EP0252801A1 - Dispositif de détection d'une impulsion électromagnétique, due notamment à une explosion nucléaire - Google Patents

Dispositif de détection d'une impulsion électromagnétique, due notamment à une explosion nucléaire Download PDF

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EP0252801A1
EP0252801A1 EP87401453A EP87401453A EP0252801A1 EP 0252801 A1 EP0252801 A1 EP 0252801A1 EP 87401453 A EP87401453 A EP 87401453A EP 87401453 A EP87401453 A EP 87401453A EP 0252801 A1 EP0252801 A1 EP 0252801A1
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EP
European Patent Office
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detection
picking
value
time
electrical signal
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EP87401453A
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EP0252801B1 (fr
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Jean-Pierre Climent
Georges Petelet
Jean-Claude Tronel
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21J—NUCLEAR EXPLOSIVES; APPLICATIONS THEREOF
    • G21J5/00—Detection arrangements for nuclear explosions

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting an electromagnetic pulse due in particular to a nuclear explosion.
  • the invention applies to the detection of all determined electromagnetic pulses and in particular to the detection of an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion, the detection of an electromagnetic pulse of this type allowing for example the implementation of protection against nuclear attacks.
  • the invention aims to provide a device for detecting electromagnetic pulses and to differentiate the electromagnetic pulse to be detected from parasitic electromagnetic pulses.
  • the subject of the invention is a device for detecting an electromagnetic pulse of determined origin, characterized in that it comprises at least one detection assembly comprising: means for picking up the electrical component of an electromagnetic pulse, said means delivering an electrical signal proportional to the sensed electrical component, - Differentiation means connected to the means for picking up, to differentiate an electrical signal delivered by the means for picking up coming from an electromagnetic pulse of determined origin to be detected, from another electromagnetic pulse.
  • the original electromagnetic pulse determined to be detected is advantageously an electromagnetic pulse originating from a nuclear explosion, such as a high altitude nuclear explosion, this electromagnetic pulse having to be differentiated from another electromagnetic pulse such as a pulse. electromagnetic due to lightning.
  • nuclear explosions there are two types of nuclear explosion, the nuclear explosions near the Earth's surface or low altitude and extra-atmospheric nuclear explosions or high altitude.
  • a low altitude nuclear explosion produces electromagnetic pulses in a hemisphere a few kilometers in diameter as well as significant destructive effects while a high altitude nuclear explosion practically generates only electromagnetic pulses, but over a very large area.
  • a nuclear explosion at an altitude of 300 km produces electromagnetic pulses over an area of around 1,500 km in diameter and 20 km in thickness. These electromagnetic pulses are then radiated to the Earth's surface due to the Earth's magnetic attraction, causing destruction or disturbance of electronic devices, power supply network, command or even communication control.
  • the detection device according to the invention must also make it possible to differentiate an electromagnetic pulse due to a high altitude nuclear explosion, from another electromagnetic pulse notably due to lightning . It is understood that the same is true for the detection of electromagnetic pulses due to other phenomena.
  • the detection device therefore takes into account at least one of the differences presented by the phenomena to be differentiated.
  • an electromagnetic pulse due to a high altitude nuclear explosion and that due to lightning can be used.
  • Lightning is preceded by the appearance of an electrostatic field and it is accompanied by noise and light whereas a nuclear explosion has no precursor phenomenon and is accompanied neither by noise nor by light. Also, the use of means for detecting an electrostatic field and / or noise and / or light makes it possible to distinguish these two phenomena.
  • the rise time of the corresponding electrical signal is of the order of 10 ns and from 10 to 90% of its maximum value, of l order of 5 ns
  • the width at half-height of this signal in other words, the time elapsed between the two successive passages of the signal at 50% of its maximum value is of the order of 100 to 200 ns, this signal having completely disappeared after 2 ⁇ s.
  • the amplitude of this signal is approximately 20 kV / m to 50 kV / m and the polarization of this signal is of the order of 0 to 27 ° relative to a horizontal axis.
  • the electrical signal corresponding to an electromagnetic pulse produced by lightning has a rise time as a function of the distance between the detection device and the discharge (for a distance of 200 m, the rise time from zero to the maximum value is of the order of 200 ns), the width at half height of this signal is of the order of 1 ms and the duration of this signal is greater than 2 ms, of the order generally of a second.
  • the amplitude of this signal is also a function of the distance from the detection device and the discharge (for a distance of 200 m, the amplitude is 10 kV / m and for a distance of 3 km, the amplitude is from 30 to 200 V / m); the polarization of this signal is perpendicular to a horizontal axis.
  • the detection device makes it possible to differentiate an electromagnetic pulse due in particular to a nuclear explosion, from another electromagnetic pulse originating for example from lightning by taking into account the total duration of the electrical signal corresponding to the pulse detecting , its width at half height, its energy as well as its polarization.
  • additional criteria can of course be taken into account such as the rise time of the electrical signal, the magnetic component of the electromagnetic pulse and in the case where the electromagnetic pulse to be differentiated is lightning, noise, light and the electrostatic field associated with lightning.
  • the means for picking up comprise a sensor formed by a first and a second antenna arranged in two perpendicular vertical planes and connected to each other, the first antenna being further connected to the differentiation means, the first antenna forming a angle ranging from 80 to 135 ° with the second antenna and the second antenna making an angle ranging from 450 ° to 650 ° with a vertical axis.
  • the position of these two antennas has been calculated to ensure that an electrical signal is always obtained at the output of the first antenna, in the event of a nuclear explosion, regardless of the position of these antennas relative to the center of the explosion.
  • the calculation takes into account in particular the polarization of the electrical component of an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion.
  • the angle between the first and second antennas is equal to 90 ° and the angle between the second antenna and a vertical axis is equal to 54 °.
  • the senor To protect the sensor from natural aggressions, it is preferably placed in an enclosure transparent to electromagnetic waves such as a radome.
  • the first antenna is connected to the means of differentiation by means of an impedance adapter effecting the transfer of the electrical signal delivered by the sensor at high impedance to the means of differentiation at low impedance.
  • the means for picking up formed by the two antennas and the impedance adapter, deliver an image of the sensed electrical component, the signal delivered by these means being proportional to this component.
  • the differentiation means include reset means to allow the detection device to operate continuously.
  • the differentiation means include: first detection means connected to the means for picking up, for detecting the passage of the electrical signal delivered by the means for picking up at a value greater than a determined threshold value, a first time counter connected to the first detection means, triggered by these said means upon detection of the passage of the electrical signal to a value greater than the threshold value, integration means connected to the means for picking up to integrate the electrical signal delivered by the means for picking up, and - First comparison means connected to the integration means and to the first time counter, for comparing the value of the integrated electrical signal up to a time t1 after the triggering of the first counter with a first reference value.
  • the time t1 and the first reference value are chosen for example so that when the value of the integrated electrical signal up to the time t1 after the triggering of the first counter is less than the reference value, the electrical signal corresponds to a nuclear explosion and, if not, to lightning.
  • This time t1 is, for example, equal to 1 ms and the first reference value corresponds to a value greater than the value that an electrical signal from a nuclear explosion would have, integrated until time t1 after the triggering of the first counter .
  • This embodiment allows a differentiation on the energy of the electrical signal.
  • the differentiation means further comprise: a second time counter connected to the first detection means and triggered by these said means during the detection of the passage of the electrical signal to a value greater than the threshold value, - second detection means connected to the means for sensing and to the second time counter, for detecting the maximum value of the electrical signal delivered by said means for sensing, up to a time t2 after the triggering of the second counter, the time t2 being less than time t1, - second comparison means, connected to the second detection means, for comparing the maximum value detected by said second detection means with a second reference value, said reference, said second comparison means controlling the reset by means of reset, integration means and the first counter when the output signal of said second comparison means does not correspond to the detection of an electromagnetic pulse of determined origin.
  • the time t2 is taken for example equal to 0.2 ms when the time t1 is equal to 1 ms, in the case of the differentiation of signals corresponding to a nuclear explosion and to lightning.
  • the second reference value corresponds to the minimum value of the signal to be reached for the detection device to continue integration, otherwise there is reset to zero of the integration means and of the first time counter.
  • This alternative embodiment makes it possible to eliminate electrical signals of low amplitudes due to parasitic electromagnetic pulses. The same can also be done by increasing the threshold value.
  • the differentiation means include: detection means connected to the means for picking up to detect the passage of the electrical signal delivered by the means for picking up at a value greater than a determined threshold value, a time counter connected to the detection means and triggered by these means when the passage of the electrical signal to a value greater than the threshold value is detected, - Comparison means connected to the means for picking up and to the time counter, for comparing the value of the electrical signal delivered by the means for picking up a time t le after the triggering of said counter with a reference value.
  • the time t3 is taken for example greater than the duration of the electrical signal corresponding to a nuclear explosion (t3 is for example equal to 2 ⁇ s) and the reference value is zero.
  • the electromagnetic pulse will be due to lightning and if not, it will be due to a nuclear explosion.
  • This embodiment allows differentiation from the total duration of the electrical signal.
  • the means of differentiation include: first detection means connected to the means for picking up, for detecting the passage of the electrical signal delivered by the means for picking up at a value greater than a determined threshold value, a first time counter connected to the first detection means and triggered by these means when the passage of the electrical signal to a value greater than the threshold value is detected, second detection means connected to the means for picking up, for detecting the maximum value of the electrical signal delivered by the means for picking up, - calculation means connected to the second detection means for calculating the value of the electrical signal at 50% of its maximum value, - third detection means connected to the means for picking up, to the calculation means and to the first time counter, for detecting the passage of the electric signal delivered by the means for picking up at a value corresponding to 50% of its maximum value and controlling the '' stop of the first time counter upon detection of this passage, and - first comparison means connected to the first time counter, for comparing the time elapsed between the triggering and stopping of the first counter and a reference time.
  • the reference time is taken greater than the width at half height of the electrical signal from an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion and less than that of the electrical signal of an electromagnetic pulse due to lightning. Also, when the time elapsed between the triggering and the stopping of the first counter is less than this reference time, the electrical signal delivered corresponds to a nuclear explosion and in the opposite case to lightning.
  • This embodiment allows differentiation from the width at half height of the electrical signal.
  • the differentiation means further comprise: a second time counter connected to the first comparison means and triggered by said means when the output signal from said means corresponds to the detection of an electromagnetic pulse of determined origin, and - second comparison means connected to the means for picking up and to the second time counter, for comparing the value of the electrical signal delivered by the means for picking up a time t6 after the triggering of the second time counter, and a reference value.
  • time t6 time t3 and for reference value a zero value.
  • This variant allows differentiation from the total duration of the electrical signal and from the half-height width of the latter.
  • the differentiation means are preferably shielded.
  • the means for picking up include an impedance adapter, the latter is also shielded, the shielding of the differentiation means and of the impedance adapter can be common. This shield constitutes a Faraday cage.
  • the detection device of the invention also advantageously comprises autonomous supply means such as batteries, solar cells, located inside the shielding of the differentiation means and of the impedance adapter.
  • autonomous supply means such as batteries, solar cells, located inside the shielding of the differentiation means and of the impedance adapter.
