Brevet FR2795171A1 — publié le 20001222

La présente invention se rapporte à une bobine de transmission améliorée d'un dispositif de paramétrage de détonateur et à des circuits de dispositif de paramétrage de détonateur améliorés destinés à régler de manière adaptative le circuit à la résonance ainsi qu'à des circuits destinés à interpréter un message de collation ou de bonne réception de détonateur par différence de courant. Les dispositifs de paramétrage de détonateur à induction sont bien connus dans la technique. Le brevet U.S. 5 343 795 se rapporte à un tel dispositif. Les dispositifs de paramétrage de détonateur à induction sont utilisés pour transmettre des données de détonation à une charge de projectile, telles que des données de durée de vol ou de nombre de tours avant mise à feu, comme cela est bien connu dans la technique. Les canons à tir rapide peuvent présenter une cadence de tir comprise entre munitions par minute et 10 munitions par seconde ou supérieure, et par conséquent, il est très important de pouvoir transmettre rapidement des données à un projectile lorsqu'il se déplace d'un magasin vers le canon. En outre, il est extrêmement important de vérifier que le projectile a reçu correctement les données transmises. L'OTAN utilise un standard STANAG 4369 et les Etats-Unis utilisent 2 0 un standard AOP-22 qui régissent les communications entre un dispositif de paramétrage de détonateur et un détonateur. Ceux-ci spécifient un signal de porteuse à 100 kHz qui est modulé en largeur d'impulsion (PWM) pour le message d'instruction, qui transmet les données de détonation au projectile, et qui est modulé par impulsions codées (PCM) pour le message de réponse ou de bonne réception, dans lequel le détonateur confinrme les données transmises. Comme cela est bien connu dans la technique, l'interface magnétique entre le dispositif de paramétrage de détonateur et le détonateur doit permettre un transfert d'énergie de manière à "charger électriquement" le circuit de détonateur de même qu'elle doit être suffisamment sensible pour détecter et interpréter le signal de bonne réception émis par le circuit de détonateur en utilisant l'énergie disponible accumulée au cours de la partie de "charge" de la communication à partir du dispositif de paramétrage de détonateur. 2 2795171 Dans la technique antérieure, le message de bonne réception est détecté et interprété en détectant la modification de phase qui se produit entre la tension de circuit de dispositif de paramétrage de détonateur et le courant au cours de la bonne réception, lorsque le détonateur module l'impédance de bobine de détonateur. Cependant, ce procédé présente le problème d'une perte de signal lorsque le circuit LC du dispositif de paramétrage de détonateur est à la résonance du fait d'une réponse de phase nulle. Afin de fonctionner correctement, le dispositif doit être réglé de manière légèrement décalée par rapport à la résonance afin de fonctionner à proximité du transfert maximal de puissance à la résonance, mais aussi pour être assez loin du point nul. Une faible modification des paramètres de dispositif de paramétrage de détonateur à induction, telle qu'une dérive des valeurs de capacité ou des valeurs d'inductance provoquée par des variations de température peut décaler le point de fonctionnement de nouveau à la résonance, conduisant à une réponse nulle et de perte de phase, de telle sorte qu'aucun message de bonne réception ne peut être interprété. La bobine de transmission de l'invention utilise une section transversale de bobine en forme de "L", la partie de bobine enveloppante formant un angle droit par rapport à la partie de bobine de retour, dans le but d'augmenter l'efficacité de couplage entre la bobine de dispositif de paramétrage de détonateur et la bobine de réception de détonateur. comparée à la bobine en "C" de la technique antérieure. La section transversale en forme de "L" selon l'invention élimine aussi le contrechamp magnétique dû à la partie de bobine de retour qui est disposée à angle droit 2 5 par rapport à la partie de bobine enveloppante. Le dispositif de paramétrage de détonateur de l'invention comprend une unité de commande qui est reliée électriquement à un émetteur et à un récepteur, l'émetteur et le récepteur étant chacun reliés électriquement à une première