraites les unes aux autres dans un laps de temps librement choisi. Le résultat de cette soustraction est envoyé dans un comparateur à deux seuils de déclenchement, tantôt l'un bascule pour un résultat positif excessif tandis que l'autre bascule pour un résultat négatif excessif. Deux tensions de référence sont utilisées. En sortie une porte "OU" sélectionne l'un des basculement positif. - les antennes. Pour l'émission un dipôle classique de longueur 1 mètre (quart de longueur d'onde) ou 50cm (huitième de longueur d'onde) en position verticale Pour la réception, une antenne désaccordée pour travailler en dehors de la bande passante (pente) afin d'augmenter la sensibilité. Tout passage déclenchait un avertisseur sonore. Pour la simplicité de la construction, l'analyseur détecteur était un comparateur analogique. Le même principe peut être également avantagement conçu par analyse numérique. Afin de rendre le détecteur insensible au variations d'amplitude lentes de la fréquence de référence liées aux variations des conditions météorologiques, durant son fonctionnement l'analyseurcomparateur recalait en permanence et automatiquement la base toutes les 3 secondes. Les essais ont montrés que l'avertisseur se déclenchait exclusivement lors du passage d'une personne adulte en position verticale dans le champ existant entre l'émetteur et le recepteur, le dispositif restant insensible au passage des animaux (chats, chiens, oiseaux). Par contre, du fait du recalage automatique, plus la distance entre l'émetteur et le récepteur était grande (au delà de 20 à 30 mètres), et/ou plus la personne traversait le champ lentement, plus les risques d'absence de détection augmentaient (cf figure 2) puisque la vitesse relative de déplacement et donc la variation d'amplitude dans le temps, baissait. Afin d'éviter ce risque, nous avons donc remplacé le recalage automatique de durée fixe par un recalage de durée réglable manuellement qui permet de mettre le système de détection en adéquation par rapport aux différents sites et zones à surveiller, notamment pour contrôler des distances dépassant les 50 mètres. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente en coupe la disposition géographique du système La figure 2 représente le synoptique du système utilisé pour les essais La figure 3 représente les lignes de variations d'amplitude dans le champ en fonction de la présence et du déplacement d'un intrus dans la zone surveillée. En référence à ces dessins, le système de détection comporte un émetteur (E) et un récepteur (R) relié à un comparateur (C) dont le résultat aboutit à un moyenneur ou une porte (M), le signal de déclenchement en sortie étant amplifié dans amplificateur (A) pour pouvoir envoyer (par radio ou par cable électrique) ou mettre en marche un signal d'alarme classique En référence à la Figure 3, on observe que sur un terrain plat et sans obstacle, pour un seuil dc déclenchement fixe, la zone pouvant être surveillée par le système de la présente invention a une configuration approximativement élhpsoïdale. Les lignes correpondent aux variations d'amplitudes (il, i2, i3 etc) constantes, N1 étant la ligne d'absorption maximum, NO étant la ligne du seuil du déclenchement, ô l'écart fixe d'intensité (ou écart constant en pourcentage de la variation d'amplitude) et le temps fixe de mesure pour un déplacement à vitesse constante de l'intrus dans la zone surveillée et couverte par le système de détection. Selon le même dispositif il est possible de choisir une autre fréquence qui correspond soit aux caractéristiques moyennes d'un autre type de population à détecter (des enfants par exemple), soit aux caractéristiques moyennes d'un organe du corps humain (torse, nez, cuisses...) choisi comme repère. A la réception, la variation d'amplitude du signal reçu au moment du passage d'un individu dans la zone à contrôler dépend de chaque individu. Pour un individu donné, la forme de cette variation est relativement constante et indépendante de l'amplitude, elle peut être la caractéristique d'un individu. Les limites du choix de la fréquence dépendent de la sensibilité des appareils de détection et d'analyse mis en oeuvre. La présente invention est caractérisée en ce que, pour pouvoir réagir efficacement avec Ic corps humain, les fréquences choisies devront être comprises entre 10Mhz et 300Mhz. Une autre caractéristique de la présente invention est que la fréquence préférentiellement choisie est comprise entre 65Mhz et 95Mhz. Si au point d'émission, on regroupe plusieurs émetteurs pour obtenir plusieurs fréquences de référence (par exemple les trois fréquences suivantes: 27Mhz, 75Mhz et 85Mhz) et qu'au point de réception on regroupe les récepteurs correspondants calés sur les fréquences de référence, lors