Brevet FR2740592A1 — publié le 19970430

SYSTEME DE DETECTION DE MASSES METALLIQUES L'invention concerne un système de détection de masses métalliques et notamment de véhicules. Elle est plus particulièrement applicable à la détection et au comptage des véhicules sur les voies routières ainsi que sur les parcs de stationnement automobile. Différents systèmes existent pour détecter le passage ou la présence de véhicules. Le plus couramment utilisé actuellement est basé sur l'utilisation d'une boucle conductrice appelée boucle inductive permettant de détecter une masse métallique. Ces boucles sont insérées à la surface de la chaussée. Pour cela, une rainure de quelques centimètres de profondeur est faite dans la chaussée. Le fil conducteur est placé dans la rainure et une résine ou un autre produit de rebouchage vient immobiliser le fil dans la rainure. Ce système présente plusieurs inconvénients. Il nécessite d'interrompre l'utilisation de la chaussée durant les travaux d'installation d'une telle boucle ce qui est souvent difficile ou coûteux. De plus, le fil conducteur doit être proche de la surface de la chaussée. Il est donc vulnérable au passage des véhicules et il n'est pas rare qu'il soit rapidement détérioré. De plus, lors d'une réfection de la chaussée il est souvent arraché. D'autres systèmes tels que les systèmes optiques nécessitent des installations aériennes. Ils présentent l'inconvénient d'être soumis aux intempéries o d'être vulnérables à des manipulations malencontreuses voire malveillantes. On connaît également des systèmes radars à ultrasons ou à ondes électromagnétiques; mais ces systèmes sont des installations coûteuses. L'invention concerne un système dont l'installation n'impose pas d'interrompre la circulation. De plus, le système de l'invention est à l'abri des intempéries et des dégradations extérieures. Enfin, le capteur peut être retiré et remis en place à partir du bord de la chaussée, ce qui facilite grandement les travaux de maintenance. L'invention concerne donc un système de détection de masses métalliques, caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins un détecteur magnétique sensible à la direction du champ magnétique et comprenant des moyens d'orientation du détecteur; - au moins un tube placé à proximité des masses métalliques à détecter dans lequel peut coulisser au moins un détecteur magnétique et possédant des moyens d'orientation coopérant avec les moyens d'orientation du détecteur. Dans ce système, la section intérieure du tube perpendiculaire à l'axe du tube est de forme non circulaire et le détecteur possède une forme complémentaire à cette section lui permettant de coulisser dans le tube mais lui interdisant de tourner autour de l'axe du tube. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: - la figure 1, un exemple de détecteur magnétique utilisé dans le cadre de l'invention; - les figures 2a et 2b, un exemple de système selon l'invention; - les figures 3, 4 et 5, des exemples de dispositions de l'invention transversalement à une chaussée de circulation; - les figures 6a à 6e, un système de détection à détecteurs multiples; - la figure 7, un système de détection applicable à une installation de parcs automobiles; - la figure 8, un système de détection applicable à une installation de péage pour détecter toute circulation en marche arrière d'un véhicule; - la figure 9, un détecteur tridimensionnel de champ magnétique; - les figures 10 et 11, un système de multiplexage analogique des détecteurs; - les figures 12a, 12b, un système de multiplexage numérique des détecteurs. Le système de détection selon l'invention comporte un détecteur sensible à l'intensité et à l'orientation du champ magnétique. Un détecteur placé en un point déterminé de l'espace, par exemple dans une chaussée de circulation routière, est soumis à un champ magnétique ambiant. Lorsqu'une masse magnétique, telle qu'une automobile, est approchée du détecteur, la configuration des lignes de champ magnétique est modifiée car le champ magnétique a tendance à emprunter un parcours de plus grande perméabilité magnétique. De plus, une automobile peut comporter des masses magnétiques. La direction du champ magnétique dans le détecteur, et éventuellement son intensité est donc modifiée et le détecteur magnétique détecte cette masse magnétique. Des capteurs sensibles à la direction du champ magnétique sont réalisés par exemple à l'aide d'un élément à base de matériau magnéto- résistif dont une représentation simplifiée est donnée en figure 1. Il comporte principalement une plaquette MR en matériau magnéto-résistif placée selon un plan xOy. Des fils de connexions fl, f2 connectés à deux extrémités du détecteur permettent de mesurer la résistance de la plaquette selon l'axe Ox. Lorsque la composante du champ magnétique dans le plan xOy et plus précisément