bobine d'induction, la première bobine d'induction constituant une partie d'un circuit LC résonant. Le détonateur électronique est incorporé dans un projectile et comprend une seconde bobine d'induction en relation de couplage inductif avec la première bobine d'induction, le détonateur comprenant des circuits destinés à renvoyer un message de bonne réception à l'unité de commande en utilisant la seconde bobine d'induction, le message de bonne réception confirmant les données envoyées par l'émetteur au 3 2795171 détonateur électronique en utilisant la première bobine d'induction. Le dispositif de paramétrage de détonateur comprend, en outre, des circuits destinés à régler de manière adaptative le circuit résonant LC à la résonance en ajustant la capacité du circuit LC de manière à rendre maximumrn le courant dans le circuit LC. Le dispositif de paramétrage de détonateur de l'invention utilise un circuit à réseau de condensateurs commutés afin de régler le circuit LC à la résonance. Le message d'instruction est transmis par modulation de largeur d'impulsion d'un signal de porteuse à 100 kHz et le message de réponse est transmis par modulation d'impulsion codée du signal de porteuse de 100 kHz. L'impulsion codée de détonateur assure la modulation du signal de porteuse de 100 kHz en modulant l'impédance de ce dernier, en "court- circuitant" son inductance, ce que le circuit réalise. en utilisant un commutateur d'émission. L'impédance modulée du circuit de détonateur conduit à des modifications sur le courant dans le circuit résonant LC du dispositif de paramétrage de détonateur qui sont détectées et interprétées par le circuit de paramétrage de détonateur. La différence de courant dans le circuit de paramétrage de détonateur est à un maximum à la résonance, contrairement au déphasage de la technique antérieure. Ceci élimine les problèmes de perte du signal de bonne réception du fait d'un point nul. Le réglage adaptatif du circuit de paramétrage de détonateur pour chaque projectile élimine aussi tout problème dû au vieillissement des circuits ou aux variations de températures en assurant la détection du signal maximum afin de détecter et d'interpréter le message de bonne réception. Le dispositif de l'invention utilise aussi un mécanisme de positionnement qui est constitué de deux capteurs de proximité et d'un vérin linéaire vertical entraîné par un moteur pas à pas afin d'assurer le mouvement vertical et d'un solénoïde avec des barres de guidage pour le mouvement horizontal. Le mécanisme de positionnement assure le positionnement du dispositif de paramétrage de détonateur de telle sorte que chaque projectile est couplé de manière inductive avec le dispositif de paramétrage de détonateur lorsque le projectile se déplace du magasin vers le canon. Le mécanisme de positionnement penrmet au dispositif de paramétrage de détonateur de maintenir une cadence de tir d'au moins 4 2795171 munitions par minute et prend en charge des projectiles jusqu'à 1000 mm. L'invention va maintenant être décrite de manière détaillée en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique montrant la bobine de transmission et un schéma fonctionnel du dispositif de paramétrage de détonateur de l'invention; la figure 2 montre la bobine en forme de "L" de manière plus détaillée; la figure 3 montre une bobine en forme de "C" de la technique antérieure; la figure 4 est un schéma montrant la mise en oeuvre du dispositif de la figure I pour des munitions se déplaçant suivant d'un trajet d'alimentation à partir d'un magasin vers un canon à tir rapide; la figure 5 montre le mécanisme de positionnement de bobine; la figure 6 montre la bobine fixée sur le mécanisme de positionnement de bobine; la figure 7 est un diagramme de séquence montrant les communications entre le dispositif de paramétrage de détonateur et un détonateur classique (XM 782); la figure 8 montre un diagramme de séquence pour un message d'instruction "I"; la figure 9 montre un diagramme de séquence pour un message d'instruction "0"; la figure 10 montre un diagramme de séquence pour un message de réponse ou de bonne réception "0" la figure 11 montre un diagramme de séquence pour un message de réponse ou de bonne réception "1"; la figure 12 montre un schéma de circuit des circuits de dispositif de paramétrage de détonateur; la