EP1529269A2 - Dispositif de detection de la chute d un corps dans une pisc ine - Google Patents

Dispositif de detection de la chute d un corps dans une pisc ine

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EP1529269A2
EP1529269A2 EP03755639A EP03755639A EP1529269A2 EP 1529269 A2 EP1529269 A2 EP 1529269A2 EP 03755639 A EP03755639 A EP 03755639A EP 03755639 A EP03755639 A EP 03755639A EP 1529269 A2 EP1529269 A2 EP 1529269A2
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EP
European Patent Office
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comparator
counter
microprocessor
signal
Prior art date
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EP03755639A
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German (de)
English (en)
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EP1529269B1 (fr
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François PHILIPPE
Philippe Montaron
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F and F International Sarl
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F and F International Sarl
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/08—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to the presence of persons in a body of water, e.g. a swimming pool; responsive to an abnormal condition of a body of water
    • G08B21/084—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to the presence of persons in a body of water, e.g. a swimming pool; responsive to an abnormal condition of a body of water by monitoring physical movement characteristics of the water
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/20—Calibration, including self-calibrating arrangements
    • G08B29/24—Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components

Definitions

  • the present invention relates to the detection of shocks in the aquatic environment and relates in particular to a device for detecting the fall of a body such as the fall of a child in a swimming pool.
  • a device for detecting the fall of a body in a swimming pool, in particular the fall of a young child, has been described in patent application 2,763,684.
  • Such a device includes a means for converting the captured aquatic waves. by a means for capturing an electrical signal and a differential detector comprising a comparison means for comparing the value of a sensitivity threshold with the value of the electrical signal and providing an alarm signal when the electrical signal results from the conversion of a gravity wave generated by a body falling into the pool.
  • the differential detector used in such a device has a sensitivity threshold permanently adjusted to its optimum value by the electrical signal generated by the collection means, which is a function of the disturbances created on the surface of the pool by atmospheric disturbances such as the bad weather or a disturbance caused by the regeneration of the pool water.
  • a differential detector is described in PCT patent application WO 01/088870. It includes self-regulation means mainly consisting of an analog-digital converter whose input is connected to the output of an amplifier whose input is connected to the output of the capture of aquatic waves to output a digital signal depending on the disturbance.
  • a programmed microprocessor provides, in response to the detection of the digital signal supplied by the converter, a digital signal at the input "-" of the comparator whose pulses have a variable width which increases according to the duration and the importance of the disturbance so as to automatically increase the triggering threshold of the alarm device and therefore decrease its sensitivity when the acoustic sensor detects an atmospheric disturbance such as wind or a disturbance due to the swimming pool water regeneration system.
  • Such a device works perfectly when the disturbance detected at the input passes to its optimal phase in a regular manner. Unfortunately, when the system of pool filtration starts (abruptly most of the time), or when the atmospheric disturbance is triggered suddenly, the device does not have time to increase its sensitivity threshold before the alarm system triggers unexpectedly.
  • a device for detecting the fall of a child in a swimming pool must be entirely reliable, that is to say that it must detect this fall with certainty. It is therefore necessary that such a device unequivocally recognize, that is to say with a reliability equal to 100%, the "signature" caused by the fall of a child in the pool.
  • the object of the invention is to provide a device for detecting the fall of a child in a swimming pool which can recognize this fall without any ambiguity while continuously proceeding to its self-regulation of so as to avoid any untimely triggering.
  • the object of the invention is therefore a device intended to provide an alarm signal during the detection of a gravitational wave generated by the fall of a body in a swimming pool comprising a means of capturing aquatic waves placed under the surface of the swimming pool water, a means of converting the aquatic waves picked up by the pickup means into an analog electrical signal, and a differential detector comprising comparison means for comparing the sensitivity threshold value of the differential detector with the value of the analog electrical signal and provide the alarm signal when the analog electrical signal exceeds the sensitivity threshold value.
