EP0454542A1 - Dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique - Google Patents

Dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique Download PDF

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EP0454542A1
EP0454542A1 EP91401012A EP91401012A EP0454542A1 EP 0454542 A1 EP0454542 A1 EP 0454542A1 EP 91401012 A EP91401012 A EP 91401012A EP 91401012 A EP91401012 A EP 91401012A EP 0454542 A1 EP0454542 A1 EP 0454542A1
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05C—ELECTRIC CIRCUITS OR APPARATUS SPECIALLY DESIGNED FOR USE IN EQUIPMENT FOR KILLING, STUNNING, OR GUIDING LIVING BEINGS
    • H05C3/00—Other circuits or apparatus

Definitions

  • the present invention relates generally to electric fences used to close fields where animals graze so that they can be left unattended.
  • the invention relates more particularly to a device for controlling the proper functioning of these fences.
  • controllers make it possible to detect or measure the peak voltage existing between the terminals of an energizer, between two conducting wires, or between a conducting wire and the ground. Other types of controllers make it possible to measure a more or less integrated value over time of the pulse voltage.
  • the magnitude representative of the pain felt by an animal or a man touching the conductors is mainly a function of the electrical energy which is dissipated in the body during the pulse.
  • the measurement of the peak voltage of the pulse is therefore not very representative of the efficiency of the energizer, or of the electric fence line at the place where the measurement is made.
  • the invention aims to propose a device whose "quadrature of V (t)" and “integration over time” parts are composed of passive elements (resistors, diodes, zener diodes, capacitors ... ) stable over time and in temperature, energy efficient, and with an extremely short response time.
  • the invention relates to a control device used to measure the efficiency of an electric fence, characterized in that it measures the energy of each pulse appearing at the output of the energizer or between two conductors of the closure, by integrating over time a current generated from the voltage applied between the input terminals, current which is proportional to a function approximating the square of the input voltage.
  • the pulse energy is read by connecting the capacitor to a display device, digital or needle, which indicates the peak value of the voltage of the capacitor CI reached at the end of the integration process or processes.
  • a load R e is connected between the two input terminals of the controller.
  • This load can be chosen close to 1000 ohms, a value which fairly well represents the impedance of the body and the contacts for an animal touching the wire.
  • R 2 and R 3 form a divider bridge, R 2 having sufficient values not to modify the load R e appreciably. In the case where R 3 has a value much smaller than R e , we can delete R 2 and link R 3 in series with R c .
  • R 2 and R 3 form a divider bridge in order to work under voltages, at the terminals of R 3 , much lower than the input voltage V (t) which can reach 10,000 volts.
  • a diode bridge D 1 , D 2 , D 3 , D 4 allows the oscillations of the input signal to be rectified.
  • an electrical system composed of the 4 blocks Q i , Q 2 , Q 3 , Q 4 . These 4 blocks allow signal analysis, display, and system reset.
  • Q 1 is a device which transforms the signal V (t) into an electric current I (t) proportional to the square of V (t).
  • Q 2 integrates the signal I (t) over time, and stores the information in the form of a charging voltage V 2 of a capacitor CI which is proportional to:
  • Q 3 is a device which indicates, for example on a digital display, the voltage V 2 reached at the terminals of C 1 after the end of each electrical pulse.
  • Q 4 is a device which makes it possible to completely discharge C 1 after the reading of its peak voltage has been made.
  • Q 4 can be designed, using the well-known means of electronics, to discharge the capacitor C 1 automatically a certain time after each pulse when the reading of V 2 has been made.
  • Q 4 can also be designed to automatically discharge CI only after a predetermined number of pulses so that the signal can be accumulated over several pulses.
  • Q 4 can be a manual device of the "push button" type on which the user presses in order to discharge C 1 , after a sufficient number of pulses to ensure a reliable reading of the display, in the case where the residual energy at the measurement location is small.
  • Z 1 , Z 2 ... Z n are clipping elements such as zener diodes or resistors variable with voltage.
  • the elements Z n are arranged in ascending order of the values V n of their threshold voltages, from left to right.
  • the first value V o of the element Z o is taken, in this example equal to zero, Z o , which is in fact a short circuit, is not shown.
  • the device as shown in FIG. 2 makes it possible, when choosing the values V k of the voltage thresholds of the zener diodes, and the associated resistances R k , to obtain a current I (t) which is an increasing function G (V) represented in FIG. 3, composed of segments of lines each of which is a secant ("chord") of a curve F (V) at the points sought.
  • FIG. 5 represents a well known integrator circuit, composed of a load resistor R 1 and a capacitor C 1 .
  • This circuit makes it possible to obtain the integration of the current I (t) with a very good approximation insofar as the time constant R 1 C 1 is much less than the duration of each pulse.