  • the detection device can be supplied by an external network, but in this particular case, the network must preferably be protected against the ingress of parasites.
  • the detection device of the invention advantageously comprises means for accounting for the detection of an electromagnetic pulse of determined origin and / or of another electromagnetic pulse connected to the differentiation means.
  • These means for accounting for the detection comprise, for example, audible and / or visual means preferably located in the shielding, to allow, for example, humans to use protection devices in the case of the detection of a electromagnetic pulse of nuclear origin.
  • These means may also include means for automatically controlling devices, for example protection devices. In the latter case, these means are external to the shielding and connected to the differentiation means by optical or wired links, the wired links being preferably protected against the penetration of spurious signals.
  • FIG. 1 schematically represents a first embodiment of a detection device according to the invention.
  • This device includes means for picking up 1 the electrical component of an electromagnetic pulse, differentiation means 3 and means for accounting for detection 5.
  • the means 1 making it possible to pick up the electrical component of an electromagnetic pulse deliver an electrical signal proportional to the sensed electrical component.
  • the differentiation means 3 are connected at the output of the means for picking up 1; they make it possible to differentiate an electrical signal delivered by the means for picking up coming from an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion from an electromagnetic pulse due to lightning.
  • the means for reporting on detection 5 are connected at the output of the differentiation means and make it possible to report on the detection of an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion and / or lightning.
  • the differentiation means 3 comprise detection means 7 connected to the means for sensing 1, a time counter 9 connected to the detection means 7, integration means 11 connected to the means for sensing 1, means comparison 13 connected to the means of integration with the time counter 9 and the means 5 and reset means 23a connected to the time counter, the integration means and the comparison means.
  • the electrical signal delivered by the means for picking up 1 is sent both to the detection means 7 and to the integration means 11.
  • these means 7 trigger the time counter 9.
  • the triggering of the time counter 9 is defined by the time t0.
  • the means 11 calculate the integral of the electrical signal delivered by the means for picking up, whatever the value of this signal.
  • the value of the integrated signal is compared by the means 13 to a reference value V R1 this comparison being validated at time t1 after the triggering of the counter.
  • the time t1 and the reference value V R1 are chosen for example, so that the integrated value of the electrical signal at the time t1 after the triggering of the counter is less than V R1 , in the case of an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion.
  • the means for reporting the detection 5 comprise visual and / or audible means for notifying the man of the result of the comparison and / or means for automatically controlling, for example, protective devices as a function of the result of the comparison.
  • the threshold value V S of the detection means 7 is chosen so as to eliminate all the electrical signals of low amplitudes, due to parasitic electromagnetic pulses. The validation of the comparison is therefore carried out only for signals of amplitude greater than the value V S.
  • the reset means 23a are triggered by the time counter after validation of the comparison, the reset of the integration means and of the comparison means being carried out with an adjustable delay time, after the trigger of the counter.
  • the differentiation means 3 of this embodiment allow discrimination with respect to the energy of the electrical signal delivered by the means for picking up 1.
  • FIG. 2 gives a more detailed embodiment of the embodiment of the detection device shown in FIG. 1.
  • the means for picking up 1 comprising a sensor 19 and an impedance adapter 21, connected to the detection means 7 and to the integration means 11, the comparison means 13 connected to the means 11, a time counter 9 connected to the detection means 7, to the reset means 23a and to the comparison means 13, the means 23a being also connected to the integration 11 and comparison means 13.
  • the sensor 19 of the means for picking up 1 comprises a first and a second antenna 15, 17, represented in the space in FIG. 3.
  • the arrangement of these two antennas in space has been calculated so as to obtain in the case of a nuclear explosion an electrical signal at the output of the means for picking up 1, whatever the orientation of these antennas relative to the explosion.
  • the arrangement of these antennas has therefore been calculated in particular as a function of the polarization of the electrical component of an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion.
  • the electrical component of an electromagnetic pulse of this type is polarized at an angle ranging from zero to 27 ° relative to a horizontal axis while the polarization of an electrical component due to lightning is perpendicular to a horizontal axis.
  • the antenna 15 and the antenna 17 are in two perpendicular vertical planes, the antenna 15 making an angle ⁇ of approximately 90 ° with antenna 17 and antenna 17 an angle ⁇ of the order of 54 ° with a vertical axis.
  • These two antennas have a length of approximately 3 cm respectively.
  • the means for picking up 1 include an impedance adapter 21 connected to the output of the antenna 15 is advantageous.
  • This impedance adapter is at high impedance on the side of the sensor 19, thus making it possible not to deform the signal by large time constants and at low impedance on the side of the differentiation means 3, making it possible to adapt the high impedance of the sensor 19 at the low impedance of the differentiation means 3 without deriving the signal delivered by the sensor 19.
  • the impedance adapter 21 of the means for picking up 1 comprises for example a power transistor T1.
  • two resistors R1, R2 are arranged in series, the resistor R1 being connected to the antenna 15 and the resistor R2 to ground, two resistors R3, R4, also in series , the resistor R3 being connected to a positive power source, and the resistor R4 to ground, and two capacitors C1, C2 in parallel connected between the midpoint of the resistors R1, R2 and the midpoint of the resistors R3, R4, the midpoint of the resistors R3, R4 being further connected to the power transistor T1 by a resistor R5.
  • This power transistor T1 is connected to the detection means 7 and to the integration means 11 by two parallel capacitors C3, C4.
  • a resistor R7 is further connected between a terminal of the transistor T1 and the ground.
  • the resistance R5 makes it possible to attenuate the rebounds and the over-oscillations without thereby excessively increasing the rise time of the electrical signal.
  • an inductance L1 is advantageously used connected on the one hand to the end of the resistor R3 and on the other hand both to the ground via a capacitor C5 and to the transistor of power T1 by a resistor R6 to better respond to the current peaks delivered by the sensor.
  • the main power sources have been represented by an arrow. These power sources are part of the power means described above. Next to each arrow is shown a + sign when this supply is positive and a - sign when this supply is negative.
  • the table below gives an example of the values assigned to the various components of the impedance adapter 21 for a power transistor of the DV 2805 type and a power source of +13.5 volts.
  • the means 7 for detecting the passage of the electrical signal a value greater than a determined threshold value V S , connected at the output of the means for picking up 1, must preferably satisfy the following conditions: - have an adjustable trigger threshold, - trigger the time counter 9 as quickly as possible on the appearance of a value of the electrical signal delivered, greater than the threshold value V S , - have a high input impedance so as not to disturb the electrical signal, and finally, - have an output level compatible with the other elements of the differentiation means 3.
  • These detection means 7 therefore advantageously comprise a fast comparator such as an AD 9685 comparator manufactured by ANALOG DEVICES, the propagation time of which is around 2.2 ns.
  • a fast comparator such as an AD 9685 comparator manufactured by ANALOG DEVICES, the propagation time of which is around 2.2 ns.
  • this component being part of the family of ECL logic levels, 11 must be followed by a translator 27 making it possible to make the transition between the ECL logic levels of the comparator AD 9685 and the TTL logic levels of the other elements of the differentiation means 3
  • This translator is for example an MC 10125.
  • the positive terminal of the comparator 25 is connected at the output of the means for picking up 1 and its negative terminal is connected to a potentiometer formed by a variable resistor ⁇ 1, in series with a resistor R8, the other end of the resistor R8 being connected to a positive power source and the other end of the variable resistor ⁇ 1 to ground.
  • the threshold value V S is therefore adjusted by the variable resistance ⁇ 1.
  • the output of this comparator 25 is connected to the time counter 9 via the translator 27.
  • the output signal of the means 7 has for example a rising edge which will trigger the time counter 9; the role of this time counter 9 is to validate the comparison between the value of the energy of the signal delivered, in other words the value of the integrated electrical signal up to time t1 after the triggering of this counter and the reference value V R1 .
  • This time counter must therefore trigger a signal offset by a fixed time t1 with respect to time t0.
  • This time counter 9 therefore advantageously comprises a monostable 29.
  • the time t1 is fixed in the particular case of the detection of a nuclear explosion, for example at 1 ms.
  • the validation of the comparison carried out by the means 13 is therefore carried out a millisecond after the time t0.
  • the time t1 fixed by the monostable is adjusted by means of external components such as, for example, a capacity and a resistance. Moreover by choosing a variable resistance, one can obtain a variable time t1. It is understood that the time counter can trigger at time t0 as well on a rising edge as on a falling edge of the electrical signal delivered by the means 7 and validate the comparison made by the means 13 as well on a rising edge as on a falling edge, depending on the settings made.
  • the time counter 9 used is for example the component 74 LS 123. This component comprises two monostables 29 and 31.
  • the monostable 29 is connected on the one hand to the output of the means 7 and on the other hand to an input of the means 13 and to the monostable 31, the monostable 31 is connected to the means 13 and to the reset means 23a.
  • the monostable 29 triggers the validation of the comparison carried out by the means 13 and the monostable 31.
  • the monostable 31 triggered by the monostable 29 makes it possible to maintain the comparison result for a certain time after its triggering, in particular to allow the visualization of the result of the detection.
  • the integration means 11 of the detection device advantageously include an integrator such as an operational amplifier 33 having a high input impedance of the ADLH 0032 type manufactured in particular by ANALOG DEVICE.
  • the positive terminal of this amplifier 33 is connected to ground while its negative terminal is connected to the output of the means for picking up 1 via two resistors in series R9 and R10 (for example of the order of 1 k ⁇ and 2 respectively , 2 k ⁇ ).
  • the electrical signal delivered by the means for picking up 1 is integrated continuously by the integrator 33 whatever the value of this signal. The integrated value of the signal is therefore sent continuously to the comparison means 13.
  • the comparison means 13 comprise a comparator 37 such as a differential amplifier.
  • This comparator is for example an LM 311. Its negative terminal is connected to the output of the integrator 33 and its positive terminal to a variable resistance ⁇ 2. Resistor ⁇ 2 is also connected to a negative power source and to ground. It allows you to adjust the reference value V R1 .
  • the output signal from comparator 37 is zero when the signal delivered by the integrator is less than V R1, in other words when it corresponds to a nuclear explosion and not zero when it is greater than V R1 otherwise.
  • the comparison means 13 also include a NAND logic gate 39 connected to the output of the comparator 37 and to a positive power source. This logic gate makes it possible to reverse the electrical signal delivered by the comparator, in other words, the output signal of this gate will be non-zero when the output signal of the comparator will be zero and vice versa.
  • the means 13 further comprise a flip-flop 41 for example of the MC 14013B type connected to the output of the door 39 and to the output of the time counter 9.
  • the flip-flop 41 copies the level logic of gate 39, in other words flip-flop 41 will be at the high level when the output signal of gate 39 is non-zero and a low level when it is zero.
  • the monostable 29 therefore validates the comparison for a time t1 after its triggering, by sending a signal having either a rising edge or a falling edge on an input of the rocker.
  • the means 5 for reporting on the detection comprise for example display means such as two light-emitting diodes 43, 45; these diodes are advantageously of different colors.
  • the diode 43 is connected for example between the output Q of the flip-flop 41 of the means 13 and the ground and the diode 45 is connected between the output of this seesaw and mass.
  • the reset means 23a comprise a monostable 32, for example of the type 74 LS 123.