selon l'axe Oy varie, la résistivité du matériau magnéto-résistif varie et la mesure de la résistance de la plaquette MR donne une indication de la variation du champ magnétique. Il résulte de ce qui précède que l'orientation de la plaquette magnétorésistive MR est importante. L'invention prévoit donc des moyens pour orienter de façon déterminée et fixer la plaquette dans son environnement. Selon la figure 1, la plaquette est placée dans le boîtier DEC et est immobilisée dans ce boîtier. Le boîtier possède des moyens appelés "détrompeur"' dans la technique, pour lui donner une orientation prévue à l'avance. La figure 2a représente un système utilisant un capteur sensible à l'orientation du champ magnétique tel que celui de la figure 1. Il possède un tube TUB dans lequel peut coulisser le détecteur DEC. Le tube TUB possède des moyens qui coopèrent avec le détrompeur du détecteur DEC pour que celui-ci ait toujours la même orientation dans le tube, quelle que soit sa position le long de l'axe du tube. Le détrompeur du détecteur DEC peut être lié à sa forme, parallélépipédique par exemple. Sur la figure 2b on a représenté un exemple selon lequel le tube a une section intérieure carrée et le détecteur possède une forme carrée. Ainsi le détecteur, une fois inséré avec une orientation convenable dans le tube, gardera cette orientation lorsqu'on le fera coulisser dans le tube pour l'amener au point de détection voulu. L'invention est applicable à la détection du passage de véhicules sur une voie routière. Pour cela un trou est percé dans la chaussée (voir figure 3), transversalement à la direction de la chaussée et parallèlement au plan de roulement des véhicules, à 15 cm par exemple de la surface. Un tube TUB est inséré dans ce trou et un ou plusieurs détecteurs DEC1, DEC2 sont insérés dans le tube TUB. Le perçage du trou parallèlement à la surface de la chaussée n'est pas toujours possible lorsqu'il n'y a pas, par exemple, de fossé de part et d'autre de la chaussée, ou aux postes à péage d'autoroutes. On prévoit alors de percer un trou en biais dans la chaussée (voir figure 4). Le tube TUB est placé dans ce trou et un détecteur est inséré dans le tube. L'inclinaison du trou et donc du tube est calculée pour que le ou les détecteurs en fonction de leur sensibilité puissent détecter des véhicules. On démontre que, placé à environ 1 mètre de profondeur, un tel détecteur est encore efficace. Un même tube peut contenir plusieurs détecteurs. Si la chaussée comporte plusieurs voies de circulation, il est donc possible de détecter les véhicules sur les différentes voies en disposant un détecteur par voie. On peut également disposer plus de détecteurs qu'il y a de voies pour détecter les véhicules qui circulent à cheval sur deux voies. Par exemple, comme représenté schématiquement sur la figure 5, on dispose sur chaque voie un détecteur au milieu de la voie et un détecteur à la limite de séparation des voies. Ce système est applicable dans les parcs de stationnement automobiles couverts et/ou souterrains. Dans ce cas, on peut prévoir de fixer le tube au plafond du parc de stationnement ce qui évite des travaux dans le sol du parc de stationnement. Comme représenté en figures 6a et 6b, on peut également disposer des détecteurs suffisamment proches pour détecter des roues jumelées de camions. La figure 6a est applicable notamment à un poste de péage o chaque véhicule est canalisé dans sa voie de circulation. On connait donc la zone de passage des roues des véhicules et dans cette zone on dispose un détecteur à un pas inférieur à la largeur d'un pneu, tous les 15 cm par exemple pour détecter des roues jumelées de camions. La figure 6b représente un profil de valeurs de détection fournies par un tel ensemble de détection qui correspond à la détection d'un camion à roues jumelées. La zone "a" de la courbe correspondant à la largeur du camion. Les zones "bO" et "b1" correspondent à deux travées de roues jumelées et la zone "c" correspond à l'espace entre les deux roues jumelées. Les figures 6c et 6d correspondent à la détection d'une voiture de tourisme et selon le même principe les zones d, eO, el, f correspondent respectivement à la largeur du véhicule, les roues et l'espace entre roues. L'analyse de la réponse de l'ensemble des détecteurs permet à chaque instant de déterminer le type de véhicule détecté. La figure 6e représente un circuit d'analyse des signaux dl, d2, d3,... fournis par les différents détecteurs D1, D2, D3,... Dn. On pourra décider qu'au- delà d'un premier seuil ds1 de signal détecté, un circuit d'analyse fournit les signaux dl, d2, d3, d4,.. et qu'au-dessous de ce seuil, il fournit les signaux dl,d2,d3,d4. Dans le cas de la figure 6b, la combinaison des signaux recçus sera: dl. d2.d3.d4.d5.d6.d7.d8.d9.dl O.dl 1. d12 Dans le cas de la figure 6c, cette combinaison