  • the differential detector comprises means for self 1 consisting mainly of an analog to digital converter receiving as input the analog electric signal previously amplified and providing a digital signal as an output when a disturbance occurs in the water, a comparator whose "+” input receives the previously amplified analog electric signal and a microprocessor programmed to supply, in response to the detection of the digital signal supplied by the converter, a digital signal at the input "-" of the comparator, the output pulses of which have a variable width which increases as a function of the duration and of the size of the disturbance so as to automatically increase the triggering threshold an alarm means and therefore reduce the sensitivity of the device when the capture means detects an atmospheric disturbance such as wind.
  • the device is characterized in that the microprocessor triggers the alarm means when the width of the comparator output pulses is greater than a predetermined critical reference and the frequency F of the analog electrical signal is between two predetermined values FI and F2.
  • FIG. 1 is a block diagram of a device for detecting a fall of a body in a swimming pool according to the invention
  • Figure 2 is a block diagram of a device according to the invention showing all the components of the detector differential
  • FIG. 3 is a representation of the diagrams as a function of time of the input and output signals of the first comparator used in the device according to the invention
  • FIG. 4 is a representation of the diagrams as a function of time of the input and output signals of the second comparator used in the device according to the invention
  • FIG. 5 is a flowchart of the self-regulation method used in the device according to the invention.
  • FIG. 6 is a flow diagram of the self-calibration phase used in the device according to the invention.
  • Figure 7 represents the diagram of the amplitude as a function of time of the aquatic waves caused by the fall of a child in a swimming pool
  • Figure 8 represents the diagram of the frequency of the aquatic waves caused by the fall of a child in a swimming pool depending on the distance between the impact and the detector.
  • the device comprises a bent pipe 10 whose vertical part plunges into the water so that the inlet of the tube is a few centimeters below the surface pool water.
  • the tube is connected at its outer end to a chamber 12 in which there is a microphone 13 connected to a differential detector 14.
  • the latter is connected to an alarm means 16 such as a buzzer or a siren or any other device for signaling by means of a switch 18 making it possible to disconnect the alarm means when the swimming pool is monitored.
  • the water level inside the tube 10 is normally stable. However, any modification of this level causes a variation in air pressure in the tube and in the chamber 12 and thus gives rise to an emission of acoustic waves which are converted by the microphone 13 into an electrical signal.
  • the gravitational wave generated by the fall of a body (such as a young child) in the pool water propagates essentially below the surface of the water. Even if it is visually hardly perceptible on the surface, it causes an abrupt variation in the level inside the immersed tube by vertical pushing upwards. A few millimeters of sudden change in this level are then interpreted by the differential detector as a signal triggering the alarm.
  • the part outside the water is preferably a sealed plastic casing containing a battery for supplying the detector, this battery being able to be maintained in charge by a solar collector serving as cover to housing.
  • the device according to the invention mainly consists of the differential detector which is illustrated in FIG. 2.
  • the signals coming from the microphone 13 are transmitted from a part at the "+” input of a constant gain amplifier means 20 and on the other hand at the "+” input of an adjustable gain amplifier means 22 via a resistor 24 connected to a 0.8 volt voltage.
  • the amplifier means 20 is mainly composed of an operational amplifier 26 comprising between its input "-” and its output a resistor (with a value of 3.3M ⁇ ) and a capacitor (with a value of InF) serving as a counter -reaction to limit the gain.
  • the input "-" is connected to ground by through an electrolytic capacitor 28 preventing the amplification of the resting tension.
  • the amplifier means 22 is mainly composed of an operational amplifier 30 comprising between its input “-” and its output a resistor (with a value of 4.7M ⁇ ) and a capacitor (with a value of InF) serving as a counter reaction to limit gain.
  • the input "-" is connected to ground via an electrolytic capacitor 32 preventing the amplification of the quiescent voltage and a potentiometer 34 from 210 to 10,000 whose adjustment is made according to the local in which the alarm device is installed, the necessary gain of the amplifying means being all the lower the said room is acoustically sealed.