  • This monostable 32 is connected to the monostable 29 and it is triggered by the latter after the display time; the monostable 32 is also connected to the input of an OR logic gate 49, for example of the 74 HC 32 type.
  • the other input of this gate 49 is connected to a switch 50 controlled by a push button 48 and the output of this door is connected to the lever 41 of the means 13.
  • the logic gate 49 is connected to a positive power source and if not, it is connected to earth.
  • the output signal from gate 49 will be non-zero (high level) if at least one of the signals sent on its input is non-zero in other words, after the triggering of the monostable 32 (i.e. when the signal monostable outlet 32 has a rising edge) or when the push button is pressed manually. If the two signals at the input of gate 49 are zero, the signal at the output of this gate will also be zero.
  • the monostables 31 and 32 are adjusted so that the reset of the flip-flop 41 takes place long enough after validation of the comparison by the monostable 29, so that the display means can be read.
  • the time between validation of the comparison and resetting to zero is for example of the order of 5 s.
  • the means 23a further comprise, between the midpoint of the resistors R9 and R10 and the output of the operational amplifier 33 of the integration means 11, a capacitor C5 for example of 2.2 nF in parallel with a component 35 for allow the operational amplifier 33 to be reset.
  • This component 35 comprises two analog switches I1, I2 in series, respectively connected to the monostable 32; the midpoint of these switches being connected to ground by a resistance R11 for example of 2.2 k ⁇ .
  • This component is for example of the type MC 4016.
  • FIGS. 4a and 4b schematically respectively represent timing diagrams of electrical signals originating from an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion and due to lightning, delivered by the detection device represented in FIG. 2.
  • the signals V a , V a1 , V a2 , V a3 , V a4 , V a5 , V a6 , V a7 correspond to a nuclear explosion and the signals V b , V b1 , V b2 , V b3 , V b4 , V b5 , V b6 and V b7 correspond to the lightning.
  • the signals V a and V b represent the electrical signals delivered by the means for picking up 1
  • the signals V a1 and V b1 represent the electrical signals delivered by the operational amplifier of the detection means 7
  • the signals V a2 and V b2 represent the signals at the output of the translator of the means 7
  • the signals V a3 and V b3 represent the signals at the output of the monostable 29
  • the signals V a4 and V b4 represent the signals at the output of the integrator of the means 11
  • the signals V a5 and V b5 represent the signals at the output of the comparator
  • the signals V a6 and V b6 represent the signals at the output of the NAND gate 39 and the signals V a7 and V b7 the signals at the output of the flip-flop of the means 5.
  • the signals V a1 and V b1 therefore have a rising edge as soon as the value of the electrical signal delivered by the means for picking up 1 is greater than the threshold value V S , which corresponds to the time t0 and a falling edge as soon as the value of the electrical signal delivered by the means 1 is again less than this threshold value V S. Because this amplifier is of the ECL family, these signals are negative.
  • the electrical signals V a2 and V b2 are proportional to the signals V a1 and V b1 delivered by the operational amplifier but positive: they correspond to logic levels TTL.
  • the monostable 29 is triggered, in other words, the signals V a3 and V b3 have a rising edge as soon as the value of the electrical signal delivered by the means for picking up is greater than the threshold value V S ; at a time t1 fixed after its triggering, the monostable 29 is stopped and the signals V a3 and V b3 have a falling edge.
  • the integrator 33 continuously integrates the electrical signal delivered by the means for picking up 1 whatever its value, the electrical signals V a4 and V b4 delivered by the integrator are therefore continuous since the appearance of a non-zero electrical signal at the output of the means 1 until it disappears.
  • the comparator 37 continuously compares the value delivered at the output of the integrator 33 with a reference value V R1 .
  • the signal V a4 delivered by the integrator being always lower than the reference value, the corresponding signal V a5 will be zero (low level).
  • the electrical signal V b4 delivered by the integrator 33 being greater than the reference value V R1 , a time t b after the appearance of the signal V b will present a rising edge at time t b , in other words will be at high level as soon as the value of the integrated signal exceeds the reference value.
  • the electrical signals V a6 and V b6 are at the high level when the corresponding signals V a5 and V b5 are at the low level and vice versa.
  • the flip-flop takes the same logic level as gate 39 at time t1 after the monostable 29 is triggered. Therefore, the signal V a7 is at the high level at from time t0 + t1 and the signal V b7 remains at the low level.
  • the output of the flip-flop at time t0 + t1, there will be a non-zero electrical signal in the case of an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion and a zero signal in the case of an electromagnetic pulse due to lightning .
  • FIG. 5 represents an alternative embodiment of the detection device shown in FIG. 1.
  • This embodiment differs from that shown in FIG. 1 by the use of a time counter 51, detection means 53 and additional comparison means 55.
  • the time counter 51 is connected at the output of the detection means 7; the detection means 53 are connected at the output of the means for picking up 1 and at the output of the time counter 51; and the comparison means 55 are connected at the output of the detection means. Furthermore, the reset means 23b of this device are connected at the output of the comparison means 55 and of the time counter 9 and at the input of the integration means 11, of the time counter 9 and of the comparison means 13.
  • the time counter 51 is triggered upon detection of a value of the electrical signal greater than the threshold value V S.
  • the detection means 53 make it possible to detect the maximum value of the electrical signal delivered by the means for picking up 1 until the time t2 after the triggering of the counter 51.
  • This time t2 is fixed by the counter 51 in the same way as the time t1 for counter 9.
  • the comparison means 55 compare the maximum value detected by these means 53 and a reference value V R2 . If the maximum detected value is lower than this reference value, the time counter 9 and the integration means 11 are reset to zero by the means 23b triggered by the means 55. Otherwise, the integration is continued.
  • This particular embodiment makes it possible to stop the integration and to reset the detection device to zero, when the detection means have detected signals. electrics with a value greater than the value V S , but having no significant peak values after a time t2 after the triggering of the counter 51, this device amounts to determining a threshold value greater than V S.
  • FIG. 6 represents another embodiment of a detection device according to the invention.
  • the differentiation means comprise detection means 7 of the same type as those described above, connected to the means for capturing 1, a time counter 61 connected to the means 7, comparison means 62 connected to the means for receiving 1, to the counter of 61 and the means 5, and reset means 23c connected to the time counter 61 and to the comparison means 62.
  • the time counter 61 advantageously comprises a monostable triggered at time t0 by the detection of a value of the electrical signal, delivered by the means for picking up 1, greater than the threshold value V S.
  • the comparison means 62 comprise for example a comparator such as a differential amplifier connected to a flip-flop.
  • the reference signal V R3 is for example zero and the time t3 is equal to 2 ⁇ s. Indeed, we saw previously that after 2 ⁇ s. the electrical signal corresponding to a nuclear explosion has disappeared, unlike the signal electric corresponding in particular to lightning.
  • the signal at the output of the comparison means 62 will also be zero and the means 5 will account for the detection of an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion. Otherwise, the signal at the output of the means 62 will be non-zero and the means 5 will account for the detection of an electromagnetic pulse due to lightning.
  • the reset means 23c triggered with a certain delay after validation of the comparison control the reset of the means 62.
  • FIG. 7 represents another embodiment of a detection device of the invention.
  • This device includes means for picking up 1 and means 5 for accounting for the detection of an electromagnetic pulse of determined origin and / or of another pulse, of the same type as those described above, as well as differentiation means. 3.
  • These means 3 include detection means 7 connected to the means for picking up 1, a time counter 64 connected to the means 7, detection means 63 connected to the means 1 for detecting the maximum value of the electrical signal delivered by the means 1, calculation means 65 connected to the means 63 for calculating the value of the signal at 50% of its maximum value, detection means 67 connected on the one hand to the means for picking up 1 and to the calculation means 65 and on the other hand, to the time counter 64 and to reset means 23d, for detecting the passage of the electrical signal delivered by the means 1, at 50% of its maximum value during the falling edge of this signal and comparison means 69 connected to on the one hand to the time counter 64 and to the means 23d and on the other hand to the means 5, the means 23d being further connected to the time counter 64.
  • the means 7 are for example of the same type as those described above, the means 63, 67 and 69 include by example a comparator.
  • the means 67 compare the value of the signal delivered by the means 1 and the maximum value of the signal delivered, divided by two. As soon as the value of the signal delivered is equal to the maximum value divided by two, (in other words as soon as the signal delivered is lowered halfway up its maximum value), the means 67 command the stop of the counter 64. Between the triggering and stopping of this counter, a time t4 has elapsed characterizing the width at half height of the electrical signal delivered.
  • This time t4 is therefore compared by the means 69 to a reference time t5, such as for example, when t4 is less than t5, the electrical signal corresponds to a nuclear explosion and when t4 is greater than t5, the electrical signal corresponds to another phenomenon such as lightning.
  • the means 5 account for the detection of these phenomena.
  • the time t5 is taken for example equal to 250 ns.
  • the reset means 23d triggered by the means 67 upon detection of the passage of the signal delivered by the means 1, at 50% of its maximum value, control the reset of the time counter 64 and of the comparison means 69 with a certain delay compared to the validation of the comparison.
  • FIG. 8 represents a variant of the detection device of FIG. 7.
  • the differentiation means 3 comprise, in addition to those shown in FIG. 7, detection means 62 and a second time counter 68 of the same type as the means 62 and the counter 61 described in FIG. 6, the detection means 62 being connected to the means 1 and to the means 5 and the time counter 68 to the means 69 and 62.
  • the counter 68 is triggered not by the means 7 as in the case of FIG. 6, but by the comparison means 69 only in the case where the output signal of said means 69 corresponds to the detection of a nuclear explosion.
  • This counter is therefore triggered for a time t4 after the triggering of the counter 64 and stopped for a time t6 after this time t4.
  • the time t6 is for example of the order of 2 ⁇ s.
  • the detection means 62 compare the value of the signal delivered by the means for picking up 1 at times t6 after the triggering of the counter 68 at a zero value. When the signal at the output of the means 62 is zero, the means 5 report the detection of an electromagnetic pulse due to a nuclear explosion and in the opposite case to an electromagnetic pulse due to lightning.
  • the means 69 and 62 are connected to the means 5, the latter can therefore comprise, for example, first and second different display means, connected respectively to the means 69 and 62, but they can also include comparison means connected to means 69 and 62 and include display means displaying the result of the comparison.
  • This variant therefore makes it possible to give a double diagnosis and therefore to avoid inadvertent triggering of protective devices.
  • FIG. 9 schematically represents a detection device comprising several detection assemblies in parallel, the means 5 of these assemblies being for example grouped together to allow a comparison of the different diagnoses originating from the differentiation means 3 used and to give the most reliable report possible of the detection result.
  • the differentiation means used are preferably different, but they can of course be identical.