Abstract

L'invention propose un dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique.
Ce dispositif mesure l'énergie de chaque impulsion apparaissant en sortie de l'électrificateur ou entre deux conducteurs de la clôture, en intégrant sur le temps un courant généré à partir de la tension appliquée entre les bornes d'entrée, courant qui est proportionnel à une fonction approximant le carré de la tension d'entrée.

Description

  • La présente invention concerne d'une manière générale les clôtures électriques utilisées pour fermer les champs où paissent des animaux afin de pouvoir laisser ceux-ci sans surveillance.
  • L'invention concerne plus particulièrement un dispositif permettant de contrôler le bon fonctionnement de ces clôtures.
  • Plusieurs types de dispositifs contrôleurs pour clôtures électriques sont déjà connus et usuellement mis en oeuvre. Les contrôleurs le plus souvent utilisés permettent de détecter ou de mesurer la tension de crête existant entre les bornes d'un électrificateur, entre deux fils conducteurs, ou entre un fil conducteur et le sol. D'autres types de contrôleurs permettent de mesurer une valeur plus ou moins intégrée sur le temps de la tension de l'impulsion.
  • Cependant on a remarqué que la grandeur représentative de la douleur ressentie par un animal ou un homme touchant les conducteurs est surtout fonction de l'énergie électrique qui est dissipée dans le corps pendant l'impulsion.
  • La mesure de la tension de crête de l'impulsion n'est donc pas très représentative de l'efficacité de l'électrificateur, ou de la ligne de clôture électrique à l'endroit où l'on fait la mesure.
  • Par ailleurs, la mesure de l'énergie de l'impulsion n'est pas très facile à réaliser, car elle est de la forme
    Figure imgb0001
    dt où :
    • - V(t) est la tension instantanée apparaissant entre les points de contact de l'animal avec les conducteurs de clôture,
    • - Re est l'impédance équivalente de l'animal soumis à une impulsion à haute tension, et dont différentes expériences ont montré qu'elle était d'ordre essentiellement résistif, variant, selon l'animal, de quelques centaines à quelques milliers d'ohms.
  • La nécessité de calculer une fonction du carré de la tension rend la réalisation d'un système de contrôle ni facile ni économique si l'on utilise les moyens électroniques traditionnels.
  • Il est possible de proposer différentes méthodes de mesure de l'énergie de l'impulsion mais celles-ci ne permettent pas généralement de mettre au point un dispositif intéressant :
    • - les moyens utilisant la mesure de l'échauffement d'une résistance ne sont ni fiables ni suffisament répétitif,
    • - les moyens utilisant la digitalisation du signal d'entrée pour ensuite le traiter numériquement (calcul du carré de la tension puis intégration), nécessitent des composants rapides et onéreux,
    • - les moyens utilisant des composants permettant la multiplication analogique d'un signal d'entrée par lui- même sont également onéreux, et présentent l'inconvénient de nécessiter des compensations des dérives dans le temps, et des dérives en température.
  • Afin de pallier ces inconvénients, l'invention tend à proposer un dispositif dont les parties "quadrature de V(t)" et "intégration sur le temps" sont composées d'éléments passifs (résistances, diodes, diodes zener, condensateurs...) stables dans le temps et en température, peu gourmands en énergie, et dont le temps de réponse est extrêmement court.
  • A cet effet, l'invention concerne un dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique, caractérisé en ce qu'il mesure l'énergie de chaque impulsion apparaissant en sortie de l'électrificateur ou entre deux conducteurs de la clôture, en intégrant sur le temps un courant généré à partir de la tension appliquée entre les bornes d'entrée, courant qui est proportionnel à une fonction approximant le carré de la tension d'entrée.
  • Suivant une première variante de réalisation de l'invention l'approximation de la fonction "carré de la tension" est obtenue en recueillant un courant 1(t) # K V2(t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances Rn et des éléments écrêteurs Zn, conducteurs au-dessus d'une tension Vn, reliés en série avec les résistances Rn, ledit circuit étant tel que :
    • - chaque branche Rn, Zn est connectée en parallèle,
    • - les valeurs des résistances Rn et des éléments Zn ont des valeurs étagées suivant les formules :
      Figure imgb0002
      Figure imgb0003
      Figure imgb0004
      Figure imgb0005
      Figure imgb0006
      le courant 1(t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments qui coupent la parabole :
      Figure imgb0007
      aux points d'abscisses :
      Figure imgb0008
      Figure imgb0009
      Figure imgb0010
      Figure imgb0011
      Figure imgb0012
      Figure imgb0013
  • Suivant une seconde variante de réalisation, l'approximation de la fonction "carré de la tension" peut être obtenue en recueillant un courant I(t) # K V2(t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances Rn et des éléments écrêteurs Zn, conducteurs au-dessus d'une tension Vn, reliés en série avec les résistances Rn, ledit circuit étant tel que :
