Brevet FR2799841A1 — publié le 20010420

La présente invention concerne un système de détection et d'identification électromagnétiques d'objets par excitation acoustique permet de localiser et d'identifier à distance, tout objet comportant un capteur Piezo-Electro-Magnétique (PEM). Le systeme breveté concerne à la fois le capteur PEM, l'excitateur ou dispositif permettant de l'exciter une onde acoustique, ainsi que le récepteur-lecteur ou dispositif permettant la lecture signal électromagnétique renvoyé par le capteur. (figure 1) L'originalité de cette invention réside dans la possibilité qu'offre ce type marqueur PEM d'être détecté à distance au travers d'un milieu qui peut être homogène ou héterogène de type solide liquide ou gazeux. DEFINITIONS On appellera marqueur un matériau ou ensemble de matériaux ou dispositif complexe, disposé à proximité ou sur un objet dont on veut assurer la localisation à distance, et capable de délivrer un signal caractéristique. Un composant piézoélectrigue est réalisé à partir d'un matériau polarisable, sous l'action d'une pression externe (contraintes) ou sous l'action d'une vibration, délivre courant électrique composant électromagnétique est constitué d'un matériau ou d'une inductance capable générer un champ ou une onde électromagnétique (bobine classique d'inductance L). système marqueur considéré est capable d'être excité par une onde acoustique et d'émettre une onde électromagnétique. D'où notre définition de " marqueur Piézo-Électro-Magnétique" ou marqueur PEM. Exemples de matériau piézo-électrique adapté : la céramique frittée PZT de formule chimique approchée Pb Zr 0.5 Ti 0,5 03. ETAT DE L'ART. La recherche d'objets enfouis a fait l'objet de nombreuses études. II existe ainsi de nombreux détecteurs de métaux capables de discriminer les cibles en fonction de leur conductivité et s'affranchissant de la minéralisation du sol ( [1],[2] et [3] ). Ces détecteurs sont basés sur le principe de détection par recherche des courants de Foucault. Ces derniers sont aisément détectables jusqu'à des profondeurs de l'ordre de 60 cm, à l'aide d'antennes de type bobines (magnétomètres) [4]. D'autres systèmes de détection existent actuellement sur le marché : ce sont les radars de prospection minière. Ceux-ci permettent de localiser des objets ou métaux enfouis à de grandes profondeurs (200 - 300 m), mais à la condition qu'ils soient de volumes importants. détecteurs sont essentiellement basés sur des mesures de moments magnétiques et sur mesures d'hytérésis ( [5] et [6] ). systèmes de repérage et de positionnement par détection de moments magnétiques existent dejà, notamment dans le domaine de la navigation sous-marine. Le problème marquage qu'il faut faire au préalable des mesures du champ terrestre, puis comparaisons de moments magnétiques ( [7] et [8] ). Les transducteurs piézo-électriques sont également utilisés dans des applications détection vibrations et de positionnement [9]. A partir de ces diverses applications, nous proposons donc de créer un système capable à la fois localiser et d'identifier une cible, et ce, à une distance émetteur- marqueur de l'ordre de 1,50 LE MARQUEUR PEM. 1) Le système marqueur PEM est d'abord composé d'un matériau piézo-électrique (P), éventuellement d'un élément faisant office de fonction de transfert (T), et enfin, d'une antenne émettrice (A). 2) Ce système peut être soumis soit à une contrainte de pression, soit à une onde acoustique ou vibratoire, soit à une impulsion mécanique : il délivre sous ces diverses actions une réponse électromagnétique corrélée. 3) Le système est sensible à au moins une fréquence d'excitation mécanique, acoustique, vibrationnelle. L'élément piézo-électrique possède au moins une fréquence de résonance. 4) Sous l'effet de l'excitation, l'élément piézo-électrique crée un courant électrique. 5) Celui ' peut être éventuellement modifié par le biais de la fonction de transfert (T) : ce courant modifié est enfin envoyé dans l'antenne A. 6) La fonction de transfert permet la non - linéarité du signal afin de le rendre plus complexe, induisant par exemple un codage (éventuellement utilisation d'une varistance ou d'une puce électronique). 