  • the output of the amplifier means 20 (signal 51) is connected to the input "+" of a comparator 36 which has the function of transforming the analog signal supplied by the amplifier means 20 into a binary signal whose width is a function of l importance of the disturbance and which is transmitted to the microprocessor 38 in order to self-regulate the alarm device.
  • the output of the amplifier means 22 is connected to the input "+" of a comparator 44 which transforms the analog signal supplied by the amplifier means 22 into a binary signal (signal S4) which is transmitted to the microprocessor 38.
  • the microprocessor 38 When a signal corresponding to the fall of a child in the pool is recognized by the microprocessor 38, the latter transmits a signal to the alarm means 16 which could be a radio transmitter transmitting the alarm signal to an alarm center.
  • the microprocessor 38 is programmed to transmit a signal on its output 42 when it detects a digital signal of value 1 on its input 40 coming from the comparator 36. This signal is formed by negative pulses of variable width depending on the number and the width of the pulses of value 1 detected on the input 40.
  • the negative pulses transmitted on line 42 more or less charge the capacitor 46 (of value l ⁇ F) through the resistor 48 (of value 4.7 M ⁇ ), which provides a voltage whose value depends on the width of the pulses supplied on line 42.
  • the duration during which the microprocessor 38 reacts to the presence of the atmospheric disturbance by transmitting negative pulses more and more wide to integrator 46-48 may be limited to a maximum value such as 10 or 20s.
  • the device comprises a time counter R 50 used by the microprocessor during the self-regulation process and a time counter C 52 used by the microprocessor during a self-monitoring phase. device calibration performed periodically.
  • an analyzer 54 of the frequency F of the signal received by the device which is used by the microprocessor to activate the triggering of the alarm.
  • the input of the amplifier 36 acts as a threshold allowing the obtaining of a pulse S2 of width TS2 illustrated in the second diagram of FIG. 3.
  • this pulse is only taken into account by the microprocessor 38 if its width exceeds a first minimum reference REF1 so as to decrease the maximum sensitivity, this by so as to avoid triggering the device without reason due to errors linked to manufacturing constraints and thermal differences.
  • the signal at the output of amplifier 30 is the sinusoidal signal shown in the first diagram of Figure 4, it is subject to two thresholds corresponding to two values of the signal S3 at the terminal of the capacitor 32 which make it possible to obtain the pulses illustrated respectively in the second and the third diagrams of FIG. 4.
  • the first threshold is a threshold making it possible to obtain a value REF3 below of which the pulse width TS4 obtained at the output of the comparator 44 is not taken into account.
  • the second threshold makes it possible to obtain a reference REF of pulse width above which an analysis of the frequency l / T of the waves received by the device is carried out and the alarm is triggered if this frequency is between two values predetermined as we will see later.
  • the self-regulation method according to the invention is illustrated in FIG. 5.
  • the microprocessor checks whether the count C has finished its decrementation to 0 (or its incrementation to a value maximum), in which case its logical value is equal to 1
  • step 60 If this is the case, the self-calibration phase (B) is initialized after the counter C has been reset to zero (i.e. it starts to decrement or to increment), the incrementation of a variable N to N + 7, N being the charging time of the capacitor 46 by the microprocessor and the resetting of an OK variable which will be set to 1 when the auto-calibration has taken place (step 61). Otherwise, the microprocessor checks whether the counter R has completed its decrementation to 0 (or its incrementation to a maximum value) in which case its logic value is at 1 (step 62).
  • a variable NS defining the level of sensitivity of the device is decremented by 1 and the counter R is activated again (its logical value is at 0) (step 64). Decrementing 1 corresponds to an increase in the sensitivity of the device. Note that the sensitivity level NS could range from 0 (maximum sensitivity) to 40 (minimum sensitivity). Also note that NS decrement corresponds to a decrease of the threshold 1 of signal S4 (see Figure 4).