    • - chaque branche Rn, Zn est connectée de manière que les résistances Rn aient un point commun alors que chaque élément Zn a le point, non commun à la résistance Rn, relié au point commun à la résistance Rn-1 et Zn-1,
    • - les valeurs des résistances Rn et des éléments Zn ont des valeurs étagées suivant les formules :
  • La lecture de l'énergie de l'impulsion se fait en reliant le condensateur à un dispositif afficheur, numérique ou à aiguille, qui indique la valeur de crête du voltage du condensateur CI atteinte à la fin du ou des processus d'intégration.
  • On comprendra mieux les divers aspects de l'invention par la lecture de la description qui va suivre en regard du dessin sur lequel :
    • - la Figure 1 représente un schéma global d'une réalisation possible du dispositif faisant l'objet de l'invention,
    • - la figure 2 représente une réalisation possible du bloc électrique Q1 qui génère un courant I(t) proportionnel au carré de V(t),
    • - la figure 3 est une représentation de la courbe G(V) de la valeur du courant généré par le dispositif de la figure 2,
    • - la figure 4 représente une variante de réalisation du montage de la figure 2,
    • - la figure 5 représente un circuit intégrateur.
  • Sur la figure 1, une charge Re est reliée entre les deux bornes d'entrée du contrôleur. Cette charge peut être choisie proche de 1000 ohms, valeur qui représente assez bien l'impédance du corps et des contacts pour un animal touchant le fil. R2 et R3 forment un pont diviseur, R2 ayant des valeurs suffisantes pour ne pas modifier la charge Re de manière appréciable. Dans le cas où R3 a une valeur beaucoup plus petite que Re, on peut supprimer R2 et relier R3 en série avec Rc.
  • R2 et R3 forment un pont diviseur afin de travailler sous des tensions, aux bornes de R3, beaucoup moins élevées que la tension d'entrée V(t) qui peut atteindre 10.000 volts.
  • Un pont de diodes D1, D2, D3, D4 permet de redresser les oscillations du signal d'entrée. Aux bornes A et B de ce pont de diodes est branché un système électrique composé des 4 blocs Qi, Q2, Q3, Q4. Ces 4 blocs permettent l'analyse du signal, son affichage, et la remise à zéro du système.
  • Q1 est un dispositif qui transforme le signal V(t) en un courant électrique I(t) proportionnel au carré de V(t).
  • Q2 intègre le signal I(t) sur le temps, et stocke l'information sous forme d'une tension de charge V2 d'un condensateur CI qui est proportionnelle à :
    Figure imgb0014
  • Q3 est un dispositif qui indique, par exemple sur un afficheur numérique, la tension V2 atteinte aux bornes de C1 après la fin de chaque impulsion électrique.
  • Q4 est un dispositif qui permet de décharger complètement C1 après que la lecture de sa tension de crête ait été faite. Q4 peut être conçu, en utilisant les moyens bien connus de l'électronique, pour décharger le condensateur C1 automatiquement un certain temps après chaque impulsion lorsque la lecture de V2 a été faite. Q4 peut également être conçu pour ne décharger automatiquement CI qu'après un nombre prédéterminé d'impulsions afin que le signal puisse être cumulé sur plusieurs impulsions. Enfin Q4 peut être un dispositif manuel du genre "bouton-poussoir" sur lequel l'utilisateur appuie afin de décharger C1, après un nombre d'impulsions suffisant pour assurer une lecture fiable de l'affichage, dans le cas où l'énergie résiduelle à l'endroit de la mesure est petite.
  • Une réalisation possible du bloc électrique Q1 est visible à la figure 2 sur laquelle Z1, Z2 ... Zn sont des éléments écrêteurs tels que des diodes zener ou des résistances variables avec la tension. Les éléments Zn sont rangés suivant l'ordre croissant des valeurs Vn de leurs tensions de seuil, de la gauche vers la droite. La première valeur Vo de l'élément Zo est prise, dans cet exemple égale à zéro, Zo, qui est en fait un court-circuit, n'est pas représenté.
  • Le dispositif tel que représenté sur la figure 2 permet, lorsqu'on choisit judicieusement les valeurs Vk des seuils de tensions des diodes zener, et les résistances Rk associées, d'obtenir un courant I(t) qui est une fonction croissante G(V) représentée à la figure 3, composée de segments de droites dont chacun est une sécante ("corde") d'une courbe F(V) en des points recherchés.
  • En se reportant aux figures 2 et 3, on voit que si :
    Figure imgb0015
    et
    Figure imgb0016
    on a pour V compris entre Vk et Vk++ :
    Figure imgb0017
  • Si l'on veut que I(Vk+1) = F(Vk+1), on obtient la valeur à choisir pour Rk en reportant V = Vk+1 dans la fonction I(V) ci-dessus et en écrivant que I(Vk+1) = F(Vk+1)
  • Dans le cas d'une fonction F(V) parabolique, les fonctions récurrentes ci-dessous donnent Rn en fonction de Vn:
    • Si l'on choisit d'utiliser des éléments écrêteurs identiques, de même valeur de tension seuil, il faut alors utiliser des résistances de mêmevaleur, sauf la première résistance Ro qui doit avoir une valeurohmique double des résistances R1, R2, ... Rn.
  • La figure 5 représente un circuit intégrateur bien connu, composé d'une résistance de charge R1 et d'un condensateur C1. Ce circuit permet d'obtenir l'intégration du courant I(t) avec une très bonne approximation dans la mesure où la constante de temps R1 C1 est bien inférieure à la durée de chaque impulsion.