du passage d'un intrus dans la zone à controler, l'analyseur enregistre les variations d'amplitude de chacune des fréquences. Sous cette forme, le fonctionnement dit en multifréquence du dispositif objet de la présente invention permet d'obtenir un signalement de l'intrus puisque, la variation damplitude étant propre à chaque individu, l'enregistrement de toutes ces variations permet d'obtenir un meilleur signalement de l'intrus. L'invention consiste à réaliser un dispositf de détection d'intrus du type barrière à onde électromagnétique caractérisé en ce qu'il utilise la propriété de résonance du corps humain dans une gamme de fréquence comprise entre 10Mhz et 300Mhz, ledit dispositif comprenant: - un émetteur calé sur une fréquence de référence comprise entre 10Mhz et 300Mhz dont la puissance d'émission est réglée en fonction de la zone à protéger et dont l'antenne est disposée de tellc sorte que les ondes électromagnétiques sont polarisées dans le plan vertical. - un récepteur calé sur la même fréquence - un analyseur qui mesure les variations d'amp[itude du signal recueilli. Une autre caractéristique du dispositif de détection du type barriere d'ondes électromagnétiques, objet de la présente invention est la que la fréquence de référence de l'émetteur soit préférentiellement de 80Mhz+/-20%. Une autre caractéristique du dispositif objet de la présente invention est qu'à la réception, l'amplitude du signal de la fréquence de référence soit recalée automatiquement dans le temps. Une caractéristique du dispositif objet de la présente invention est de pouvoir, en fonctionnant en multifréquences, c'est à dire avec: - un point d'émission regroupant plusieurs émetteurs calés chacun sur une fréquence de référence comprise entre 10Mhz et 300Mhz; - un point de réception regroupant plusieurs récepteurs calés chacun sur une des fréquences de référence; - un analyseur pour mesurer les variations d'amplitude des signaux recueillis, enregistre le signalement d'un individu qui passe dans la zone à contrôler. Dans cette caractéristique de fonctionnement en multifréquences, le nombre de fréquences n'est pas limitatif. Une caractéristique de la présente invention est que les antennes d'émission soient disposées de telle sorte que les ondes radio-électriques émises soient polarisées dans le pla vertical. Une caractéristique de la présente invention est que les antennes d'émission et de réception soient préférentiellement placées à une hauteur comprise entre le sol et 4 mètres du niveau de la zone à surveiller. Pour la clarté de la présente invention, le dispositif décrit pour les essais montre une configuration de base réalisée avec deux antennes polarisées verticalement. Suivant la superficie du de la zone à protéger, de nombreuses autres configurations sont possibles et il est possible de combiner plusieurs émetteurs avec plusieurs récepteurs. Pour couvrir une grande superficie, on peut par exemple placer un emetteur au centre dc la zone et disposer dc plusieurs récepteurs situés en périphérie. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection d'intrus du type barrière à ondes électromagnétiques caractérisé en ce qu'il comporte au moins: - un émetteur calé sur une fréquence de référence comprise entre 10Mhz zr 350Mhz dont la puissance d'émission est réglée suivant la zone à protéger. - une antenne d'émission disposée de telle sorte que les ondes électromagnétiques sont polarisées dans le plan vertical - un récepteur calé sur la même fréquence et - un analyseur qui recueille et compare les variations d'amplitude du signal recueilli par le récepteur, l'émetteur et le récepteur étant situé à distance, de part et d'autre d'une zone à surveiller. 2. Dispositif de détection d'intrus du type barrière d'ondes électromagnétiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fréquence de référence de l'émetteur est préférentiellement de 80Mhz +/-20% 3. Dispositif de détection d'intrus du type barrière d'ondes électromagnétiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'amplitude du signal de la fréquence de référence recueillie par le recepteur est automatiquement recalée dans le temps. 4. Dispositif de détection d'intrus du type barrière d'ondes électromagnétiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'analyseur commande un équipement électronique notamment une alarme. 5. Dispositif de détection d'intrus du type barrière d'ondes électromagnétiques selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte: - plusieurs émetteurs calés sur plusieurs fréquences de référence comprises entre 10Mhz et 350Mhz situés en un seul endroit - plusieurs récepteurs calés sur les mêmes fréquences - plusieurs analyseurs qui mesurent les variations d'amplitude des signaux recueillis.