Brevet FR3101955A1 — publié le 20210416

DISPOSITIF DE MESURE DE DISTANCE à ULTRASONS Dispositif (10) de mesure de distance et/ou de vitesse, configuré pour simultanément émettre et recevoir des ondes ultrasonores, le dispositif comprenant un émetteur ultrasonore (41) et un récepteur ultrasonore (42) pour émettre et recevoir des ondes ultrasonores, une unité de commande (5) pour commander sélectivement l’émission et analyser des signaux reçus pour en déduire une distance (D) séparant le dispositif de mesure et au moins un objet (3) sur lequel des ondes ultrasonores émises se réfléchissent, avec la génération d’un signal d’émission (Tx(t)) et d’un signal de mixage (Fdc(t)), le signal d’émission étant transformé en ondes ultrasonores par l’émetteur (41), alors que le signal de mixage (Fdc(t)) est dirigé vers un mixer de réception (62), dans lequel il est mélangé avec un signal reçu (Rx) en provenance du récepteur (42), et un signal de sortie du mixer de réception est traité par un module d’analyse à transformée de Fourier pour en déduire une fréquence significative (Δf,Fw1), image du décalage temporel (ΔT) entre le signal émission et le signal reçu (Rx), ledit décalage temporel permettant d’en déduire la distance (D) à l’objet, le signal de mixage Fdc(t) présentant un décalage fréquentiel (Fsh) par rapport au signal d’émission au moins sur une portion du signal d’émission. Figure pour l’abrégé : Figure 4 DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE DE DISTANCE PAR ULTRASONS L’invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de distance, configuré pour émettre et recevoir des ondes ultrasonores et en déduire une ou plusieurs distances séparant le dispositif en question d’un ou plusieurs objets situés dans une zone de détection du dispositif en question comme par exemple enseigné par US5734346. En d’autres termes, il s’agit du domaine de l’écholocalisation par ondes ultrasonores. Le dispositif et le procédé proposé permettent en outre dans certaines configurations de mesurer également une vitesse relative des objets cible. Contexte et Art Antérieur Il est connu d’envoyer une impulsion d’ondes ultrasonores vers une cible pour ensuite écouter un écho qui en revient. Cette technique connue sous le nom de « mesure du temps de vol » oblige à mesurer un écart temporel entre l’émission et la réception, qui dans la pratique peut être très petit et donc difficile à mesurer précisément. On connaît aussi une solution basée sur une onde continue modulée en fréquence (connu dans le métier sous l’acronyme ‘FMCW’ de l’anglais Frequency Modulated Continuous Wave), et une écoute simultanée du ou des échos qui revient. En mélangeant les signaux d’émission et de réception, on obtient un battement de fréquence avec une fréquence basse représentative de la distance qui sépare l’objet du dispositif de détection. Toutefois, dans les deux solutions présentées ci-dessus, la précision pour les distances courtes s’avère insuffisante voire la mesure de fréquence s’avère impossible car trop basse. Et s’agissant des distances de détection longue, ceci oblige à choisir généralement un transducteur ultrasonore à large bande passante ou ceci conduit à une consommation énergétique défavorable. Il est donc apparu un besoin de proposer une solution améliorée pour détecter de manière fiable à la fois les distances courtes et les distances longues et ceci avec un coût de revient compétitif, et une consommation électrique minime qui permet d’avoir une alimentation par batterie avec une grande autonomie. Il existe également un besoin de mesurer non seulement la distance mais aussi une vitesse relative de l’objet (des objets) cible(s). Un des buts de l’invention est de proposer un capteur autonome de niveau de remplissage pour un conteneur d’apport volontaire, par exemple des poubelles collectives, qui peuvent être de grande taille, et dont le niveau de remplissage doit être connu avec précision notamment lorsque le conteneur est quasi plein. Accessoirement, on peut rechercher à fournir en outre une information de vitesse relative. De plus, on travaille ici sur des ondes ultrasonores pour disposer d’un capteur/dispositif nécessitant des ressources plutôt bon marché, si on compare aux domaines des radars, lidars, ou infra rouge ; le coût de revient du capteur doit être le plus bas possible au regard des performances attendues ou visées. Description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints, sur lesquels : - la figure 1 représente un exemple de conteneur d’apport volontaire, par exemple une poubelle collective, - la figure 2 représente un diagramme d’un exemple de dispositif de mesure de distance proposé, utilisé par exemple sur le conteneur de la figure 1, - la figure 3 représente schématiquement un organigramme de principe des signaux mis en œuvre, - la figure 4 représente un exemple de chronogrammes, - la figure 5 représente un autre exemple de chronogrammes, illustrant plusieurs cas de figure, - la figure 6 représente un diagramme fonctionnel du dispositif dans un mode de réalisation numérique, - la figure 7 illustre une étape du procédé permettant l’obtention de la distance recherchée, - la figure 8 représente un