Brevet FR2733836A1 — publié le 19961108

La présente invention concerne les dispositifs qui permettent d'enregistrer les chocs de toutes natures subis par les objets sur lesquels on a fixé ce dispositif. Elle s'applique plus particulièrement au transport de ces objets afin de pouvoir déterminer si ceux-ci ont été transportés de manière convenable ou s'ils ont subi des chocs excessifs susceptibles de les détériorer. Quand on transporte des objets, que ce soit par la poste ou par un transporteur quelconque, qu'ils soient emballés dans une simple boite en carton ou dans un container très sophistiqué, les transporteurs prennent peu de précautions, quelles que soient les indications contraires qui sont portées sur l'emballage, et les objets sont donc soumis à toutes sortes de chocs susceptibles de les détériorer gravement. On est donc conduit à utiliser des dispositifs permettant de détecter ces chocs, afin tout au moins de pouvoir faire reporter la responsabilité des détériorations sur le transporteur, en apportant la preuve qu'un choc trop violent a eu lieu pendant le temps où le colis était sous sa responsabilité. En outre, lorsque la présence de ce détecteur est bien visible, il incite fortement ledit transporteur à prendre des précautions de manipulations qu'il ne prendrait sans doute pas autrement. Outre les chocs mécaniques proprement dits, provenant de la manipulation lors du transport, on est aussi amené à identifier des chocs d'autres natures, tels que les chocs thermiques provenant par exemple d'un stockage dans des locaux inappropriés, ainsi que les chocs magnétiques ou électromagnétiques. De façon idéale il serait souhaitable de pouvoir identifier, évaluer et dater chaque type de choc en utilisant une procédure et une codification suffisamment rigoureuse pour permettre d'authentifier chacun des chocs subis. On connait des dispositifs, communément appelés "boîtes noires", permettant d'obtenir une telle identification de manière plus ou moins rigoureuse et au prix d'inconvénients plus ou moins grands. Les systèmes connus peuvent être classés en deux grandes catégories: II existe tout d'abord des systèmes simples, voire sommaires, formés d'éléments fusibles mécaniques ou thermiques par exemple, qui sont fixés sur l'emballage. Lorsque la contrainte à laquelle est sensible ce détecteur atteint une valeur déterminée, celui-ci a subi une transformation irréversible qui est visible par le réceptionnaire du colis. On connait ainsi des systèmes formés d'une bille pincée entre deux lames de ressort et qui s'éjecte sous l'effet de l'inertie lorsque le dispositif est soumis à un choc d'une intensité importante. On connait aussi des pastilles placées sur les produits surgelés, qui virent au noir lorsque la température ambiante dans laquelle sont placés les produits remonte au-dessus d'une valeur critique. Un exemple plus particulier consiste dans le dispositif connu sous la marque de fabrique Shockwatch Indicator. Ces dispositifs présentent l'inconvénient de fonctionner de manière binaire et de ne donner aucune indication sur l'origine du choc et son intensité exacte. En outre on ne sait pas quand le choc a eu lieu et ils ne sont pas réamorçables par principe puisque cela effacerait la trace du choc précédent. Enfin, il est relativement facile à une personne malveillante de les remplacer après fonctionnement, ce qui efface de manière frauduleuse l'indication qu'ils auraient pu apporter. II est également connu d'utiliser des dispositifs beaucoup plus performants, qui permettent de rassembler les mesures d'un nombre pouvant être important de capteurs susceptibles de réagir à des chocs variés et de délivrer des signaux mesurant l'amplitude de ces chocs. Les signaux ainsi rassemblés sont enregistrés avec une indication de temps permettant de connaître le moment auquel le choc est arrivé. Un dépouillement ultérieur du support d'enregistrement, par exemple par un ordinateur, permet de reconstituer très fidèlement l'historique des chocs éventuels auxquels a été soumis le paquet supportant ce dispositif.Ces dispositifs sont en quelque sorte analogues, mais dans un registre moins dramatique, aux enregistreurs de crash portés par les avions, qui sont eux aussi connus sous le nom de "boîte noire" On citera plus particulièrement l'appareil connu sous la marque de fabrique Sensoschock. Si ces dispositifs donnent toute satisfaction en ce qui concerne les mesures, ils présentent néanmoins un poids et un volume important, ce qui limite leur utilisation à des colis de