  • FIG. 9 shows three detection assemblies in parallel, but of course a detection device can include more than three. Furthermore, this detection device can also be added, with the aim of improving its reliability, as we have seen previously, of devices for detecting electrostatic field, noise, light or magnetic field.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée due notamment à une explosion nucléaire. Ce dispositif comprend des moyens (1) pour capter la composante électrique d'une impulsion électromagnétique, des moyens (3) pour différencier un signal délivré par les moyens pour capter provenant d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée, d'une autre impulsion, et des moyens (5) pour rendre compte du résultat de la détection. Les moyens (3) de différenciation comprennent, de façon avantageuse, des moyens (7) pour détecter le passage du signal délivré par les moyens pour capter à une valeur supérieure à une valeur de seuil (VS), un compteur de temps (9) déclenché par les moyens de détection lors de la détection dudit passage, des moyens (11) pour intégrer le signal délivré par les moyens pour capter et des moyens (13) pour comparer la valeur du signal intégré jusqu'au temps t1 après le déclenchement du compteur à une valeur de référence(VR1).

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de détection d'une impulsion électromagnétique due notamment à une explosion nucléaire.
  • L'invention s'applique à la détection de toutes impulsions électromagnétiques déterminées et en particulier à la détection d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire, la détection d'une impulsion électromagnétique de ce type permettant par exemple la mise en oeuvre de protection contre des agressions nucléaires.
  • L'invention a pour but de réaliser un dispositif permettant de détecter des impulsions électromagnétiques et de différencier l'impulsion électromagnétique à détecter, d'impulsions électromagnétiques parasites.
  • De façon plus précise, l'invention a pour objet un dispositif de détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble de détection comportant :
    - des moyens pour capter la composante électrique d'une impulsion élctromagnétique, lesdits moyens délivrant un signal électrique proportionnel à la composante électrique captée,
    - des moyens de différenciation reliés aux moyens pour capter, pour différencier un signal électrique délivré par les moyens pour capter provenant d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée à détecter, d'une autre impulsion électromagnétique.
  • L'impulsion électromagnétique d'origine déterminée à détecter est de façon avantageuse une impulsion électromagnétique provenant d'une explosion nucléaire, telle qu'une explosion nucléaire haute altitude, cette impulsion électromagnétique devant être différenciée d'une autre impulsion électromagnétique telle qu'une impulsion électromagnétique due à la foudre.
  • Il existe deux types d'explosion nucléaire, les explosions nucléaires près de la surface terrestre ou basse altitude et les explosions nucléaires extra-atmosphériques ou haute altitude. Une explosion nucléaire basse altitude produit des impulsions électromagnétiques dans un hémisphère de quelques kilomètres de diamètre ainsi que des effets destructeurs importants alors qu'une explosion nucléaire haute altitude ne génère pratiquement que des impulsions électromagnétiques, mais sur une très grande étendue. Ainsi, par exemple, une explosion nucléaire à l'altitude à de 300 km produit des impulsions électromagnétiques sur une région d'environ 1500 km de diamètre et 20 km d'épaisseur. Ces impulsions électromagnétiques sont ensuite rayonnées vers la surface terrestre du fait de l'attraction magnétique terrestre, entraînant des destructions ou des perturbations de dispositifs électroniques, de réseau d'alimentation, de commande ou encore de contrôle de communication.
  • Il est donc intéressant de détecter une impulsion électromagnétique produite par une explosion nucléaire haute altitude afin de mettre en oeuvre, notamment la protection d'éléments susceptibles d'être détruits ou perturbés par des impulsions électromagnétiques de ce type.
  • Cependant, une explosion nucléaire haute altitude engendre des impulsions électromagnétiques présentant des similitudes avec des impulsions électromagnétiques dues à des phénomènes naturels tels que la foudre. Aussi, pour ne pas mettre en oeuvre inutilement des dispositifs de protection, le dispositif de détection conforme à l'invention doit permettre également de différencier une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire haute altitude, d'une autre impulsion électromagnétique notamment due à la foudre. Il est bien entendu qu'il en est de même pour la détection d'impulsions électromagnétiques dues à d'autres phénomènes.
  • Le dispositif de détection conforme à l'invention prend donc en compte au moins une des différences présentée par les phénomènes à différencier.
  • Pour différencier, par exemple, une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire haute altitude et celle due à la foudre, différents critères peuvent être utilisés.
  • La foudre est précédée par l'apparition d'un champ électrostatique et elle est accompagnée par du bruit et de la lumière alors qu'une explosion nucléaire ne possède aucun phénomène précurseur et n'est accompagnée ni de bruit ni de lumière. Aussi, l'utilisation de moyens de détection d'un champ électrostatique et/ou de bruit et/ou de lumière permet de distinguer ces deux phénomènes.
  • On peut prendre également en considération les caractéristiques du signal électrique dû à une impulsion électromagnétique, ce signal étant croissant puis décroissant avec une valeur crête correspondant à la valeur maximum du signal.
  • Pour une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire, le temps de montée du signal électrique correspondant, d'une valeur nulle à sa valeur maximum, est de l'ordre de 10 ns et de 10 à 90% de sa valeur maximum, de l'ordre de 5 ns, la largeur à mi-hauteur de ce signal, autrement dit, le temps écoulé entre les deux passages successifs du signal à 50% de sa valeur maximum est de l'ordre de 100 à 200 ns, ce signal ayant complètement disparu au bout de 2µs. De plus, l'amplitude de ce signal est d'environ 20 kV/m à 50 kV/m et la polarisation de ce signal est de l'ordre de 0 à 27° par rapport à un axe horizontal.
  • Le signal électrique correspondant à une impulsion électromagnétique produite par la foudre présente un temps de montée fonction de la distance entre le dispositif de détection et la décharge (pour une distance de 200 m, le temps de montée d'une valeur nulle à la valeur maximum est de l'ordre de 200 ns), la largeur à mi-hauteur de ce signal est de l'ordre de 1 ms et la durée de ce signal est supérieure à 2 ms, de l'ordre généralement de la seconde. De plus, l'amplitude de ce signal est également fonction de la distance du dispositif de détection et de la décharge (pour une distance de 200 m, l'amplitude est de 10 kV/m et pour une distance de 3 km, l'amplitude est de 30 à 200 V/m) ; la polarisation de ce signal est perpendiculaire à un axe horizontal.
  • Le dispositif de détection conforme à l'invention permet de différencier une impulsion électromagnétique due notamment à une explosion nucléaire, d'une autre impulsion électromagnétique provenant par exemple de la foudre en prenant en compte la durée totale du signal électrique correspondant à l'impulsion détecter, sa largeur à mi-hauteur, son énergie ainsi que sa polarisation. Cependant, pour augmenter la fiabilité de ce dispositif, des critères supplémentaires peuvent bien entendu être pris en compte tels que le temps de montée du signal électrique, la composante magnétique de l'impulsion électromagnétique et dans le cas où l'impulsion électromagnétique à différencier est la foudre, le bruit, la lumière et le champ électrostatique liés à la foudre.
  • De façon avantageuse, les moyens pour capter comprennent un capteur formé d'une première et d'une deuxième antennes disposées dans deux plans verticaux perpendiculaires et reliées entre elles, la première antenne étant reliée en outre aux moyens de différenciation, la première antenne faisant un angle allant de 80 à 135° avec la deuxième antenne et la deuxième antenne faisant un angle allant de 450° à 650° avec un axe vertical. La position de ces deux antennes a été calculée pour avoir l'assurance d'obtenir toujours un signal électrique en sortie de la première antenne, dans le cas d'une explosion nucléaire, quelle que soit la position de ces antennes par rapport au centre de l'explosion. Le calcul effectué tient compte en particulier de la polarisation de la composante électrique d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire. De préférence, l'angle entre la première et la deuxième antennes est égal à 90° et l'angle entre la deuxième antenne et un axe vertical est égal à 54°.
  • Pour protéger le capteur des agressions naturelles, celui-ci est placé de préférence dans une enceinte transparente aux ondes électromagnétiques telle qu'un radome.
  • Le capteur étant à haute impédance et les moyens de différenciation à basse impédance, la première antenne est reliée aux moyens de différenciation par l'intermédiaire d'un adaptateur d'impédance effectuant le transfert du signal électrique délivré par le capteur à haute impédance vers les moyens de différenciation à basse impédance.
  • En définitive, les moyens pour capter, formés par les deux antennes et l'adaptateur d'impédance, délivrent une image de la composante électrique captée, le signal délivré par ces moyens étant proportionnel à cette composante.
  • De façon avantageuse, les moyens de différenciation comprennent des moyens de remise à zéro pour permettre au dispositif de détection de fonctionner de façon continue.
  • Selon un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens de différenciation comprennent :
    - des premiers moyens de détection reliés aux moyens pour capter, pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens pour capter à une valeur supérieure à une valeur de seuil déterminée,
    - un premier compteur de temps relié aux premiers moyens de détection, déclenché par cesdits moyens lors de la détection du passage du signal électrique à une valeur supérieure à la valeur de seuil,
    - des moyens d'intégration reliés aux moyens pour capter pour intégrer le signal électrique délivré par les moyens pour capter, et
    - des premiers moyens de comparaison reliés aux moyens d'intégration et au premier compteur de temps, pour comparer la valeur du signal électrique intégré jusqu'à un temps t₁ après le déclenchement du premier compteur à une première valeur de référence.
  • Dans le cas de la différenciation d'un signal électrique correspondant à une explosion nucléaire et à la foudre, le temps t₁ et la première valeur de référence sont choisis par exemple de façon à ce que lorsque la valeur du signal électrique intégrée jusqu'au temps t₁ après le déclenchement du premier compteur est inférieure à la valeur de référence, le signal électrique correspond à une explosion nucléaire et dans le cas contraire à la foudre. Ce temps t₁ est, par exemple, égal à 1ms et la première valeur de référence correspond à une valeur supérieure à la valeur qu'aurait un signal électrique provenant d'une explosion nucléaire, intégrée jusqu'au temps t₁ après le déclenchement du premier compteur.
  • Ce mode de réalisation permet une différenciation sur l'énergie du signal électrique.
  • Selon une variante de ce mode de réalisation, les moyens de différenciation comprennent en outre :
    - un deuxième compteur de temps relié aux premiers moyens de détection et déclenché par cesdits moyens lors de la détection du passage du signal électrique à une valeur supérieure à la valeur de seuil,
    - des deuxièmes moyens de détection reliés aux moyens pour capter et au deuxième compteur de temps, pour détecter la valeur maximum du signal électrique délivré par lesdits moyens pour capter, jusqu'à un temps t₂ après le déclenchement du deuxième compteur, le temps t₂ étant inférieur au temps t₁,
    - des deuxièmes moyens de comparaison, reliés aux deuxièmes moyens de détection, pour comparer la valeur maximum détectée par lesdits deuxiémes moyens de détection à une deuxième valeur de référence, lesditde référence, lesdits deuxièmes moyens de comparaison commandant la remise à zéro par les moyens de remise à zéro, des moyens d'intégration et du premier compteur lorsque le signal de sortie desdits deuxièmes moyens de comparaison ne correspond pas à la détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée.
  • Le temps t₂ est pris par exemple égal à 0,2 ms lorsque le temps t₁ est égal à 1 ms, dans le cas de la différenciation de signaux correspondant à une explosion nucléaire et à la foudre. La deuxième valeur de référence correspond à la valeur minimale du signal à atteindre pour que le dispositif de détection poursuive l'intégration, sinon il y a remise à zéro des moyens d'intégration et du premier compteur de temps.