Claims (11)

1 - Dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique, caractérisé en ce qu'il mesure l'énergie de chaque impulsion apparaissant en sortie de l'électrificateur ou entre deux conducteurs de la clôture, en intégrant sur le temps un courant généré à partir de la tension appliquée entre les bornes d'entrée, courant qui est proportionnel à une fonction approximant le carré de la tension d'entrée.
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'approximation de la fonction "carré de la tension" est obtenue en recueillant un courant I(t) # K V2(t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances Rn et des éléments écrêteurs Zn, conducteurs au dessus d'une tension Vn, reliés en série avec les résistances Rn, ledit circuit étant tel que :
- chaque branche Rn, Zn est connectée en parallèle,
- les valeurs des résistances Rn et des éléments Zn ont des valeurs étagées suivant les formules :
Figure imgb0018
Figure imgb0019
Figure imgb0020
Figure imgb0021
Figure imgb0022
le courant I(t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments, ou "cordes", qui coupent la narabole
Figure imgb0023
aux points d'abscisses
Figure imgb0024
Figure imgb0025
Figure imgb0026
Figure imgb0027
Figure imgb0028
Figure imgb0029
4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les éléments écrêteurs Zn sont des diodes zener ou des résistances variables avec la tension.
5 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les valeurs Vn sont les valeurs d'une suite arithmétique de premier élément 0 et d'argument Vo, les valeurs des résistances Rn étant alors égales, sauf Ro qui a une valeur double de R1 = R2 = R3 = ... = Rn.
6 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les valeurs de Vn sont toutes identiques, à l'exception de Vo qui a une valeur nulle, les valeurs des résistances Rn étant alors égales, sauf Ro qui a une valeur double de R1 = R2 = R3 = ... = Rn.
7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une charge électrique Re simulant l'impédance d'un animal touchant les fils est connectée entre les deux bornes d'entrée du contrôleur, la valeur ohmique de Re étant beaucoup plus petite que les valeurs ohmiques des résistances Rn du circuit d'analyse et de mesure.
8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'intégrale du courant I(t) proportionnel au carré de la tension est obtenue par la charge d'un condensateur Ci à travers une résistance Ri tel que la constante de temps RixCi soit beaucoup plus grande que la durée de l'impulsion d'entrée.
9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le condensateur Ci est déchargé par un dispositif de remise à zéro automatique, un certain temps après l'impulsion, après que la tension de crête atteinte ait été relevée mais avant qu'apparaisse l'impulsion suivante.
10 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le condensateur Ci n'est déchargé par un dispositif de remise à zéro automatique qu'après un nombre déterminé d'impulsions.
11 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le condensateur Ci est déchargé par un commutateur à fonctionnement manuel.
12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le condensateur est relié à un dispositif afficheur, numérique ou à aiguille, qui indique la valeur de crête du voltage du condensateur Ci atteinte à la fin du ou des processus d'intégration.
EP91401012A 1990-04-25 1991-04-17 Dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique Expired - Lifetime EP0454542B1 (fr)

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