7) Le courant électrique circulant dans l'antenne émet un signal sous forme d'une onde électromagnétique. 8) Le système récepteur de ce signal est composé d'une antenne et d'un module de traitement du signal. MONTAGE ET MODE DE REALISATION 1) Le support du système est soit une plaque rigide polymère soit un film souple polymère. 2) L'antenne A est réalisée directement sur le support, soit par le biais d'une peinture conductrice, d'une photogravure ou par gravure mécanique (support composite pigmenté) (figure 2). Les caractéristiques sont indiquées sur la figure 2. 3) Dans le cas d'une gravure mécanique sur un composite chargé de pigments métalliques, l'action mécanique d'une pointe, ou thermique d'un laser, induit un sillon conducteur électrique. 4) Le composant piézo-électrique P est implante directement sur le support - antenne (figures 3 et 4). La disposition est visible sur la figure. Les dimensions du composant piézo-électrique P sont variables et adaptées à une fréquence de résonance donnée. 5) Les jonctions sont métalliques. 6) La fonction de transfert T peut être disposée entre le composant P et l'antenne A. Cette fonction T peut être assurée de diverses manières : introduction dans la fabrication d'un élément semi-conducteur, d'un composant électronique de type varistor à réponse non linéaire, d'une puce électronique comprenant un élément processeur et de la mémoire, etc... 7) L'émetteur à pour fonction de diriger une onde acoustique (ou impulsion) vers le marqueur émetteur de chocs, train d'ondes vibratoires, etc... Un haut-parleur peut faire fonction d'émetteur complexe. Cet émetteur peut émettre des formes d'ondes simples (mono ou multi chromatiques) ou complexes (fonctions à large bande fréquentielle) 8) Le récepteur-lecteur à pour fonction de capter l'onde électromagnétique ré-émise par le marqueur et de la traiter. 9) L'émetteur et le récepteur sont reliés entre afin de corréler les ondes émises et les ondes reçues. REVENDICATIONS 1) système émetteur - récepteur décrit un principe de localisation et d'identification d'objets à distance, sans contact, objets étant enfouis ou apparents. Le principe utilisé pour la détection le piézo-électro-magnétisme . 2) L'emetteur est un système générant une impulsion sous forme d'une onde ou d'un train d'ondes acoustique. 3) Le marqueur est un système constitué d'un élément piézo-électrique P, connecté à antenne, via un éventuel dispositif de transfert T (élément non linéaire, puce électronique, dispositif de codage...). 4) Le dispositif de transfert T est un élément non linéaire, une puce électronique, un dispositif codage. 5) L'élément piézo-électrique P est un matériau céramique façonné de manière à être accordé sur des fréquences caractéristiques. II est capable de délivrer une impulsion électrique, corrélée à l'excitation acoustique, vers le circuit de transfert, puis vers l'antenne A. 6) L'antenne A est un dispositif conducteur (type inductance ou circuit RLC) capable de générer champ magnétique corrélé au courant électrique délivré par le dispositif piézo-électrique l fonction de transfert. 7) récepteur est constitué d'une antenne de réception adaptée à l'émission du marqueur, et connectée à un système de traitement du signal. 8) récepteur est couplé à l'émetteur. 9) traitement du signal permet d'analyser la forme du signal retour, les amplitudes et dephasages. 10)La détection est réalisée au travers de milieux solides homogènes ou hétérogènes, liquides et éventuellement gazeux. 11 caractère sélectif de la détection est assuré par une distribution ou association de marqueurs à caractères diversifiés (fréquence, fonction de transfert...). 12)L'association de marqueurs différents permet par mesure différentielle d'évaluer la distance entre l'émetteur et le marqueur. 13)Le système décrit précédemment permet la localisation et l'identification de tout objet auquel aura été associé un marqueur donné. 14)Les applications potentielles. 15)A titre d'exemple, quelques applications - localisation de câbles, de tuyaux et de structures enterrés ou enfouies ; - localisation de vêtements (avalanches, eboulements...) ; - détection de mines ; - détection de bornes de marquage (travaux publics) ; - codage de pièces détachées automobiles, avioniques, industrielles...