grand volume pour lesquels on globalise alors la mesure. Ainsi on mesurera les chocs subis par un container, en supposant que les objets contenus dans ce container sont soumis aux mêmes chocs alors qu'il serait bien préférable de mesurer individuellement les chocs subis par les objets eux-mêmes. En outre ces dispositifs sont d'un coût élevé et leur réalisation met en oeuvre des technologies relativement anciennes, qui ne permettent pas facilement de les mettre à l'abri des malveillances. Pour pallier ces inconvénients, I'invention propose un dispositif d'enregistrement des chocs pour surveillance des conditions de transport et de stockage d'objets sur lesquels il est fixé, du type comprenant des détecteurs de chocs adaptés chacun à détecter un type de choc différent, et des moyens de mémorisation des signaux délivrés par ces détecteurs, principalement caractérisé en ce que lesdits détecteurs permettent de délivrer des signaux différenciables selon le type de détecteurs dont ils proviennent et venant "signer" la nature du choc détecté, en ce que les signaux ainsi délivrés sont sommés puis mis en mémoire indistinctement, et en ce que le tri de ces signaux est effectué à la lecture des moyens de mémorisation à l'aide d'un appareil distinct dudit dispositif d'enregistrement. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend en outre des moyens permettant de déterminer le franchissement d'un seuil par l'un quelconque des signaux provenant des détecteurs pour commander les moyens de mémorisation des signaux ayant ainsi franchi ce seuil. Selon une autre caractéristiques, ces moyens de commande permettent en outre de mettre en route des moyens d'alimentation pour passer d'un état de veille à un état de fonctionnement pendant la mémorisation des signaux détectés. Selon une autre caractéristique l'un des capteurs est un accélérométre permettant de délivrer un signal de sortie oscillant. Selon une autre caractéristique l'un des capteurs est un bilame permettant de délivrer un signal ayant la forme d'un échelon de tension. Selon une autre caractéristique l'un des capteurs est une résistance sensible à l'humidité permettant de délivrer un signal ayant un front de montée très lent. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, un schéma de principe d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2, des graphiques de réponses des signaux détectés dans les capteurs de la figure I - la figure 3, un schéma de capteur de choc mécanique; - la figure 4, un schéma de capteur de choc thermique; - la figure 5, un schéma détaillé du dispositif de la figure 1; et - la figure 6, le détail du circuit de commande 514 de la figure 5. Dans le schéma simplifié d'un dispositif selon l'invention représenté sur la figure 1, on dispose d'un ensemble de capteurs 111 à 141 dont chacun est sensible à une catégorie de chocs spécifiée, par exemple mécanique ou électrique, et dont les signaux sont rassemblés par un amplisommateur 102. Le signal s(t) en sortie de ce sommateur 102 est appliqué à un dispositif électronique 103 qui permet de numériser ce signal, de le dater et de le mémoriser. Ce dispositif électronique 103, dont les fonctions sont en elles-mêmes courantes, peut être réalisé par exemple sous la forme d'un circuit spécialisé dit ASIC qui permet de l'obtenir sous un très faible volume. L'amplificateur 102 lui-même peut être réalisé sous un volume particulièrement réduit, et on peut utiliser pour les capteurs 111 à 141 des dispositifs de petite taille. L'ensemble de ces organes permet donc d'obtenir un enregistreur de choc dont le volume peut être inférieur à 10 cm3. Selon l'invention, les signaux permanents sortant des différents capteurs et correspondant aux conditions normales des différents paramètres physiques auxquels est soumis l'objet à surveiller, par exemple à un niveau d'accélération correspondant aux manipulations normales de l'objet pendant son transport, ne sont pas pris en compte par le dispositif électronique 103 qui possède des circuits de seuil permettant d'éliminer les signaux dont le niveau est inférieur à une certaine valeur correspondant à la limite des chocs normaux auxquels peut être soumis l'objet porteur du dispositif de détection. Le cas échéant, les niveaux en sortie des capteurs 111 à 141 sont normalisés, selon une technique connue, avant l'entrée dans le sommateur 102.De cette manière on évite de mémoriser toute la phase normale de surveillance de l'objet transporté, pendant laquelle il n'y a pas de choc dangereux, afin de ne pas