figure 13 montre un schéma de circuit plus détaillé des circuits du dispositif de paramétrage de détonateur et du détonateur; la figure 14 est un graphe de la différence de courant, la différence de phase et du courant en fonction de la capacité des condensateurs d'ajustement; 2795171 la figure 15 est un graphe de données réelles de la différence de tension et de la tension de sortie de détonateur pour différentes capacités de condensateur dans le détonateur la figure 16 est un schéma de circuit détaillé des circuits de dispositif de paramétrage de détonateur; et la figure 17 est un schéma de circuit détaillé du circuit de commutation de condensateur, utilisé pour ajuster la capacitance du circuit LC à la résonance. Bien que l'invention puisse être mise en oeuvre sous de nombreuses formes différentes, des modes de réalisation spécifiques de l'invention vont être décrits ici de manière détaillée. Cette description est un exemple des principes de l'invention et n'est pas destinée à limiter l'invention aux modes de réalisation particuliers représentés. Le dispositif d'armement électronique de la présente invention comprend, comme on le voit à la figure 1, un dispositif de paramétrage de détonateur, globalement représenté par 10, et un détonateur électronique, globalement représenté par 12. Le détonateur électronique 12 comprend une bobine de réception 14 et le détonateur 12 est incorporé dans un projectile 16. Les détonateurs électroniques, bobines de réception et projectiles sont tous bien connus dans la technique. Le dispositif de paramétrage de détonateur 10 de la figure 1 comprend une unité de commande 20, qui est reliée électriquement à un émetteur 22. La bobine de transmission de l'invention est représentée globalement par 24 et est reliée électriquement à la fois à l'émetteur 22 et à un récepteur 26. Le dispositif de paramétrage de détonateur 10 est positionné par rapport au projectile 16 par une unité de commande de position de bobine 28 qui commande un mécanisme de positionnement de bobine 30. Comme cela est montré à la figure 5, le mécanisme de positionnement de bobine 30 comprend deux capteurs de proximité 27 et 29 et un vérin linéaire vertical 31 entraîné par un moteur pas à pas de manière à assurer le mouvement vertical et un solénoïde avec des barres de guidage pour le mouvement horizontal. Les capteurs de proximité 27 et 29 détectent les positions étendue et rétractée du solénoïde. La figure 6 montre la bobine 24 reliée au mécanisme de positionnement de bobine 30 de manière plus détaillée. 6 2795171 La bobine de transmission 24 de l'invention est constituée par une partie de bobine enveloppante 40 et une partie de bobine de retour 42. La partie de bobine enveloppante 40 enveloppe sur 180 la circonférence du projectile de manière adjacente à la bobine de réception 14, de telle sorte que la partie de bobine enveloppante 40 et la bobine de réception 14 sont sensiblement coplanaires. La partie de bobine de retour 42 est orientée à 90 par rapport à la partie de bobine enveloppante 40, assurant à la bobine 24 une section transversale en forme de "L". Des essais réalisés par le déposant ont montré que la bobine en forme de "L" 24, la partie enveloppante s'étendant sur 180 autour de la circonférence, assure un meilleur coefficient de couplage que la bobine en "C" de la technique antérieure. Au cours des essais, le coefficient de couplage des bobines en "C" était de 0,070, alors que la bobine en forme de "L" a présenté un coefficient de couplage compris entre 0,091 et 0,110. Ce coefficient de couplage est supérieur à celui de tout type de bobine connu du déposant à l'exception de celui de la bobine torique utilisée dans les éléments de paramétrage de détonateurs portatifs, qui ne peut pas être utilisée en relation avec des dispositifs de paramétrage de détonateur de canon à tir rapide du fait des contraintes d'espace. La bobine en forme de "L" est montrée de manière plus détaillée à la figure 2, et une bobine en forme de "C" de la technique antérieure est montrée à la figure 3. Un dispositif de paramétrage de détonateur de canon à tir rapide est montré à la figure 4, dans lequel un magasin est représenté par 50, et un mécanisme d'alimentation représenté par 52 déplace les projectiles 16 et les charge dans le canon 54. Le dispositif de paramétrage