Brevet FR2771512A1 — publié le 19990528

L'invention concerne un dispositif pour déterminer simultanément la variation dans l'espace de l'intensité et la configuration spatiale des gradients de champs magnétiques, produits par un objet magnétisable et/ou conducteur se trouvant dans le champ magnétique terrestre, au moyen de sondes qui délivrent un signal de sortie électrique proportionnel au champ magnétique. On sait que, dans les installations de repérage magné- tique, on peut obtenir une image approximative de la configuration du champ magnétique d'objets magnétisables au moyen de sondes qui sont disposées dans un plan parallèle à la surface terrestre et dont les axes sensibles sont orientés suivant la normale à la surface terrestre. Ces images approximatives de la configuration des champs magnétiques sont utilisées, par exemple dans la marine fédérale allemande et dans les marines d'autres états, d'une part, dans le but de vérifier que les champs magnétiques de navires ne dépassent pas une valeur déterminée, afin de réduire ainsi les risques d'exposition à des mines magnétiques, d'autre part, pour déterminer dans des simulations avec des modèles, o on utilise par exemple des modèles ellipsotdaux du champ magnétique de navires, l'efficacité de mines en tant qu'armes contre des navires. Les écarts constatés à la mesure avec la configuration effective du champ sont cependant si grands que, dans des installa- tions plus récentes, le champ est déterminé suivant trois directions spatiales par des sondes triples. Toutefois, dans le cas d'objets autoprotégés par des contre-mesures magnétiques, la configuration du champs, surtout à proximité de l'objet, ne peut pas encore être déterminée de façon suffisante par de telles installations, parce qu'elles ne fournissent pas d'informations sur la diminution d'inten- sité en fonction de la distance. Ceci est démontré, par exemple, dans les simulations avec des modèles effectuées dans la marine pour déterminer l'efficacité de mines,o les paramètres d'entrée pour les mines simulées sont obtenus à partir de modèles ellipsoTdaux du champ magnétique de navires. Ces modèles permettent certes de déterminer le champ magnétique avec une précision suffisante à des distances plus grandes que les distances de mesure; cependant, lorsqu'on calcule, à partir de là, le champ magnétique à une distance plus petite que la distance de mesure, il se produit des erreurs de l'ordre de la grandeur du champ magnétique réel à l'endroit consi- déré. De ce fait, ce type de modèle ne permet pas, d'une part, de calculer l'action en tant qu'arme de mines modernes à faible profondeur d'immersion et à système de mise de feu à gradients, d'autre part, de prendre des mesures pour protéger des objets contre de telles mines. On peut améliorer la simulation de champs magnétiques en partant d'une loi de variation de la théorie du potentiel. Le champ magnétique d'un objet magnétisable, régnant à l'extérieur de l'objet dans une zone ne contenant pas de sources magnétiques, peut être représenté par le potentiel scalaire 0 B = - degré 0 En utilisant l'équation de Maxwell div B = O et l'équation de Laplace 0 e e2 '_ 0 /k. =e 2 e 2 + 2 x y z avec la formule de solution 0 (x,yz) = (A1eax + A2e x) (BleY + B2eY) (Clez + C2e- Yz =A. B. C et la condition secondaire 2 2+ 2+ a + +7=0 on obtient, par exemple, la composante z du champ magnétique: B = -d0 A. B d0 dz d z d z - A. B. Y(CleYz - C2e -) --A.B.y(1e 2 A condition que la composante z du champ magnétique devienne très petite pour de très grands éloignements, on a lim B = 0 z z -- -a z de sorte que la constante C2 devient nulle. La composante z du champ magnétique est donc égale a: z B = -A. B. y Cley z o y est le gradient du champ magnétique dans la direction z, dont la valeur approximative au point de mesure peut être déterminée par - B z Les deux grandeurs A et B peuvent être représentées dans ce cas, en tenant compte du fait qu'elles sont seulement à calculer pour un plan limité, par des séries de Fourier qui contiennent la constante C1 comme facteur multiplicateur. Pour la composante z du champ magnétique, on a donc: B = A. B y. eyz z Les différents coefficients des séries de Fourier A, B peuvent être déterminés lorsque le paramètre z rapporté à la profon- deur de repérage est fixé à zéro B (z = 0) = A. B. Y z Ainsi, les paramètres des séries de Fourier A et B peuvent être déterminés à partir du seul champ magnétique mesuré dans un plan, comme cela est possible avec les installations de repérage existantes. Par contre, le gradient 7 du champ magnétique ne peut pas être déterminé ainsi. Le but de l'invention est de créer un dispositif par lequel ces inconvénients dans le repérage d'objets magnétisables soient évités et par lequel la configuration des champs magnétiques puisse être mieux déterminée. Selon l'invention, un tel dispositif est caractérisé essentiellement en ce que les sondes sont disposées en une série de points dans l'espace environnant l'objet, pour la détermination du champ magnétique en grandeur et en direction, et que deux de ces sondes forment chaque fois une paire de sondes qui sont dispo- sées à une distance donnée l'une de l'autre et avec leurs directions sensibles parallèles et sont connectées électriquement pour que soit établie la différence, qui est une mesure du gradient du champ, entre les intensités de champ magnétique déterminées par les sondes de la paire. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les paires de sondes sont en outre connectées électriquement pour que soit établie la somme des signaux des sondes individuelles - on utilise des sondes avec du matériau de noyaux magnétisable ou en matériau semi-conducteur - trois paires de sondes sont connectées entre elles pour former un triplet orthogonal dans chacun desdits points de l'espace, situés notamment dans un plan sous l'objet - les paires de sondes sont orientées avec leurs axes sensibles parallèlement à la normale à la surface terrestre et sont situées dans un plan parallèle à la surface terrestre - les paires de sondes sont orientées parallèlement à la surface terrestre et leurs axes sensibles sont situés sur une droite. L'avantage essentiel du dispositif selon l'invention est qu'il permet de déterminer le gradient de la configuration du champ magnétique, qui est également nécessaire pour obtenir une description ou définition plus précise de la configuration du champ. La connaissance de la configuration exacte des champs magné- tiques est de la plus grande importance pour les mines marines modernes à gradients. Un exemple de réalisation non limitatif de l'invention sera décrit plus en détail en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement l'agencement d'un dispositif selon l'invention pour déterminer la configuration spatiale du gradient de champs magnétiques; et - la figure 2 montre le principe de la construction des sondes et un schéma synoptique d'une partie du dispositif de mesure. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le dispositif selon l'invention se présente sous forme d'un champ 2 de sondes 3 qui sont situées sur un support de sondes 1. Ce dispositif de mesure ou de repérage peut se trouver, comme représenté, sur le fond d'une masse d'eau, au fond de la mer, d'un lac, ou d'un fleuve par exemple, ou être installé à une profon- deur d'immersion donnée. Au-dessus du dispositif se trouve l'objet à repérer 4, un navire en l'occurrence. La disposition relative dans l'espace de l'objet 4 à repérer et du champ de sondes 2 ne correspond pas obligatoirement à celle représentée sur la figure 1: le champ de sondes peut se trouver également au-dessus, à côté, devant ou derrière l'objet à repérer. Le champ de sondes peut être formé également d'une seule rangée de sondes. Des dispositifs semblables peuvent se trouver également à terre, pour le repérage (ce terme couvre, dans le présent mémoire, la détection et la mesure de l'étendue et/ou de la nature d'objets) d'objets ferromagnétiques tels que des installations, des compo- sants d'installations et des véhicules, notamment des chars. La figure 2 montre une sonde 3 qui contient deux capteurs 5a et 5b qui travaillent par exemple selon le procédé à codage chronologique direct. Les axes sensibles des deux capteurs correspondent a la direction longitudinale de la sonde. Les sondes 3 peuvent être disposées, soit l'une au-dessus de l'autre avec leurs axes sensibles en alignement mutuel, soit l'une à côté de l'autre avec leurs axes sensibles parallèles. En cas de dispo- sition verticale des sondes 3, on mesure la composante verticale du champ magnétique de l'objet à repérer. Les capteurs 5 peuvent aussi être orientés horizontalement et ils peuvent être disposés l'un au-dessus de l'autre ou parallèlement, c'est-à-dire l'un à c8té de l'autre. La dimensionprincipale du dispositif peut être orientée suivant la direction longitudinale de l'objet à repérer ou suivant la direction transversale de l'objet. Au moyen de sondes longitudi- nales, de sondes transversales et d'une sonde verticale, on peut réaliser des sondes triples qui déterminent, à un endroit, les trois composantes du champ magnétique ainsi que le gradient spatial dans une direction du champ. Dans une autre exécution de la sonde, chacun des capteurs à l'intérieur peut être remplacé par deux ou trois capteurs en vue de la détermination de deux respectivement de trois composantes du champ magnétique et de son gradient spatial. Les deux capteurs 5a et 5b de la sonde 3 sont pilotés par un générateur de prémagnétisation 6. Leur tension de sortie est transformée par un comparateur 7 en un signal numérique modulé en longueur d'impulsion, lequel est converti pour chacun des capteurs en un nombre binaire par une unité de conversion de code 8 montée à la suite. A partir des deux signaux de sortie des convertisseurs de code 8, un étage différentiateur 9 établit la différence LS des valeurs du champ magnétique au point o se trouve le capteur 5a et au point o se trouve le capteur 5b et cette différence corres- pond au gradient entre les deux capteurs. Selon une autre caractéristique de l'invention, un autre étage 10 établit, à partir des deux signaux de sortie des convertis- seurs de code 8, la somme E des valeurs du champ magnétique aux points o se trouvent les capteurs 5a et 5b. RE VE N D I C AT I 0 N S 1. Dispositif pour déterminer simultanément la variation dans l'espace de l'intensitéet laconfigurationspatiale des gradients de champs magnétiques, produits par un objet magnétisable et/ou conducteur se trouvant dans le champ magnétique terrestre, au moyen de sondes qui délivrent un signal de sortie électrique proportionnel au champ magnétique, caractérisé en ce que les sondes (3) sont disposées en une série de points dans l'espace environnant l'objet (4), pour la détermination du champ magnétique en grandeur et en direction, et que deux de ces sondes (3) forment chaque fois une paire de sondes qui sont disposées à une distance donnée l'une de l'autre et avec leurs directions sensibles parallèles et sont connectées électriquement pour que soit établie la différence, qui est une mesure du gradient du champ, entre les intensités de champ magnétique déterminées par les deux sondes (3) de la paire. 2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que les paires de sondes sont en outre connectées électriquement pour que soit établie la somme des signaux des sondes individuelles. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les sondes ont des noyaux en matériau magnétisable. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les sondes sont en matériau semi-conducteur. 5. Dispositif selon J.a revendication 1, caractérisé en ce que trois paires de sondes sont connectées entre elles pour former une sonde triple orthogonale en chaque point de l'espace. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les triplets formés des paires de sondes sont disposés dans un plan sous l'objet (4). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les paires de sondes sont orientées avec leurs axes sensibles parallèlement à la normale à la surface terrestre et sont situées dans un plan parallèle à la surface terrestre. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les paires de sondes sont orientées paral- lèlement a la surface terrestre et leurs axes sensibles sont situés sur une droite.