être obligé de disposer dans le circuit électronique 103 d'une mémoire de taille trop importante. Dans la pratique donc, puisque le but à obtenir est que les objets transportés ne soient pas soumis à des chocs dangereux, on pourrait n'avoir en règle générale aucun enregistrement dans la mémoire du circuit 103. Lorsque l'un des capteurs 111 à 141 détecte un choc de valeur supérieure à la valeur limite fixée, le signal s(t) franchit le seuil choisi, le circuit 103 procède alors à la numérisation de ce signal s(t), à sa datation en lui rajoutant les signaux de l'horloge, et à sa mémorisation. Le cas échéant, pour épargner encore plus la capacité de la mémoire, on peut ne numériser que le début et la fin du choc détecté entre les moments où il dépasse la valeur autorisée et celui où il revient en-dessous de cette valeur. Selon l'invention, les signaux émis par les capteurs 111 à 141 sont différenciables les uns des autres. De cette manière il n'est pas utile de les traiter séparément et de multiplier en conséquence le volume de l'électronique de traitement 103, mais il suffit de prévoir des moyens, qui peuvent être relativement sommaires, permettant de différencier dans s(t) le type de signal reçu et donc le capteur qui l'a émis. Ces moyens peuvent être reportés dans un appareil distinct pour une lecture ultérieure après réception du colis. En ce qui concerne par exemple les chocs mécaniques, correspondant à la chute de l'objet porteur du dispositif, on utilisera des accéléromètres qui pourront être par exemple du type de celui représenté sur la figure 3. Cet accéléromètre comporte dans cet exemple de réalisation un socle 301 muni d'un côté d'un pas de vis permettant de le fixer dans le boîtier du dispositif. Une masse inertielle 302, située de l'autre côté du pas de vis, permet de pincer entre elle-même et le socle 301 un empilement de lames 303 formées d'un matériau piézoélectrique tel que du PZT par exemple. Le socle et la masse inertielle sont reliés à la masse électrique et une couche métallique formant électrode disposée entre les lames en regard permet de délivrer un signal de sortie s sur une connexion de sortie. Sous l'effet d'un choc dirigé selon l'axe 304 de cet accéléromètre, la masse d'inertie vient presser l'empilement de lames et celles-ci développent une tension électrique entre la connexion de sortie et la masse. Ce système n'étant pas amorti, le signal de sortie s a donc une forme oscillatoire telle que représentés sur le le premier graphique de la figure 2. Cette forme oscillatoire est caractéristique du signal émis par l'accéléromètre, et donc caractéristique d'un choc mécanique subi par le dispositif et par conséquent par l'objet auquel il est fixé. II est facile dans le circuit de traitement 103 de déceler un tel signal oscillatoire, par exemple en détectant la succession des franchissements de seuils haut et bas à des intervalles très rapprochés correspondant sensiblement à la fréquence de résonance, elle-même connue, de l'accéléromètre. Ceci constitue une signature du signal provenant de l'accéléromètre et donc une signature du choc mécanique. On peut utiliser bien entendu d'autres types d'accéléromètres produisant des signaux semblables, par exemple des accéléromètres comportant une poutre flexible piézoélectrique fixée à un socle et venant fléchir sous l'effet de l'accélération. Ces accéléromètres étant généralement du type uniaxial, on en utilisera de préférence trois orientés selon un trièdre trirectangle pour détecter les chocs provenant de toutes les directions. Les signaux de ces accéléromètres seront simplement sommés, par exemple dans le sommateur 102, et la détection d'un seul, voire de plusieurs, viendra signer l'arrivée d'un choc mécanique. Pour détecter les chocs thermiques, on utilisera par exemple un capteur du type bilame tel que représenté sur la figure 4. Ce capteur comporte sur un socle isolant 402 un bilame 401 formé de deux métaux de coefficients de dilatation très différents soudés entre eux. Comme on le sait un tel bilame se déforme d'une manière importante en fonction de la température. Sous l'effet de cette dilatation, il vient toucher l'une ou l'autre pointe de contact 403 ou 404 situées à des distances h1 et h2 de l'extrémité du bilame. Ces distances permettent de déterminer les températures auxquelles ces contacts auront lieu. Ces pointes de contact sont alimentées par deux sources de tension 405 et 406 de polarités inverses mise en série avec des résistances variables 407 et 408.Lorsque le contact