de détonateur 10 est une partie du dispositif de chargement et se déplace avec le dispositif de chargement vers le projectile dans le magasin de telle sorte que le dispositif de paramétrage de détonateur 10 est placé en relation de couplage inductif. et cela a été décrit de manière plus détaillée ci-dessus en relation avec la figure 5. Le dispositif de paramétrage de détonateur 10 transmet des données de détonation au détonateur 12 dans le projectile 16 en utilisant la bobine de transmission 24, le détonateur 12 confirme ses données de détonation avec un signal de bonne réception et le projectile est envoyé vers le canon 54. Le canon 54 présente une cadence de tir allant jusqu'à 7 2795171 munitions par minute. Les figures 7 à 9 montrent les communications gérées suivant les protocoles STANAG 4369 et AOP-22 de manière plus détaillée. L'ensemble d'une communication est montré à la figure 7, dans laquelle la phase de mise en service est représentée par 60, qui assure la fourniture d'énergie au circuit de détonateur 12 et sa charge, comme cela est bien connu dans la technique. Le message d'instruction contenant les données de détonation est représenté par 62, un délai est représenté par 64, le message de réponse ou de bonne réception est représenté par 66. Le principe de communication montré à la figure 7 est bien connu dans la technique. Le message d'instruction "1" suit un principe par modulation de largeur d'impulsion (PWM) qui active et désactive la porteuse à 100 kHz suivant des intervalles précis. Un niveau logique "1" est caractérisé par un cycle actif d'impulsion de 50 % et un niveau logique "0" est caractérisé par un cycle actif d'impulsion de 75 %, montrés respectivement à la figure 8 et à la figure 9. Le message de réponse ou de bonne réception produit par le détonateur 12 est un signal à modulation d'impulsion codée (PCM) produit par le détonateur en court-circuitant ses circuits de réglage inductifs à intervalles précis. Les impulsions individuelles présentent un cycle actif de 50 % comme cela est montré à la figure 10 et à la figure 11. Chaque "bit" d'information logique consiste en 8 ou 16 impulsions dans une plage temporelle égale à 32 fois la période d'une simple impulsion. Huit impulsions représentent un niveau logique "0", comme cela est montré à la figure 10, et 16 impulsions représentent un niveau logique "1" comme cela 2 5 est montré à la figure 11. La figure 12 montre un schéma fonctionnel général des circuits du dispositif de paramétrage de détonateur 10. Un oscillateur 70 génère le signal de porteuse à 100 kHz, qui est filtré en 72, converti de numérique en analogique en 74 et amplifié en 76. La bobine de transmission est montrée en 78, formant un circuit résonant LC en relation avec les circuits d'ajustement de capacitance 80. Les circuits sont réglés à la résonance en relation avec chaque projectile en utilisant un détecteur de crête 82 afin de détecter le courant maximum en relation avec différentes valeurs de condensateur pour 80. Le circuit est commandé par un micro-régisseur 84 qui est relié au détecteur de crête 82 par l'intermédiaire d'un convertisseur 8 2795171 analogique numérique 86. La tension de tampon 88 est délivrée au détecteur de crête 82 et, en outre, la tension tampon 88 est aussi délivrée à un démodulateur AM 90 qui est relié à un élément de soustraction 92 relié à un comparateur 94, qui est lui-même relié au régisseur 84. La figure 13 montre un schéma des circuits du dispositif de paramétrage de détonateur et du détonateur, des formes d'onde étant montrées en différents emplacements. La bobine de transmission 24 est montrée couplée de manière inductive à la bobine de réception 14. Le démodulateur 90 consiste en une diode D1, représentée par 100 et en un amplificateur opérationnel (AMP OP) formant filtre actif X2 représenté par 102, ensemble avec leurs résistances et capacités associées. L'élément de soustraction 92 consiste en un amplificateur opérationnel Xl, représenté par 104, qui est relié au comparateur X3, représenté par 106, ensemble avec leurs résistances et condensateurs associés. La forme d'onde de courant montrant les résultats de la modulation de bonne réception est montrée en 108. La sortie du démodulateur AM 90 et de l'élément de soustraction 92 est montrée en 110, et la sortie numérisée finale