autre exemple de chronogrammes, illustrant la mesure de vitesse relative du fait de l’effet Doppler. Dispositif (10) de mesure de distance et/ou de vitesse, configuré pour simultanément émettre et recevoir des ondes ultrasonores, le dispositif comprenant : - un émetteur ultrasonore (41) et un récepteur ultrasonore (42) pour respectivement émettre et recevoir des ondes ultrasonores, - une unité de commande (5) pour commander sélectivement l’émission et analyser des signaux reçus pour en déduire au moins une distance (D) séparant le dispositif de mesure et au moins un objet (3) sur lequel des ondes ultrasonores émises se réfléchissent, et il est prévu dans l’unité de commande (5) la génération d’un signal d’émission (Tx(t)) et d’un signal de mixage (Fdc(t)), le signal d’émission étant transformé en ondes ultrasonores par l’émetteur (41), alors que le signal de mixage (Fdc(t)) est dirigé vers un mixer de réception (62), dans lequel il est mélangé avec un signal reçu (Rx) en provenance du récepteur (42), et un signal de sortie du mixer de réception est traité par un module d’analyse à transformée de Fourier pour en déduire une fréquence significative (Δf,Fw1), image du décalage temporel (ΔT) entre le signal émission et le signal reçu (Rx), ledit décalage temporel permettant d’en déduire la distance (D) à l’objet, caractérisé en ce que le signal de mixage Fdc(t) présente un décalage fréquentiel (Fsh) par rapport au signal d’émission au moins sur une portion du signal d’émission. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le signal d’émission (Tx(t)) comporte une première rampe de fréquence (Rp1) croissante, et le signal de mixage (Fdc(t)) comporte une deuxième rampe de fréquence (Rp2) croissante. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le signal d’émission comporte une troisième rampe de fréquence (Rp3) décroissante, et le signal de mixage (Fdc(t)) comporte une quatrième rampe de fréquence (Rp4) décroissante. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel s’agissant des première et deuxième rampes croissantes (Rp1,Rp2), le signal de mixage (Fdc) est décalé en fréquence par rapport au signal d’émission d’un décalage fréquentiel (Fsh) positif, alors que s’agissant des troisième et quatrième rampes décroissantes (Rp3,Rp4), le signal de mixage (Fdc) est décalé en fréquence par rapport au signal d’émission d’un décalage fréquentiel (Fsh) négatif. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le signal d’émission Tx(t) comprend une base temporelle (Tb) avec des premières et deuxièmes portions (P1,P2), dans la première portion le signal d’émission se présente comme une première rampe de fréquence (Rp1) et dans la deuxième portion (P2) le signal d’émission est nul, et le signal de mixage Fdc(t) se présente comme une deuxième rampe de fréquence (Rp2) sur la totalité de la base temporelle, la pente de la première rampe et de la deuxième rampe étant identiques sur la première portion (P1). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le signal d’émission Tx(t) et le signal de mixage Fdc(t) sont générés par des suites numériques dans un microprocesseur (50) de l’unité de commande, puis transformés chacun par un convertisseur numérique analogique (71,72). 7 . Ensemble capteur (100) comprenant un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, et un émetteur d’ondes électromagnétiques, de préférence sous forme monobloc, et autonome en énergie. 8 . Procédé de mesure de distance et/ou de vitesse utilisant des ondes ultrasonores, comprenant les étapes : - générer un signal d’émission Tx(t) et un signal de mixage Fdc(t), le signal d’émission étant transformé en ondes ultrasonores par l’émetteur (41), alors que le signal de mixage Fdc(t) est dirigé vers un mixer de réception (62), - mélanger, dans le mixer de réception (62), le signal de mixage avec un signal reçu Rx en provenance du récepteur (42), correspondant aux échos des ondes ultrasonores sur un ou plusieurs objets, - traiter un signal de sortie du mixer de réception par un module d’analyse à transformée de Fourier, - en déduire une fréquence significative (Δf,Fw1), image du décalage temporel (ΔT) entre le signal émission et le signal reçu Rx, - déduire la distance (D) à l’objet à partir de la fréquence significative (Δf,Fw1), caractérisé en ce que le signal de mixage présente un décalage fréquentiel (Fsh) par rapport au signal d’émission au moins sur une portion du signal d’émission. 9 . Procédé selon la revendication 8, dans lequel il est prévu une première rampe de fréquence (Rp1) croissante, et le signal de mixage (Fdc(t)) comporte une deuxième rampe de fréquence (Rp2) croissante. 10 . Procédé selon la revendication 9, dans lequel il est prévu comporte en outre une troisième rampe de fréquence (Rp3) décroissante, et le signal de mixage (Fdc(t)) comporte une quatrième rampe de fréquence (Rp4) décroissante, et dans lequel le signal de sortie du mixer comporte une portion A et une portion B, et la demi somme permet d’obtenir une fréquence significative (Δf,Fw1), image du décalage temporel (ΔT) entre le signal émission et le signal reçu Rx, et la demi différence permet d’obtenir une fréquence représentative d’un décalage Doppler.