  • Cette variante de réalisation permet d'éliminer les signaux électriques de faibles amplitudes dus à des impulsions électromagnétiques parasites. On peut également faire de même en augmentant la valeur de seuil.
  • Selon un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens de différenciation comprennent :
    - des moyens de détection reliés aux moyens pour capter pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens pour capter à une valeur supérieure à une valeur de seuil déterminée,
    - un compteur de temps relié aux moyens de détection et déclenché par cesdits moyens lors de la détection du passage du signal électrique à une valeur supérieure à la valeur de seuil,
    - des moyens de comparaison reliés aux moyens pour capter et au compteur de temps, pour comparer la valeur du signal électrique délivré par les moyens pour capter un temps t₃ après le déclenchement dudit compteur à une valeur de référence.
  • Ainsi, dans le cas particulier où une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire doit être différenciée d'une impulsion électromagnétique due à la foudre, le temps t₃ est pris par exemple supérieur à la durée du signal électrique correspondant à une explosion nucléaire (t₃ est par exemple égal à 2µs) et la valeur de référence est nulle.
  • Ainsi, si au temps t₃ après le déclenchement du compteur, on a un signal non nul en sortie de moyens de comparaison, l'impulsion électromagnétique sera due à la foudre et dans le cas contraire, elle sera due à une explosion nucléaire.
  • Ce mode de réalisation permet une différenciation à partir de la durée totale du signal électrique.
  • Selon un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens de différenciation comprennent :
    - des premiers moyens de détection reliés aux moyens pour capter, pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens pour capter à une valeur supérieure à une valeur de seuil déterminée,
    - un premier compteur de temps relié aux premiers moyens de détection et déclenché par cesdits moyens lors de la détection du passage du signal électrique à une valeur supérieure à la valeur de seuil,
    - des deuxièmes moyens de détection reliés aux moyens pour capter, pour détecter la valeur maximum du signal électrique délivré par les moyens pour capter,
    - des moyens de calcul reliés aux deuxièmes moyens de détection pour calculer la valeur du signal électrique à 50% de sa valeur maximum,
    - des troisièmes moyens de détection reliés aux moyens pour capter, aux moyens de calcul et au premier compteur de temps, pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens pour capter à une valeur correspondant à 50% de sa valeur maximum et commander l'arrêt du premier compteur de temps lors de la détection de ce passage, et
    - des premiers moyens de comparaison reliés au premier compteur de temps, pour comparer le temps écoulé entre le déclenchement et l'arrêt du premier compteur et un temps de référence.
  • Ainsi, si l'on veut différencier une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire, d'une impulsion électromagnétique due à la foudre, le temps de référence est pris supérieur à la largeur à mi-hauteur du signal électrique d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire et inférieur à celle du signal électrique d'une impulsion électromagnétique due à la foudre. Aussi, lorsque le temps écoulé entre le déclenchement et l'arrêt du premier compteur est inférieur à ce temps de référence, le signal éectrique délivré correspond à une explosion nucléaire et dans le cas contraire à la foudre.
  • Ce mode de réalisation permet une différenciation à partir de la largeur à mi-hauteur du signal électrique.
  • Selon une variante de ce mode de réalisation, les moyens dê différenciation comprennent en outre :
    - un deuxième compteur de temps relié aux premiers moyens de comparaison et déclenché par cesdits moyens lorsque le signal de sortie desdits moyens correspond à la détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée, et
    - des deuxièmes moyens de comparaison reliés aux moyens pour capter et au deuxième compteur de temps, pour comparer la valeur du signal électrique délivré par les moyens pour capter un temps t₆ après le déclenchement du deuxième compteur de temps, et une valeur de référence.
  • On choisit par exemple pour temps t₆, le temps t₃ et pour valeur de référence une valeur nulle.
  • Cette variante de réalisation permet une différenciation à partir de la durée totale du signal électrique et à partir de la largeur à mi-hauteur de celui-ci.
  • Pour ne pas subir les perturbations dues aux impulsions électromagnétiques, ainsi que les contraintes liées à l'environnement telles que l'humidité et la température, les moyens de différenciation sont de préférence blindés. Lorsque les moyens pour capter comprennent un adaptateur d'impédance, celui-­ci est également blindé, le blindage des moyens de différenciation et de l'adaptateur d'impédance peuvent être communs. Ce blindage constitue une cage de Faraday.
  • Le dispositif de détection de l'invention comprend par ailleurs, de façon avantageuse, des moyens d'alimentation autonomes tels que des batteries, des photopiles, situés à l'intérieur du blindage des moyens de différenciation et de l'adaptateur d'impédance. Bien entendu, le dispositif de détection peut être alimenté par un réseau extérieur, mais dans ce cas particulier, le réseau doit être de préférence protégé contre la pénétration de parasites.
  • Le dispositif de détection de l'invention comprend de façon avantageuse des moyens pour rendre compte de la détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée et/ou d'une autre impulsion électromagnétique reliés aux moyens de différenciation.
  • Ces moyens pour rendre compte de la détection comprennent par exemple des moyens sonores et/ou visuels situés de préférence dans le blindage, pour permettre par exemple à l'homme de mettre en oeuvre des dispositifs de protection dans le cas de la détection d'une impulsion électromagnétique d'origine nucléaire. Ces moyens peuvent également comporter des moyens pour commander automatiquement des dispositifs par exemple de protection. Dans ce dernier cas, ces moyens sont extérieurs au blindage et reliés aux moyens de différenciation par des liaisons optiques ou filaires, les liaisons filaires étant de préférence protégées contre la pénétration de signaux parasites.
  • Il est par ailleurs avantageux d'utiliser plusieurs ensembles de détection, tels que décrits précédemment, en parallèle, pour avoir autant de diagnostics de détection que d'ensembles de détection et comparer par exemple les différents diagnostics pour obtenir un seul diagnostic plus fiable. Cette redondance permet d'éviter par exemple la mise en oeuvre intempestive de dispositifs de protection. Les différents moyens de différenciation utilisés dans un dispositif de détection de l'invention à plusieurs ensembles de détection sont de façon avantageuse différents, mais ils peuvent être bien entendu similaires.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles :
    • - la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif de détection conforme à l'invention,
    • - la figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation plus détaillé du dispositif de détection représenté figure 1,
    • - la figure 3 représente schématiquement la disposition dans l'espace de deux antennes formant le capteur des moyens pour capter du dispositif de l'invention,
    • - les figures 4a et 4b représentent schématiquement des exemples de chronogrammes de signaux délivrés par les moyens pour capter et par les principaux éléments des moyens de différenciation représentés figure 2, correspondant respectivement à une impulsion électromagnétique provenant d'une explosion nucléaire et d'une impulsion électromagnétique provenant de la foudre,
    • - la figure 5 représente schématiquement une variante de réalisation du dispositif de détection représenté figure 1,
    • - la figure 6 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un dispositif de détection conforme à l'invention,
    • - la figure 7 représente schématiquement également un autre mode de réalisation d'un dispositif de détection conforme à l'invention,
    • - la figure 8 représente schématiquement une variante du mode de réalisation du dispositif de détection représenté figure 7, et
    • - la figure 9 représente schématiquement un dispositif de détection comportant plusieurs ensembles de détection conformes à l'invention, en parallèle.
  • Dans le reste de la description, on prendra l'exemple particulier de la détection d'une impulsion électromagnétique provenant d'une explosion nucléaire, le signal électrique dû à ce type d'impulsion électromagnétique devant être différencié du signal électrique provenant d'une impulsion électromagnétique due à la foudre. Mais bien entendu, cet exemple n'est pas limitatif.
  • La figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif de détection conforme à l'invention.
  • Ce dispositif comprend des moyens pour capter 1 la composante électrique d'une impulsion électromagnétique, des moyens de différenciation 3 et des moyens pour rendre compte de la détection 5.
  • Les moyens 1 permettant de capter la composante électrique d'une impulsion électromagnétique délivrent un signal électrique proportionnel à la composante électrique captée. Les moyens de différenciation 3 sont reliés en sortie des moyens pour capter 1 ; ils permettent de différencier un signal électrique délivré par les moyens pour capter provenant d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire d'une impulsion électromagnétique due à la foudre. Les moyens pour rendre compte de la détection 5 sont reliés en sortie des moyens de différenciation et permettent de rendre compte de la détection d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire et/ou à la foudre.
  • De façon plus précise, les moyens de différenciation 3 comportent des moyens de détection 7 reliés aux moyens pour capter 1, un compteur de temps 9 relié aux moyens de détection 7, des moyens d'intégration 11 reliés aux moyens pour capter 1, des moyens de comparaison 13 reliés aux moyens d'intégration au compteur de temps 9 et aux moyens 5 et des moyens 23a de remise à zéro reliés au compteur de temps, aux moyens d'intégration et aux moyens de comparaison.
  • Ainsi, le signal électrique délivré par les moyens pour capter 1 est envoyé à la fois sur les moyens de détection 7 et sur les moyens d'intégration 11. Lorsque la valeur du signal électrique reçu par les moyens 7 est supérieur à une valeur de seuil déterminée VS, ces moyens 7 déclenchent le compteur de temps 9. Le déclenchement du compteur de temps 9 est défini par le temps t₀. Par ailleurs, les moyens 11 calculent l'intégrale du signal électrique délivré par les moyens pour capter, quelle que soit la valeur de ce signal. La valeur du signal intégré est comparée par les moyens 13 à une valeur de référence VR1 cette comparaison étant validée au temps t₁ après le déclenchement du compteur.
  • Le temps t₁ et la valeur de référence VR1 sont choisis par exemple, de façon à ce que la valeur intégrée du signal électrique au temps t₁ après le déclenchement du compteur soit inférieure à VR1, dans le cas d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire.
  • Les moyens pour rendre compte de la détection 5 comprennent des moyens visuels et/ou sonores pour avertir l'homme du résultat de la comparaison et/ou des moyens pour commander automatiquement par exemple des dispositifs de protection en fonction du résultat de la comparaison.
  • La valeur de seuil VS des moyens de détection 7 est choisie de façon à éliminer tous les signaux électriques de faibles amplitudes, dus à des impulsions électromagnétiques parasites. La validation de la comparaison est donc effectuée uniquement pour des signaux d'amplitude supérieure à la valeur VS. Les moyens 23a de remise à zéro sont déclenchés par le compteur de temps après la validation de la comparaison, la remise à zéro des moyens d'intégration et des moyens de comparaison étant effectuée avec un temps de retard réglable, après le déclenchement du compteur.
  • Les moyens de différenciation 3 de ce mode de réalisation permettent une discrimination par rapport à l'énergie du signal électrique délivré par les moyens pour capter 1.
  • La figure 2 donne un exemple de réalisation plus détaillé du mode de réalisation du dispositif de détection représenté figure 1.
  • Sur cette figure sont représentés les moyens pour capter 1 comportant un capteur 19 et un adaptateur d'impédance 21, reliés aux moyens de détection 7 et aux moyens d'intégration 11, les moyens de comparaison 13 reliés aux moyens 11, un compteur de temps 9 relié aux moyens de détection 7, aux moyens de remise à zéro 23a et aux moyens de comparaison 13, les moyens 23a étant reliés par ailleurs aux moyens d'intégration 11 et de comparaison 13.