est montrée en 112. Les circuits de "mise en court-circuit" utilisés par le détonateur 12 afin de produire le message de bonne réception sont constitués par les circuits représentés, à l'intérieur de lignes en pointillés, par 114. La figure 14 montre un graphe de la différence de courant, la différence de phase et du courant en fonction de la capacité des condensateurs d'ajustement. Comme on peut le voir, la différence de phase passe de zéro au point de résonance, qui est défini par la crête de courant Ipl. De plus, on peut voir que la différence de courant présente une crête à la résonance. La figure 15 est un graphe des données réelles de la différence de tension et de la tension de sortie de détonateur pour différentes capacités de condensateur dans le détonateur. La différence de courant, la tension de détonateur, la tension de bruit ambiant et le courant de paramétrage de détonateur sont tous tracés. La largeur de bande sur l'axe des abscisses du graphe représente la fréquence de résonance des circuits de détonateur pour chaque valeur de capacité du condensateur de détonateur. La figure 16 est un schéma de circuit détaillé des circuits de paramétrage de détonateur. Le courant est mesuré en détectant la tension 9 2795171 aux bornes d'une résistance de 1 ohm, représentée par 120, entre le condensateur de 2000 pF représenté par 122 et la masse. Cette tension est mise en tampon en 124 et est ensuite délivrée à une section de détection de crête des circuits représentés par 126, après quoi elle est délivrée au micro- régisseur 84. Une bascule du type D 128 est utilisée pour commuter un bloc de condensateurs (montré à la figure 17) utilisé pour assurer le réglage adaptatif. Les précédents exemples et description doivent être considérés comme étant représentatifs et non pas exhaustifs. Ces exemples et description vont suggérer de nombreuses modifications et variantes aux spécialistes de la technique. Toutes ces modifications et variantes doivent être considérées comme étant contenues dans le cadre de l'invention. D'autres équivalents des modes de réalisation spécifiques décrits ici vont être évidents pour les spécialistes de la technique, lesquels équivalents doivent aussi être considérés comme étant compris dans le cadre de la présente invention. 2795171 REVENDICATIONS 1. Bobine de transmission (24) pour un détonateur de projectile pouvant être programmé, comprenant: un noyau de bobine fonrmé d'un enroulement qui comprend une partie de bobine enveloppante (40) et une partie de bobine de retour (42); la partie de bobine enveloppante (40) enveloppant une section de la circonférence d'un projectile de manière adjacente à une bobine de réception (14) contenue à l'intérieur du projectile, la partie de bobine enveloppante (40) présentant des première et seconde extrémités, et la partie de bobine de retour (42) s'étendant depuis la première extrémité vers la seconde extrémité, la partie de bobine de retour (42) étant formée à 90 par rapport à la partie de bobine enveloppante (40), de telle sorte que la bobine de transmission (24) présente une section transversale en forme de "L" qui élimine le contre-champ magnétique dû à la partie de bobine de retour (42) disposée à angle droit par rapport à la partie de bobine enveloppante (40). 2. Bobine de transmission (24) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les première et seconde extrémités sont situées approximativement à 180 l'une de l'autre autour de la circonférence du projectile. 3. Dispositif destiné à paramétrer un détonateur de projectile comprenant: un dispositif de paramétrage de détonateur (10) comportant une unité de commande (20), l'unité de commande (20) étant reliée électriquement à un émetteur (22) et à un récepteur (26), l'émetteur et le récepteur étant chacun reliés électriquement à une première bobine d'induction (24), la première bobine d'induction constituant une partie d'un circuit résonant LC un détonateur électronique (12) incorporé dans un projectile (16) et comprenant une seconde bobine d'induction (14) en relation de couplage inductif avec la première bobine d'induction, le détonateur comprenant des circuits destinés à renvoyer un message de bonne réception au régisseur en utilisant la seconde bobine d'induction, le message de bonne réception confirmant les données envoyées par l'émetteur au détonateur électronique (12) en utilisant la première bobine d'induction (24); Il 1 2795171 le dispositif de paramétrage de détonateur (10) comprenant, en outre, des circuits destinés à régler de manière adaptative le circuit résonant LC à la résonance en ajustant la capacitance dans le circuit LC afin de rendre maximum le courant dans le circuit LC. 4. Dispositif destiné à paramétrer un détonateur de projectile selon la revendication 3, caractérisé en ce que la capacitance dans le circuit LC est ajustée en utilisant un circuit de commutation de condensateur. 