est fermé d'un côté ou de l'autre, le courant s'établit par l'intermédiaire du bilame et d'une résistance de retour 409 reliée à la base du bilame. On obtient ainsi sur le point commun à la résistance 409 et au bilame un signal de deux sorties s dont la polarité et la valeur sont déterminées par la polarité de la source de tension provoquant le courant et par la valeur du rapport du pont potentiométrique formé par les résistances 407 et 409 ou 408 et 409. La polarité des sources de tension et les rapports potentiométriques permettent d'obtenir les signaux différenciables voulus. On a représenté sur le deuxième graphique de la figure 2 le signal correspondant à l'un de ces contacts. II se caractérise par une montée brusque à une tension et une polarité déterminées. Dans le cas d'une exposition à l'humidité, on peut utiliser une hydrorésistance dont on sait que la résistance varie lentement en fonction de l'exposition à l'humidité. Dans ce cas le signal de sortie sera semblable à celui représenté sur le troisième graphique de la figure 2 et la signature de l'exposition à l'humidité sera faite par la montée lente de ce signal, comme représenté sur cette figure. On peut aussi détecter les chocs électromagnétiques en utilisant par exemple une antenne du type cadre à trois axes et un éclateur tel qu'un tube néon qui permet d'exciter un circuit oscillant lorsque le choc électromagnétique dépasse une certaine valeur. La fréquence d'oscillation de ce circuit, qui n'est bien entendu pas la même que celle de l'accéléromètre décrit plus haut, permet de signer le choc électromagnétique. Compte tenu des possibilités actuelles de la microélectronique, il est tout à fait possible de regrouper et d'intégrer l'ensemble de ces capteurs sur un substrat de silicium, en utilisant par exemple des couches minces permettant d'obtenir des effets piézoélectriques, magnétorésistifs et thermorésistifs. On miniaturisera ainsi considérablement les détecteurs. Une solution moins élaborée, mais peut-être plus facile à mettre en oeuvre, consisterait à utiliser une technique dite hybride. Enfin il est également utile de signer une tentative d'effraction, qu'elle soit par exemple sur la porte d'un container ou même sur le circuit luimême. Pour cela on utilisera par exemple un détecteur optique fonctionnant à partir d'une photodiode ou d'une photorésistance. Avantageusement ce détecteur pourra être placé à l'intérieur du paquet ou du container à protéger, où il sera soustrait à l'influence de la lumière extérieure. En cas de violation de l'intégrité de l'objet, par ouverture de la porte du container par exemple, la lumière extérieure viendra éclairer le photorécepteur, qui transmettra ce signal au dispositif d'enregistrement. Dans le schéma plus détaillé d'un dispositif selon l'invention, représenté sur la figure 5, les capteurs 111, 121... sont représentés connectés à des circuits de mise en forme 511, 521... qui permettent de compléter la différenciation des signaux émis par les capteurs, par exemple en effectuant un filtrage ou un ajustement de niveau. Les signaux provenant de ces circuits sont alors appliqués au sommateur 102. Le signal s(t) provenant de ce sommateur 102 est appliqué à un circuit de déclenchement 513 qui détecte le franchissement du seuil par ce signal s(t) et vient commander la mise en route d'un circuit d'alimentation 523, lequel permet de faire fonctionner le reste du dispositif. En effet, comme un tel dispositif doit pouvoir fonctionner de manière continue pendant longtemps, il est nécessaire de pouvoir disposer d'une alimentation suffisante, laquelle lorsque la totalité du dispositif fonctionne en permanence, peut être d'un volume et d'un coût important. En limitant alors l'alimentation permanente aux capteurs, au sommateur 102 et au circuit de veille 513, on limite considérablement la consommation d'énergie permanente, et la consommation maximale n'a lieu que lorsqu'une détection de choc vient interrompre l'état de veille.Comme on l'a vu, un tel choc ne devrait se produire qu'exceptionnellement et ce circuit permet donc d'utiliser une alimentation de très faible capacité. Le circuit 513 commande également le passage du signal s(t) vers un convertisseur analogique-numérique 514 qui permet d'obtenir un signal numérisé avec une cadence d'échantillonnage suffisante, de préférence supérieure à 3.000 Hz pour tenir compte de la fréquence de résonance de l'accéléromètre, qui est en principe la fréquence d'oscillation la plus élevée des signaux délivrés par les