  • Le capteur 19 des moyens pour capter 1 comporte une première et une deuxième antennes 15, 17, représentées dans l'espace figure 3.
  • La disposition de ces deux antennes dans l'espace a été calculée de façon à obtenir dans le cas d'une explosion nucléaire un signal électrique en sortie des moyens pour capter 1, quelle que soit l'orientation de ces antennes par rapport à l'explosion. La disposition de ces antennes a donc été calculée notamment en fonction de la polarisation de la composante électrique d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire. Comme on l'a vu précédemment, la composante électrique d'une impulsion électromagnétique de ce type est polarisée suivant un angle allant de zéro à 27° par rapport à un axe horizontal alors que la polarisation d'une composante électrique due à la foudre est perpendiculaire à un axe horizontal.
  • Aussi, pour capter de façon préférentielle la composante électrique correspondant à une impulsion électromagnétique d'origine nucléaire, l'antenne 15 et l'antenne 17 sont dans deux plans verticaux perpendiculaires, l'antenne 15 faisant un angle α d'environ 90° avec l'antenne 17 et l'antenne 17 un angle β de l'ordre de 54° avec un axe vertical.
  • La disposition particulière de ces antennes permet d'effectuer une différenciation par rapport à la polarisation de la composante électrique d'une impulsion électromagnétique. Ces deux antennes ont une longueur respectivement d'environ 3 cm.
  • Afin de ne pas dériver le signal électrique en sortie du capteur en chargeant celui-ci sur une résistance de charge faible (par exemple de 50 ohms), adaptée aux moyens de différenciation, ou de ne pas introduire des constantes de temps importantes en chargeant le capteur sur une résistance de charge importante (par exemple 1 MΩ), les moyens pour capter 1 comportent de façon avantageuse un adaptateur d'impédance 21 relié à la sortie de l'antenne 15.
  • Cet adaptateur d'impédance est à haute impédance du côté du capteur 19, permettant ainsi de ne pas déformer le signal par des constantes de temps importantes et à basse impédance du côté des moyens de différenciation 3, permettant d'adapter la haute impédance du capteur 19 à la basse impédance des moyens de différenciation 3 sans dériver le signal délivré par le capteur 19.
  • Pour cela, l'adaptateur d'impédance 21 des moyens pour capter 1 comporte par exemple un transistor de puissance T₁. Entre la sortie du capteur 19 et le transistor de puissance T₁, sont disposées deux résistances R₁, R₂ en série, la résistance R₁ étant reliée à l'antenne 15 et la résistance R₂ à la masse, deux résistances R₃, R₄, également en série, la résistance R₃ étant reliée à une source d'alimentation positive, et la résistance R₄ à la masse, et deux condensateurs C₁ ,C₂ en parallèle reliés entre le point milieu des résistances R₁, R₂ et le point milieu des résistances R₃, R₄, le point milieu des résistances R₃, R₄ étant en outre relié au transistor de puissance T₁ par une résistance R₅. Ce transistor de puissance T₁ est relié aux moyens de détection 7 et aux moyens d'intégration 11 par deux condensateurs en parallèle C₃, C₄.
  • Une résistance R₇ est connectée en outre entre une borne du transistor T₁ et la masse.
  • La résistance R₅ permet d'atténuer les rebonds et les sur-oscillations sans pour cela trop accroître le temps de montée du signal électrique. Par ailleurs, on utilise de façon avantageuse une inductance L₁ reliée d'une part à l'extrémité de la résistance R₃ et d'autre part à la fois à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C₅ et au transistor de puissance T₁ par une résistance R₆ pour mieux répondre aux pointes de courant délivrées par le capteur.
  • Sur cette figure, on a représenté les principales sources d'alimentation par une flèche. Ces sources d'alimentation font partie des moyens d'alimentation décrits précédemment. A côté de chaque flèche est figuré un signe + lorsque cette alimentation est positive et un signe - lorsque cette alimentation est négative.
  • Le tableau ci-dessous donne un exemple des valeurs affectées aux différents composants de l'adaptateur d'impédance 21 pour un transistor de puissance du type DV 2805 et une source d'alimentation de +13,5 volts.
    Figure imgb0001
  • Les moyens de détection 7 du passage du signal électrique une valeur supérieure à une valeur de seuil déterminée VS, reliés en sortie des moyens pour capter 1, doivent de préférence satisfaire les conditions suivantes :
    - disposer d'un seuil de déclenchement ajustable,
    - déclencher aussi rapidement que possible le compteur de temps 9 à l'apparition d'une valeur du signal électrique délivré, supérieure à la valeur de seuil VS,
    - posséder une grande impédance d'entrée pour ne pas perturber le signal électrique, et enfin,
    - avoir un niveau de sortie compatible avec les autres éléments des moyens de différenciation 3.
  • Ces moyens de détection 7 comportent donc de façon avantageuse un comparateur 25 rapide tel qu'un comparateur AD 9685 fabriqué par ANALOG DEVICES dont le temps de propagation est de l'ordre de 2,2 ns. Cependant, ce composant faisant partie de la famille des niveaux logiques ECL, 11 doit être suivi d'un translateur 27 permettant de réaliser le passage entre les niveaux logiques ECL du comparateur AD 9685 et les niveaux logiques TTL des autres éléments des moyens de différenciation 3. Ce translateur est par exemple un MC 10125.
  • Ainsi, la borne positive du comparateur 25 est reliée en sortie des moyens pour capter 1 et sa borne négative est reliée à un potentiomètre formé par une résistance variable ρ₁, en série avec une résistance R₈, l'autre extrémité de la résistance R₈ étant reliée à une source d'alimentation positive et l'autre extrémité de la résistance variable ρ₁ à la masse. La valeur de seuil VS est donc ajustée par la résistance variable ρ₁. La sortie de ce comparateur 25 est reliée au compteur de temps 9 par l'intermédiaire du translateur 27.
  • Dès l'apparition, au temps t₀, d'une valeur du signal électrique supérieure à la valeur VS, le signal de sortie des moyens 7 présente par exemple un front de montée qui va déclencher le compteur de temps 9 ; ce compteur de temps 9 a pour rôle de valider la comparaison entre la valeur de l'énergie du signal délivré, autrement dit la valeur du signal électrique intégré jusqu'au temps t₁ après le déclenchement de ce compteur et la valeur de référence VR1. Ce compteur de temps doit donc déclencher un signal décalé d'un temps fixe t₁ par rapport au temps t₀.
  • Ce compteur de temps 9 comprend donc de façon avantageuse par un monostable 29. Le temps t₁ est fixé dans le cas particulier de la détection d'une explosion nucléaire par exemple à 1 ms. La validation de la comparaison effectuée par les moyens 13 est donc effectuée une milliseconde après le temps t₀.
  • Le temps t₁, fixé par le monostable, est réglé par l'intermédiaire de composants extérieurs tels que par exemple une capacité et une résistance. De plus en choisissant une résistance variable, on peut obtenir un temps t₁ variable. Il est bien entendu que le compteur de temps peut déclencher au temps t₀ aussi bien sur un front montant que sur un front descendant du signal électrique délivré par les moyens 7 et valider la comparaíson effectuée par les moyens 13 aussi bien sur un front montant que sur un front descendant, en fonction des réglages effectués.
  • Le compteur de temps 9 utilisé, est par exemple le composant 74 LS 123. Ce composant comporte deux monostables 29 et 31.
  • Le monostable 29 est relié d'une part à la sortie des moyens 7 et d'autre part à une entrée des moyens 13 et au monostable 31, le monostable 31 est relié aux moyens 13 et aux moyens 23a de remise à zéro. Le monostable 29 déclenche la validation de la comparaison effectuée par les moyens 13 et le monostable 31. Le monostable 31 déclenché par le monostable 29 permet de maintenir le résultat de comparaison pendant un certain temps après son déclenchement pour permettre notamment la visualisation du résultat de la détection.
  • Les moyens d'intégration 11 du dispositif de détection comportent de façon avantageuse un intégrateur tel qu'un amplificateur opérationnel 33 présentant une grande impédance d'entrée du type ADLH 0032 fabriqué notamment par ANALOG DEVICE. La borne positive de cet amplificateur 33 est reliée à la masse tandis que sa borne négative est reliée en sortie des moyens pour capter 1 par l'intermédiaire de deux résistances en série R₉ et R₁₀ (par exemple respectivement de l'ordre de 1 kΩet 2,2 kΩ).
  • Le signal électrique délivré par les moyens pour capter 1 est intégré de façon continue par l'intégrateur 33 quelle que soit la valeur de ce signal. La valeur intégrée du signal est donc envoyée de façon continue aux moyens de comparaison 13.
  • Les moyens de comparaison 13 comportent un comparateur 37 tel qu'un amplificateur différentiel. Ce comparateur est par exemple un LM 311. Sa borne négative est reliée à la sortie de l'intégrateur 33 et sa borne positive à une résistance variable ρ₂. La résistance ρ₂ est reliée en outre à une source d'alimentation négative et à la masse. Elle permet d'ajuster la valeur de référence VR1. Ainsi, le signal de sortie du comparateur 37 est nul lorsque le signal délivré par l'intégrateur est inférieur à VR1 autrement dit lorsqu'il correspond à une explosion nucléaire et non nul lorsqu'il est supérieur à VR1 dans le cas contraire.
  • Les moyens de comparaison 13 comprennent également une porte logique NON ET 39 reliée à la sortie du comparateur 37 et à une source d'alimentation positive. Cette porte logique permet d'inverser le signal électrique délivré par le comparateur, autrement dit, le signal de sortie de cette porte sera non nul lorsque le signal de sortie du comparateur sera nulle et inversement.
  • Les moyens 13 comprennent en outre une bascule 41 par exemple du type MC 14013B reliée à la sortie de la porte 39 et à la sortie du compteur de temps 9. Au temps t₁, après le déclenchement du monostable 29, la bascule 41 recopie le niveau logique de la porte 39, autrement dit la bascule 41 sera au niveau haut lorsqu le signal de sortie de la porte 39 est non nul et un niveau bas lorsqu'il est nul. Le monostable 29 valide donc la comparaison un temps t₁ après son déclenchement, en envoyant un signal présentant soit un front de montée, soit un front de descente sur une entrée de la bascule.
  • Les moyens 5 pour rendre compte de la détection comprennent par exemple des moyens de visualisation tels que deux diodes 43, 45 électroluminescentes ; ces diodes sont de façon avantageuse de couleurs différentes. La diode 43 est reliée par exemple entre la sortie Q de la bascule 41 des moyens 13 et la masse et la diode 45 est reliée entre la sortie
    Figure imgb0002
    de cette bascule et la masse. Ainsi, si la bascule est à un niveau haut, le signal sur la sortie Q sera non nul et le signal sur la sortie
    Figure imgb0003
    sera nul, les diodes 5 et 7 seront respectivement allumée et éteinte. Par contre, si la bascule est à un niveau bas, le signal sur la sortie Q sera nul et le signal sur la sortie
    Figure imgb0004
    sera non nul, les diodes 5 et 7 seront respectivement éteinte et allumée. La détection d'une impulsion électromagnétique d'origine nucléaire est donc visualisée par la diode 5 allumée et la diode 7 éteinte, le temps de visualisation étant réglé par le monostable 31.