sera: dl. d2.d3.d4.d5.d6.d7. d8. d9 Le système pourra donc en déduire la largeur du véhicule en fonction du nombre de signaux supérieur au seuil ds. De plus, on peut prévoir qu'au-dessus d'un deuxième seuil ds', on obtient des signaux d'1, d'2, etc. Dans le cas de la figure 6b, on aura donc la combinaison de signaux: dl.d'2.d'3.d'4.d5.d6.d'7.d'8.d9.d'l 0. dl 1, d12 et dans le cas de la figure 6d, on aura: dl. d2.d'3.d4.d5.d'6. d7.d'8. d9 Le système permettra ainsi, à la fois de connaître la largeur du véhicule et de détecter des roues jumelées. Le système observe le nombre de détecteurs consécutifs qui fournissent des signaux supérieurs au seuil ds' (par exemple, sur la figure 6b: d'2.d'3 d'une part, et d'7.d'8 d'autre part). Selon une variante de réalisation, un tube TUB1 peut être disposé selon l'axe de circulation d'une voie de circulation et contenir au moins deux détecteurs distants l'un de l'autre d'une longueur inférieure à la longueur normale d'un véhicule. Cela peut être utile par exemple dans un parking pour détecter la présence d'un véhicule. En raison des irrégularités des masses métalliques, selon l'emplacement du véhicule, un détecteur peut ne pas détecter de masse métallique. Pour cela, on prévoit deux détecteurs DEC1, DEC2 espacés d'environ 50 cm à 2 m, disposés selon l'axe du parking. Dans ces conditions, le circuit logique de détection fournira en cas de détection l'information dl.d2 + dl +d2 (et) (ou) (ou) Un tel système permettra ainsi, en interrogeant les détecteurs, d'identifier la présence ou non d'un véhicule dans un emplacement d'un parc de stationnement. La disposition de deux détecteurs ou plus, le long de l'axe d'une voie, peut être utile notamment dans les stations de péages pour détecter le sens de circulation des véhicules. La figure 8 représente ainsi une voie d'un poste de péage et deux détecteurs DEC1, DEC2. Les deux détecteurs DEC1, DEC2 sont espacés d'une distance de préférence inférieure à la longueur d'un véhicule ou à la rigueur, légèrement supérieure à la longueur du véhicule. Lorsqu'un véhicule avance selon le sens de la flèche, le détecteur DEC1 puis le détecteur DEC2 détectent d'abord son passage. Aux différents instants de passage du véhicule, les signaux sont fournis successivement selon les séquences suivantes: dl dl.d2 puis d2 Par contre, si le véhicule recule alors qu'il s'est engagé dans la voie de péage, la séquence de signaux pourra être la suivante: dl dl.d2 et à nouveau dl Le système est donc à même de détecter un véhicule qui recule après s'être engagé dans une zone particulière telle qu'une zone de péage. Pour cela, il enregistre les deux dernières séquences et chaque nouvelle séquence est comparée à la plus ancienne séquence enregistrée. S'il y a identité, le système en déduit que le véhicule a reculé. Selon une autre variante, on prévoit que le détecteur possède trois éléments sensibles placés selon des plans perpendiculaires comme cela est représenté en figure 9. Un tel capteur est placé comme décrit précédemment dans un tube enterré dans la chaussée. Il permet de détecter avec une grande certitude la présence d'un véhicule sans être tributaire des irrégularités des masses métalliques du véhicule. Dans le cas o plusieurs capteurs sont insérés en série dans un même tube, on peut prévoir de les relier par un câble rigide ou semi-rigide qui peut être un câble contenant des fils de transmission des signaux de détection des capteurs. Une telle disposition permet d'enfiler une suite de détecteurs en série dans le tube. La collecte et le traitement des signaux fournis par différents capteurs peut se faire de manière analogique (figure 10). Un multiplexeur MUX commandé par une "commande MUX" transmet successivement les différents signaux de détection, par un amplification à un circuit de traitement qui fournit une information de détection. Selon la figure 10, les différents détecteurs ne sont pas physiquement disposés en série. La figure 11 représente une disposition selon laquelle plusieurs détecteurs sont reliés par des fils séparés au circuit de multiplexage MUX. La collecte et le traitement des signaux peuvent également se faire de manière numérique (figures 12a, 12b). Dans ce cas, il faut que les détecteurs soient placés en série dans un tube ou répartis en différents points d'une installation, ils sont adressés par une même série de fils du type bus de transmission (4 fils peuvent suffire pour un ensemble de détecteurs). Comme représenté en figure 12a, le circuit MUX transmet successivement les adresses des différents détecteurs. Pour chaque adresse transmise, un détecteur reconnaît son adresse et transmet en retour un signal indiquant son état de détection. Le circuit de traitement central CC connaît donc successivement les états des différents détecteurs et peut réaliser les opérations de traitement de