capteurs. Ces signaux ainsi numérisés sont alors mémorisés dans une mémoire 515 avec une indication de date et d'heure provenant d'un circuit d'horloge 517. Ce circuit d'horloge alimente également le circuit de veille 513 et le convertisseur analogique-numérique 514. Les signaux ainsi numérisés dans la mémoire 515 peuvent alors être lus par un circuit 516, qui permet un accès sécurisé depuis l'extérieur afin de conserver l'intégrité et la confidentialité des informations mémorisées dans la mémoire 515. Cette mémoire 515 sera de préférence réalisée avec des circuits gardant les informations même lorsque l'alimentation ne fonctionne pas, par exemple du type EPROM, de manière à ce qu'une interruption malveillante de l'alimentation ne puisse pas venir effacer le contenu de cette mémoire. Les signaux mémorisés dans la mémoire 515 seront de préférence des signaux bruts non traités et tels qu'ils apparaissent en sortie des capteurs, après éventuellement prétraitement par les circuits de sortie de ces capteurs. Toute l'analyse de ces signaux, en particulier celle qui permet de les différencier s'effectuera alors à la lecture après l'arrivée de l'objet porteur du dispositif, ce qui permet de reporter la complexité, et donc tous les inconvénients liés au volume et au poids, dans un appareil distinct du dispositif selon l'invention et qui pourra donc servir pour un grand nombre de ces dispositifs. Etant unique cet appareil ne sera pas soumis aux mêmes contraintes de poids, volume et coût. On a représenté à titre d'exemple sur la figure 6 un mode de réalisation du circuit de veille 513. Le signal s(t) est appliqué à une porte 601 qui est ouverte au repos, et à un circuit à seuil 602. Lorsque le niveau du signal s(t) dépasse le seuil prescrit, le circuit 602 se déclenche et envoie, d'une part une commande de mise en route vers l'alimentation 523, et d'autre part un signal sur l'entrée d'un circuit de temporisation 603. Ce circuit 603, de type monostable par exemple, est relié à l'entrée de commande de la porte 601 et à l'entrée de mise en service de l'alimentation 523. Lorsqu'il reçoit le signal du circuit de seuil 602, il commande simultanément la fermeture de la porte 601 et la mise en route de l'alimentation 523. Lorsque le temps T prescrit est passé, ce circuit 603 bascule dans son état initial et vient commander l'ouverture de la porte 601 et la coupure de l'alimentation 523. Si s(t) est toujours à un niveau supérieur au seuil après x, le circuit 603 reste actif et ne rebascule qu'après une durée T suivant le passage de s(t) en dessous du seuil. La durée T de la temporisation apportée par le circuit 603 est fixée en fonction des signaux de réponse connus des capteurs reliés au sommateur 102. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'enregistrement des chocs pour surveillance des conditions de transport et de stockage d'objets sur lesquels il est fixé, du type comprenant des détecteurs de chocs (111) adaptés chacun à détecter un type de choc différent, et des moyens de mémorisation (515) des signaux délivrés par ces détecteurs, caractérisé en ce que lesdits détecteurs permettent de délivrer des signaux différenciables selon le type de détecteurs dont ils proviennent et venant "signer" la nature du choc détecté, en ce que les signaux ainsi délivrés sont sommés (102) puis mis en mémoire indistinctement, et en ce que le tri de ces signaux est effectué à la lecture des moyens de mémorisation (515) à l'aide d'un appareil distinct dudit dispositif d'enregistrement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (513) permettant de déterminer le franchissement d'un seuil par l'un quelconque des signaux provenant des détecteurs (111) pour commander les moyens de mémorisation (515) des signaux ayant ainsi franchi ce seuil. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces moyens de commande permettent en outre de mettre en route des moyens d'alimentation (523) pour passer d'un état de veille à un état de fonctionnement pendant la mémorisation des signaux détectés. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un des capteurs (111) est un accéléromètre permettant de délivrer un signal de sortie oscillant. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'un des capteurs (111) est un bilame permettant de délivrer un signal ayant la forme d'un échelon de tension. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'un des capteurs (111) est une résistance sensible à l'humidité permettant de délivrer un signal ayant un front de montée très lent.