  • Les moyens 23a de remise à zéro comprennent un monostable 32 par exemple du type 74 LS 123. Ce monostable 32 est relié au monostable 29 et il est déclenché par celui-ci après le temps de visualisation; le monostable 32 est relié par ailleurs à l'entrée d'une porte logique OU 49 par exemple du type 74 HC 32. L'autre entrée de cette porte 49 est reliée à un interrupteur 50 commandé par un bouton poussoir 48 et la sortie de cette porte est reliée à la bascule 41 des moyens 13. Lorsque le bouton poussoir est enfoncé, la porte logique 49 est reliée à une source d'alimentation positive et dans le cas contraire elle est reliée à la masse.
  • Aussi, le signal de sortie de la porte 49 sera non nul (niveau haut) si au moins un des signaux envoyés sur son entrée est non nul autrement dit, après le déclenchement du monostable 32 (c'est-à-dire lorsque le signal de sortie du monostable 32 comporte un front de montée) ou lorsque le bouton poussoir est enfoncé manuellement. Si les deux signaux en entrée de la porte 49 sont nuls, le signal en sortie de cette porte sera également nul.
  • Lorsque le signal électrique envoyé par la porte 49 sur la bascule 41 est non nul, celui-ci est remis à zéro.
  • Les monostables 31 et 32 sont réglés de façon à ce que la remise à zéro de la bascule 41 intervienne suffisamment longtemps après la validation de la comparaison par le monostable 29, pour que les moyens de visualisation puissent être lus. Le temps entre la validation de la comparaison et la remise à zéro est par exemple de l'ordre de 5 s.
  • Les moyens 23a comprennent en outre, entre le point milieu des résistances R₉ et R₁₀ et la sortie de l'amplificateur opérationnel 33 des moyens d'intégration 11, un condensateur C₅ par exemple de 2,2 nF en parallèle d'un composant 35 pour permettre la remise à zéro de l'amplificateur opérationnel 33.
  • Ce composant 35 comprend deux interrupteurs analogiques I₁, I₂ en série, reliés respectivement au monostable 32; le point milieu de ces interrupteurs étant relié à la masse par une résistance R₁₁ par exemple de 2,2 kΩ. Ce composant est par exemple du type MC 4016.
  • La fermeture des interrupteurs I₁ et I₂ commandés par le monostable 32 en même temps que la remise à zéro de la bascule 11 permet de décharger le condensateur C₅ et de remettre à zéro l'intégrateur.
  • Les figures 4a et 4b représentent schématiquement respectivement des chronogrammes de signaux électriques provenant d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire et due à la foudre, délivrés par le dispositif de détection représenté figure 2. Les signaux Va, Va1, Va2, Va3, Va4, Va5, Va6, Va7, correspondent à une explosion nucléaire et les signaux Vb, Vb1, Vb2, Vb3, Vb4, Vb5, Vb6 et Vb7 correspondent à la foudre.
  • Les signaux Va et Vb représentent les signaux électriques délivrés par les moyens pour capter 1, les signaux Va1 et Vb1 représentent les signaux électriques délivrés par l'amplificateur opérationnel des moyens de détection 7, les signaux Va2 et Vb2 représentent les signaux en sortie du translateur des moyens 7, les signaux Va3 et Vb3 représentent les signaux en sortie du monostable 29, les signaux Va4 et Vb4 repésentent les signaux en sortie de l'intégrateur des moyens 11, les signaux Va5 et Vb5 représentent les signaux en sortie du comparateur, les signaux Va6 et Vb6 représentent les signaux en sortie de la porte NON ET 39 et les signaux Va7 et Vb7 les signaux en sortie de la bascule des moyens 5.
  • La forme des signaux électriques Va et Vb délivrés par les moyens 1 est différente cependant ces deux signaux passent par la valeur de seuil VS au temps t₀.
  • En sortie de l'amplificateur opérationnel 25 les signaux Va1 et Vb1 présentent donc un front de montée dès que la valeur du signal électrique délivré par les moyens pour capter 1 est supérieure à la valeur de seuil VS, ce qui correspond au temps t₀ et un front de descente dès que la valeur du signal électrique délivré par les moyens 1 est à nouveau inférieur à cette valeur de seuil VS. Du fait que cet amplificateur est de la famille ECL, ces signaux sont négatifs.
  • En sortie du translateur, les signaux électriques Va2 et Vb2 sont proportionnels aux signaux Va1 et Vb1 délivrés par l'amplificateur opérationnel mais positifs : ils correspondent à des niveaux logiques TTL.
  • Au temps t₀, le monostable 29 est déclenché, autrement dit, les signaux Va3 et Vb3 présentent un front de montée dès que la valeur du signal électrique délivré par les moyens pour capter est supérieure à la valeur de seuil VS; à un temps t₁ fixé après son déclenchement, le monostable 29 est arrêté et les signaux Va3 et Vb3 présentent un front de descente.
  • L'intégrateur 33 intègre en continu le signal électrique délivré par les moyens pour capter 1 quelle que soit sa valeur, les signaux électriques Va4 et Vb4 délivrés par l'intégrateur sont donc continus depuis l'apparition d'un signal électrique non nul en sortie des moyens 1 jusqu'à sa disparition.
  • Le comparateur 37 compare en continu la valeur délivrée en sortie de l'intégrateur 33 à une valeur de référence VR1. Ainsi, le signal Va4 délivré par l'intégrateur étant toujours inférieur à la valeur de référence, le signal Va5 correspondant sera nul (niveau bas). En revanche, le signal électrique Vb4 délivré par l'intégrateur 33 étant supérieur à la valeur de référence VR1, un temps tb après l'apparition du signal Vb présentera un front de montée au temps tb, autrement dit sera au niveau haut dès que la valeur du signal intégré sera supérieure à la valeur de référence. Les signaux électriques Va6 et Vb6 sont au niveau haut lorsque les signaux correspondants Va5 et Vb5 sont au niveau bas et inversement.
  • Comme on l'a vu précédemment, la bascule prend le même niveau logique que la porte 39 au temps t₁ après le déclenchement du monostable 29. De ce fait, le signal Va7 est au niveau haut à partir du temps t₀+t₁ et le signal Vb7 reste au niveau bas. Ainsi, en sortie de la bascule, au temps t₀+t₁, on aura un signal électrique non nul dans le cas d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire et un signal nul dans le cas d'une impulsion électromagnétique due à la foudre.
  • La figure 5 représente une variante de réalisation du dispositif de détection représenté figure 1.
  • Ce mode de réalisation diffère de celui représenté figure 1 par l'utilisation d'un compteur de temps 51, de moyens de détection 53 et de moyens de comparaison 55 supplémentaires.
  • Le compteur de temps 51 est relié en sortie des moyens de détection 7 ; les moyens de détection 53 sont reliés en sortie des moyens pour capter 1 et en sortie du compteur de temps 51 ; et les moyens de comparaison 55 sont reliés en sortie des moyens de détection. Par ailleurs, les moyens de remise à zéro 23b de ce dispositif sont reliés en sortie des moyens de comparaison 55 et du compteur de temps 9 et en entrée des moyens d'intégration 11, du compteur de temps 9 et des moyens de comparaison 13.
  • De même que pour le compteur de temps 9, le compteur de temps 51 est déclenché lors de la détection d'une valeur du signal électrique supérieure à la valeur de seuil VS. Les moyens de détection 53 permettent de détecter la valeur maximum du signal électrique délivré par les moyens pour capter 1 jusqu'au temps t₂ après le déclenchement du compteur 51. Ce temps t₂ est fixé par le compteur 51 de la même façon que le temps t₁ pour le compteur 9.
  • Les moyens de comparaison 55 comparent la valeur maximum détectée par ces moyens 53 et une valeur de référence VR2. Si la valeur maximum détectée est inférieure à cette valeur de référence, le compteur de temps 9 et les moyens d'intégration 11 sont remis à zéro par les moyens 23b déclenchés par les moyens 55. Dans le cas contraire, l'intégration est poursuivie.
  • Cette réalisation particulière permet d'arrêter l'intégration et de remettre à zéro le dispositif de détection, lorsque les moyens de détection ont détecté des signaux électriques de valeur supérieure à la valeur VS, mais ne présentant pas de valeurs crêtes importantes au bout d'un temps t₂ après le déclenchement du compteur 51, ce dispositif revient à déterminer une valeur de seuil supérieure à VS.
  • La figure 6 représente un autre exemple de réalisation d'un dispositif de détection conforme à l'invention.
  • Sur cette figure sont représentés les moyens pour capter 1, les moyens de différenciation 3 et les moyens 5 pour rendre compte de la détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée et/ou d'une autre impulsion. Les moyens 1 et 5 sont par exemple du même type que ceux décrits précédemment. Les moyens de différenciation comprennent des moyens de détection 7 du même type que ceux décrits précédemment, reliés aux moyens pour capter 1, un compteur de temps 61 relié aux moyens 7, des moyens de comparaison 62 reliés aux moyens pour capter 1, au compteur de temps 61 et aux moyens 5, et des moyens 23c de remise à zéro reliés au compteur de temps 61 et aux moyens de comparaison 62.
  • Le compteur de temps 61 comprend de façon avantageuse un monostable déclenché au temps t₀ par la détection d'une valeur du signal électrique, délivrée par les moyens pour capter 1, supérieur à la valeur de seuil VS. Un temps t₃ après son déclenchement, le compteur 61 s'arrête et valide la comparaison effectuée par les moyens 62 entre la valeur du signal délivré par les moyens 1 au temps t₃ après le déclenchement du compteur et une valeur de référence VR3.
  • Les moyens de comparaison 62 comprennent par exemple un comparateur tel qu'un amplificateur différentiel relié à une bascule.
  • Dans le cas où l'on veut différencier une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire de celle due à un autre phénomène, le signal de référence VR3 est par exemple nul et le temps t₃ est égal à 2µs. En effet, nous avons vu précédemment qu'après 2µs. le signal électrique correspondant à une explosion nucléaire a disparu, contrairement au signal électrique correspondant notamment à la foudre.
  • Aussi, lorsque le signal électrique délivré par les moyens pour capter au temps t3 après le déclenchement du compteur est nul, le signal en sortie des moyens de comparaison 62 sera également nul et les moyens 5 rendront compte de la détection d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire. Dans le cas contraire, le signal en sortie des moyens 62 sera non nul et les moyens 5 rendront compte de la détection d'une impulsion électromagnétique due à la foudre.
  • Par ailleurs, les moyens 23c de remise à zéro déclenchés avec un certain retard après la validation de la comparaison commandent la remise à zéro des moyens 62.
  • La figure 7 représente un autre exemple de réalisation d'un dispositif de détection de l'invention.
  • Ce dispositif comporte des moyens pour capter 1 et des moyens 5 pour rendre compte de la détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée et/ou d'une autre impulsion, du même type que ceux décrits précédemment, ainsi que des moyens de différenciation 3.