détection décrites précédemment. Une liaison numérique entre les détecteurs et le circuit de traitement central CC nécessite dans chaque détecteur un circuit électronique CE capable de reconnaître son adresse que lui transmet le circuit central CC et lui permettant de se connecter au bus pour transmettre son état. La figure 12b représente un exemple de réalisation d'un tel détecteur. Il comporte un circuit d'interface INT connecté au bus de transmission BUS et permettant la connexion d'un circuit de traitement local CCL au bus pour permettre de recevoir les informations provenant du bus et pour transmettre en échange, sur ce bus, I'identité du détecteur et l'état du détecteur. Le détecteur DEC est connecté au circuit de traitement local par un amplificateur. REVENDICATIONS 1. Système de détection de masses métalliques, caractérisé en ce qu'il comporte: - au moins un détecteur magnétique sensible à la direction du champ magnétique et comprenant des moyens d'orientation du détecteur; - au moins un tube placé à proximité des masses métalliques à détecter dans lequel peut coulisser au moins un détecteur magnétique et possédant des moyens d'orientation coopérant avec les moyens d'orientation du détecteur. 2. Système de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section intérieure du tube perpendiculaire à l'axe du tube est de forme non circulaire et en ce que le détecteur possède une forme complémentaire à cette section lui permettant de coulisser dans le tube mais lui interdisant de tourner autour de l'axe du tube. 3. Système de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur a une forme parallélépipédique et que le tube a une section similaire. 4. Système de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube est situé dans le sol sur lequel se déplace des véhicules. 5. Système de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un tube placé en travers d'une chaussée de circulation routière. 6. Système de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que la position du tube dans le sol est en biais ou est parallèle à la surface du sol. 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube est fixé au plafond d'un parc de stationnement automobiles couvert et/ou souterrain. 8. Système de détection selon l'une des revendications 5 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs détecteurs placés dans le tube. 9. Système de détection selon la revendication 8, caractérisé en ce que la distance entre deux capteurs voisins est inférieure ou sensiblement égale à la largeur normale d'un pneu de véhicule, de façcon à détecter des roues jumelées de véhicules. 10. Système de détection selon la revendication 8, caractérisé en ce que les détecteurs sont placés dans le tube par une extrémité d'entrée du tube et peuvent être déplacés vers l'extrémité opposée du tube, en ce que le boîtier de chaque détecteur permet le passage des fils de détection de l'extrémité d'entrée du tube vers les détecteurs placés vers l'extrémité opposée et en ce que les détecteurs sont reliés par un câble permettant de maintenir constante la distance entre les différents capteurs. 11. Système de détection selon l'une des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce que le tube est orienté parallèlement à la direction de déplacement du véhicule et en ce qu'il comporte au moins deux détecteurs placés dans le tube et espacés d'une distance inférieure ou légèrement supérieure à la longueur normale d'un véhicule et supérieure à 50 cm. 12. Système de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque détecteur comporte un élément sensible magnéto-résistif dont la résistivité varie selon la valeur et l'orientation du champ magnétique dans l'élément sensible. 13. Système de détection selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube est situé dans le sol a une profondeur comprise entre 10 cm et 100 cm. 14. Système de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit permettant d'identifier plusieurs détecteurs consécutifs qui détectent un véhicule et permettant de fournir une indication de largeur en fonction du nombre de ces détecteurs. 15. Système de détection selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il prévoit un premier seuil de détection (ds) pour la détection d'un véhicule, et un deuxième seuil de détection pour la détection des roues du véhicule. 16. Système de détection selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit permettant d'indiquer que l'un au moins des détecteurs fournit un signal de détection (dl, d2, ou dl.d2). 17. Système de détection selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter les deux dernières séquences de signaux de détection et pour fournir un signal (d'indication de recul du véhicule) lorsqu'une troisième séquence de signaux détectée est identique à la première séquence de signaux.