  • the microprocessor determines whether the signal S4 is equal to 0 (step 66). If this is the case, the microprocessor determines whether the signal S2 is also equal to 0 (step 66). If this is the case, the process is looped back to its starting point without resetting the counter R to zero. If the value of S2 is not equal to 0, the microprocessor determines whether the width TS2 of the pulse S2 (see FIG. 3) is less than REF1 (step 70). If this is the case, the method is looped back to its starting point after resetting the counters R and C (step 72).
  • the microprocessor determines whether the width TS4 of the pulse S4 is between the reference values REF2 and REF (step 74). If this is not the case, the microprocessor checks whether the value TS4 is less than the lower reference REF2 (step 76) below which the disturbance signal in question is not considered to be significant. If this is the case, no action is taken and the process is looped back to its starting point after resetting the R and C counters
  • step 72 When the value of TS4 is not less than REF2, i.e. it is greater than REF, this means that the signal received by the device can be caused by the fall of a body as explained below .
  • the microprocessor checks whether the frequency F of the received signal is between two limit values FI and F2 (step 78). If this is the case, it means that the signal results from the fall of a child's body in the pool as explained below and the alarm is triggered (step 80).
  • the value NS of the sensitivity is incremented by 2 (step 82).
  • Such an incrementation makes it possible to raise the sensitivity threshold although it may have been reduced by one unit when the counter R has already reached 0 or its maximum capacity (step 64). After this incrementation, the process is looped back to its starting point after the counters R and C have been reset (step 72). The purpose of resetting the counter R after each incrementation of NS is to prevent the increase in the sensitivity of the device from being too rapid.
  • the triggering of the alarm is subject to the detection of a determined frequency of the aquatic waves received by the detector, the determination of this frequency constituting an essential characteristic of the invention. It has in fact been found that the speed of propagation of the aquatic waves on the surface of the water, and therefore their frequency, depends on the volume of water displaced and therefore on the volume and the weight of the body falling into the water as well as the height of the fall. Since this height is almost constant for a child, ie 10 to 20 cm above the surface of the water, it will not be taken into account.
  • the frequency of the aquatic waves is a direct function of the ratio between the weight and the volume of the falling body, that is to say its density.
  • the fall of a stone with a density equal to 3 produces aquatic waves with a frequency of about 0.6 Hz while the fall of a balloon with a density of 0.3 produces waves of a frequency d 'around 2Hz.
  • the frequency of the waves Water is between 0,8Hz and 1.2Hz depending on the distance between the impact point and the detector.
  • the train of aquatic waves (4 waves in general) received by the detector is represented on the diagram of figure 7.
  • the first wave (or aquatic wave) arrives at the detector after approximately 6s and the three other waves of the wave train arrive at intervals Ti, T 2 and T 3 which decrease, the average being approximately 1.12s, or an average frequency of about 0.9Hz.
  • the frequency of the waves detected by the detector is in fact a function of the distance as represented by the diagram in FIG. 8. The greater this distance, the greater the frequency of the waves. Thus, if the distance goes from 5m to 9m, the frequency of the aquatic waves goes from about 0.9Hz to about 1.15Hz following a logarithmic curve. Note that this distance should not be too great insofar as the greater this distance, the longer the detection delay after the fall. As a general rule, the detection time should not exceed 10s.
  • the microprocessor restarts an auto-calibration since the value of the counter C is equal to 1 (see step 60).
  • the microprocessor will have carried out the "watchdog" test (not shown) and initialized if it is the first time has auto-calibration.
  • This initialization consists in establishing a variable TX at 90 representing the time in seconds at the end of which the auto-calibration can be carried out, in zeroing the variable N representing the charging time of the capacitor 46 by the microprocessor and to zero the OK logic variable which will be reset to 1 when the auto-calibration has taken place (step 84).
  • the first step consists in checking whether the OK variable is equal to zero (step 86). If this is not the case, the program returns to the main process A (see Figure 5) self-regulation. If the OK variable is equal to 0, the microprocessor waits to reach the end of the time TX to continue its progress (step 88). At the end of the TX time, it determines whether the value of S2 is equal to 0 (step 90). If this is the case, it determines whether the value of S4 is 0 (step 92).