  • Ces moyens 3 comprennent des moyens de détection 7 reliés aux moyens pour capter 1, un compteur de temps 64 relié aux moyens 7, des moyens de détection 63 reliés aux moyens 1 pour détecter la valeur maximum du signal électrique délivré par les moyens 1, des moyens de calcul 65 reliés aux moyens 63 pour calculer la valeur du signal à 50% de sa valeur maximum, des moyens de détection 67 reliés d'une part aux moyens pour capter 1 et aux moyens de calcul 65 et d'autre part, au compteur de temps 64 et à des moyens de remise à zéro 23d, pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens 1, à 50% de sa valeur maximum lors du front de redescente de ce signal et des moyens de comparaison 69 reliés d'une part au compteur de temps 64 et aux moyens 23d et d'autre part aux moyens 5, les moyens 23d étant reliés en outre au compteur de temps 64.
  • Les moyens 7 sont par exemple du même type que ceux décrits précédemment, les moyens 63, 67 et 69 comprennent par exemple un comparateur. Les moyens 67 comparent la valeur du signal délivré par les moyens 1 et la valeur maximum du signal délivré, divisée par deux. Dès que la valeur du signal délivré est égale à la valeur maximum divisée par deux, (autrement dit dès que le signal délivré est redescendu à mi-hauteur de sa valeur maximum), les moyens 67 commandent l'arrêt du compteur 64. Entre le déclenchement et l'arrêt de ce compteur, il s'est écoulé un temps t₄ caractérisant la largeur à mi-hauteur du signal électrique délivré. Ce temps t₄ est donc comparé par les moyens 69 à un temps de référence t₅, tel que par exemple, lorsque t₄ est inférieur à t₅, le signal électrique correspond à une explosion nucléaire et lorsque t₄ est supérieur à t₅, le signal électrique correspond à un autre phénomène tel que la foudre.
  • Les moyens 5 rendent compte de la détection de ces phénomènes. Le temps t₅ est pris par exemple égal à 250 ns.
  • Les moyens 23d de remise à zéro, déclenchés par les moyens 67 lors de la détection du passage du signal délivré par les moyens 1, à 50% de sa valeur maximum, commandent la remise à zéro du compteur de temps 64 et des moyens de comparaison 69 avec un certain retard par rapport à la validation de la comparaison.
  • La figure 8 représente une variante du dispositif de détection de la figure 7.
  • Les moyens de différenciation 3 comprennent en plus de ceux représentés figure 7, des moyens de détection 62 et un deuxième compteur de temps 68 du même type que les moyens 62 et le compteur 61 décrits figure 6, les moyens de détection 62 étant reliés aux moyens 1 et aux moyens 5 et le compteur de temps 68 aux moyens 69 et 62. Cependant, le compteur 68 est déclenché non pas par les moyens 7 comme dans le cas de la figure 6, mais par les moyens de comparaison 69 uniquement dans le cas où le signal de sortie desdits moyens 69 correspond à la détection d'une explosion nucléaire. Ce compteur est donc déclenché un temps t₄ après le déclenchement du compteur 64 et arrêté un temps t₆ après ce temps t₄. Le temps t₆ est par exemple de l'ordre de 2µs.
  • Les moyens de détection 62 comparent la valeur du signal délivré par les moyens pour capter 1 aux temps t₆ après le déclenchement du compteur 68 à une valeur nulle. Lorsque le signal en sortie des moyens 62 est nul, les moyens 5 rendent compte de la détection d'une impulsion électromagnétique due à une explosion nucléaire et dans le cas contraire à une impulsion élctromagnétìque due à la foudre.
  • Sur cette figure, les moyens 69 et 62 sont reliés aux moyens 5, ces derniers peuvent donc comprendre par exemple des premiers et des deuxièmes moyens de visualisation différents, reliés respectivement aux moyens 69 et 62, mais ils peuvent égalment comporter des moyens de comparaison reliés aux moyens 69 et 62 et comprendre des moyens de visualisation affichant le résultat de la comparaison.
  • Cette variante permet donc de donner un double diagnostic et donc d'éviter le déclenchement intempestif de dispositifs de protection.
  • Il est en effet avantageux de baser la différenciation d'impulsions électromagnétiques sur plusieurs critères afin d'augmenter la fiabilité du dispositif de détection.
  • La figure 9 représente schématiquement un dispositif de détection comportant plusieurs ensembles de détection en parallèle, les moyens 5 de ces ensembles étant par exemple regroupés pour permettre une comparaison des différents diagnostics issus des moyens de différenciation 3 utilisés et donner un compte rendu le plus fiable possible du résultat de la détection. Les moyens de différenciation utilisés sont de préférence différents mais ils peuvent bien entendu être identiques.
  • On a représenté figure 9 trois ensembles de détection en parallèle mais bien entendu un dispositif de détection peut en comporter plus de trois. Par ailleurs, on peut ajouter ce dispositif de détection toujours dans le but d'améliorer sa fiabilité, comme on l'a vu précédemment, des dispositifs de détection de champ électrostatique, de bruit, de lumière ou de champ magnétique.
  • Les différents modes de réalisation d'un dispositif de détection décrits précédemment ne sont pas limitatifs, de nombreuses variantes peuvent bien entendu être réalisées sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (16)

1. Dispositif de détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un ensemble de détection comportant :
- des moyens (1) pour capter la composante électrique d'une impulsion électromagnétique, lesdits moyens délivrant un signal électrique proportionnel à la composante électrique captée,
- des moyens de différenciation (3) reliés aux moyens pour capter, pour différencier un signal électrique délivré par les moyens pour capter provenant d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée à détecter, d'une autre impulsion électromagnétique.
2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'impulsion électromagnétique d'origine déterminée à détecter est une impulsion électromagnétique provenant d'une explosion nucléaire.
3. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'autre impulsion électromagnétique est une impulsion électromagnétique due à la foudre.
4. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour capter (1) comprennent un capteur formé d'une première et d'une deuxième antennes (15, 17) disposées dans deux plans verticaux perpendiculaires et reliées entre elles, la première antenne (15) étant reliée en outre aux moyens de différenciation, la première antenne faisant un angle (α) allant de 80° à 135° avec la deuxième antenne et la deuxième antenne faisant un angle (β) allant de 45° à 65° avec un axe vertical.
5. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur étant à haute impédance et les moyens de différenciation à basse impédance, la première antenne est reliée aux moyens de différenciation par l'intermédiaire d'un adaptateur d'impédance (21) effectuant le transfert du signal électrique délivré par le capteur à haute impédance vers les moyens de différenciation à basse impédance.
6. Dispositif de détection selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'adaptateur d'impédance est blindé.
7. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de différenciation (3) comprennent des moyens (23a, 23b, 23c, 23d) de remise à zéro pour permettre au dispositif de détection de fonctionner de façon continue.
8. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de différenciation (3) comprennent :
- des premiers moyens de détection (7) reliés aux moyens pour (1), pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens pour capter à une valeur supérieure à une valeur de seuil déterminée (VS ),
- un premier compteur de temps (9) relié aux premiers moyens de détection (7), déclenché par cesdits moyens lors de la détection du passage du signal électrique à une valeur supérieure à la valeur de seuil,
- des moyens d'intégration (11) reliés aux moyens pour capter (1) pour intégrer le signal électrique délivré par les moyens pour capter, et
- des premiers moyens de comparaison (13) reliés aux moyens d'intégration et au premier compteur de temps (9) pour comparer la valeur du signal électrique intégré jusqu'à un temps t₁ après le déclenchement du premier compteur à une première valeur de référence (VR1).
9. Dispositif de détection selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de différenciation comprennent en outre :
- un deuxième compteur de temps (51) relié aux premiers moyens de détection (17) et déclenché par cesdits moyens lors de la détection du passage du signal électrique à une valeur supérieure à la valeur de seuil (VS),
- des deuxièmes moyens de détection (53) reliés aux moyens pour capter (1) et au deuxième compteur de temps (51), pour détecter la valeur maximum du signal électrique délivré par lesdits moyens pour capter, jusqu'à un temps t₂ après le déclenchement du deuxième compteur, le temps t₂ étant inférieur au temps t₁,
- des deuxièmes moyens de comparaison (55), reliés aux deuxièmes moyens de détection (53), pour comparer la valeur maximum détectée par lesdits deuxièmes moyens de détection (53) à une deuxième valeur de référence(VR2), lesdits deuxièmes moyens de comparaison commandant la remise à zéro par les moyens de remise à zéro (23b) des moyens d'intégration (11) et du premier compteur (9), lorsque le signal de sortie desdits deuxièmes moyens de comparaison ne correspond pas à la détection d'une impulsion électromagnétíque d'origine déterminée.
10. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de différenciation (3) comprennent :
- des moyens de détection (7) reliés aux moyens pour capter (1) pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens pour capter à une valeur supérieure à une valeur de seuil déterminé (VS),
- un compteur de temps (61) relié aux moyens de détection (7) et déclenché par cesdits moyens lors de la détection du passage du signal électrique à une valeur supérieure à la valeur de seuil,
- des moyens de comparaison (62) reliés aux moyens pour capter (1) et au compteur de temps (61), pour comparer la valeur du signal électrique délivré par les moyens pour capter un temps t₃ après le déclenchement dudit compteur, une valeur de référence (VR3).
11. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de différenciation (3) comprennent :
- des premiers moyens de détection (7) reliés aux moyens pour capter (1), pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens pour capter à une valeur supérieure à une valeur de seuil déterminée (VS),
- un premier compteur de temps (64) relié aux premiers moyens de détection (7) et déclenché par cesdits moyens lors de la détection du passage du signal électrique à une valeur supérieure à la valeur de seuil,
- des deuxièmes moyens de détection (63) reliés aux moyens pour capter (1), pour détecter la valeur maximum du signal électrique délivré par les moyens pour capter,
- des moyens de calcul (65) reliés aux deuxièmes moyens de détection (63) pour calculer la valeur du signal électrique à 50% de sa valeur maximum,
- des troisièmes moyens de détection (67) reliés aux moyens pour capter (1), aux moyens de calcul (65) et au premier compteur de temps (64), pour détecter le passage du signal électrique délivré par les moyens pour capter à une valeur correspondant à 50% de sa valeur maximum et commander l'arrêt du premier compteur de temps lors de la détection de ce passage, et
- des premiers moyens de comparaison (69) reliés au premier compteur de temps (64), pour comparer le temps écoulé entre le déclenchement et l'arrêt du premier compteur de temps et un temps de référence (t₅).
12. Dispositif de détection selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de différenciation (3) comprennent en outre :
- un deuxième compteur de temps (67) relié aux premiers moyens de comparaison (69) et déclenché par cesdits moyens lorsque le signal de sortie de cesdits moyens correspond à la détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée, et
- des deuxièmes moyens de comparaison (62) reliés aux moyens pour capter (1) et au deuxième compteur de temps (67), pour comparer la valeur du signal électrique délivré par les moyens pour capter un temps t₆ après le déclenchement du deuxième compteur de temps, et une valeur de référence.
13. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les moyens de différenciation sont blindés.
14. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'ensemble de détection comprend en outre des moyens d'alimentation autonomes.
15. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour rendre compte (5) de la détection d'une impulsion électromagnétique d'origine déterminée et/ou d'une autre impulsion électromagnétique, reliés aux moyens de différenciation.
16. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs ensembles de détection en parallèle.
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