5. Dispositif destiné à paramétrer un détonateur de projectile selon la revendication 3, caractérisé en ce que les données sont transmises au détonateur électronique (12) par modulation de largeur d'impulsion (PWM) d'un signal de porteuse. 6. Dispositif destiné à paramétrer un détonateur de projectile selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détonateur électronique (12) génère un message de bonne réception par modulation d'impulsion codée (PCM) d'un signal de porteuse. 7. Dispositif destiné à paramétrer un détonateur de projectile selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal de porteuse présente une fréquence de 100 MHz. 8. Dispositif destiné à paramétrer un détonateur de projectile selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'impulsion codée de détonateur électronique (12) assure la modulation du signal de porteuse en modulant l'impédance des circuits de détonateur électronique afin de renvoyer le message de bonne réception à l'unité de commande (20), l'impédance modulée conduisant à des modifications sur le courant dans le circuit résonant LC du dispositif de paramétrage de détonateur (10) qui sont détectées par un démodulateur et délivrées à l'unité de commande (20). 9. Dispositif destiné à paramétrer un détonateur de projectile selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'impédance est modulée par commutation d'une résistance de manière à l'insérer dans un circuit de détonateur électronique et à l'éliminer à intervalles prédéterminés. 10. Dispositif selon la revendication 3, destiné à paramétrer un détonateur de projectile d'une succession de projectiles délivrés à un lanceur de projectiles. 11. Dispositif selon la revendication 10, comprenant, en outre, un mécanisme de positionnement (30) destiné à déplacer le dispositif de 12 2795171 paramétrage de détonateur (10) suivant une relation inductive avec le détonateur électronique (12) d'un projectile se déplaçant vers un lanceur de projectiles. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le mécanisme de positionnement (30) peut déplacer le dispositif de paramétrage de détonateur (10) suivant une relation inductive avec le détonateur électronique (12) de projectiles d'une taille allant jusqu'à 1000 mm. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le mécanisme de positionnement (30) et le dispositif de paramétrage de détonateur (10) permettent d'assurer une cadence de tir de 10 projectiles par minute. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le mécanisme de positionnement (30) peut déplacer le dispositif de paramétrage de détonateur (10) à la fois verticalement et horizontalement de manière à positionner convenablement le dispositif de paramétrage de détonateur (10) pour des projectiles de différentes tailles. 15. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première bobine d'induction comprend: un noyau de bobine constitué d'un enroulement qui comprend une partie de bobine enveloppante (40) et une partie de bobine de retour (42); la partie de bobine enveloppante (40) enveloppant une section de la circonférence du projectile de manière adjacente à une bobine de réception (14) contenue à l'intérieur du projectile, la partie de bobine enveloppante (40) comprenant des première et seconde extrémités, et la partie de bobine de retour (42) s'étendant depuis la première extrémité vers la seconde extrémité, la partie de bobine de retour (42) étant formée à 90 par rapport à la partie de bobine enveloppante (40), de telle sorte que la première bobine d'induction présente une section transversale en forme de L qui élimine le contre-champ magnétique dû à la partie de bobine de retour (42) disposée à angle droit par rapport à la partie de bobine enveloppante (40).