  • N is assigned to a constant N 0 which indicates the reference time for charging the capacitor 46 making it possible to obtain the maximum threshold at the input "-" of comparator 44, the TX time is set to 5 seconds and the variable N is incremented by 1
  • step 94 the program loops back to the TX wait step (step 88).
  • the charging time N of the capacitor is incremented every 5s and therefore the sensitivity threshold decreased, as long as an incident does not occur.
  • the microprocessor decrements the charging time N by 5s so that l 'input "-" is significantly lower than the input "+”, the constant N 0 is established at N which becomes the new reference value and the variable OK is set to 1 to indicate that the self-calibration phase is complete (step 96). Then the program is looped back to its starting point.
  • the microprocessor determines that the value of S2 is not equal to 0 signifying that there is probably a disturbance, the waiting time TX is reset to 5s and the variable N is set to the reference value N 0 ( step 98). The program is then looped back to its starting point.

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Description

Dispositif de détection de la chute d'un corps dans une piscine
Domaine technique La présente invention se rapporte à la détection des chocs dans le milieu aquatique et concerne en particulier un dispositif de détection de la chute d'un corps telle que la chute d'un enfant dans une piscine.
Etat de la technique
Beaucoup de villas disposent actuellement d'une piscine principalement dans les régions méridionales. Ces piscines ne sont généralement pas entourées de barrières de sécurité. Le risque est donc grand qu'un jeune enfant non surveillé se promenant près du bord fasse une chute dans l'eau et meurt noyé. Les morts d'enfants par chute dans une piscine représentent actuellement le quart de la mortalité infantile par accidents .
On a donc songé à installer des détecteurs d'ondes aquatiques à la surface de 1 ' eau des piscines . Un tel détecteur est activé lorsque la piscine n'est pas attentivement surveillée pour pouvoir donner l'alarme au cas un jeune enfant ferait une chute malencontreuse dans la piscine. Malheureusement, la multiplicité des causes provoquant les ondulations à la surface de l'eau et qui font réagir ce type d'appareils, rend leur emploi incertain voire inefficace du fait d'éléments parasites difficilement contrôlables, notamment les perturbations dues aux intempéries (vent, pluie) qui provoquent le déclenchement de l'alarme de façon intempestive.
Un dispositif de détection de la chute d'un corps dans une piscine, notamment la chute d'un jeune enfant, a été décrit dans la demande de brevet 2.763.684. Un tel dispositif comprend un moyen de conversion des ondes aquatiques captées par un moyen de captage en un signal électrique et un détecteur différentiel comprenant un moyen de comparaison pour comparer la valeur d'un seuil de sensibilité à la valeur du signal électrique et fournir un signal d'alarme lorsque le signal électrique résulte de la conversion d'une onde gravitationnelle générée par la chute d'un corps dans la piscine.
Le détecteur différentiel utilisé dans un tel dispositif comporte un seuil de sensibilité réglé en permanence à sa valeur optimale par le signal électrique généré par le moyen de captage, qui est fonction des perturbations crées à la surface de la piscine par les perturbations atmosphériques telles que les intempéries ou d'une perturbation occasionnée par la régénération de l'eau de la piscine. Un tel détecteur différentiel est décrit dans la demande de brevet PCT WO 01/088870. Il comprend des moyens d' autorégulation constitués principalement d'un convertisseur analogique-numérique dont l'entrée est connectée à la sortie d'un amplificateur dont l'entrée est connectée à la sortie du captage des ondes aquatiques pour fournir en sortie un signal numérique en fonction de la perturbation. Un microprocesseur programmé fournit, en réponse à la détection du signal numérique fourni par le convertisseur, un signal numérique à l'entrée "-" du comparateur dont les impulsions ont une largeur variable qui croît en fonction de la durée et de l'importance de la perturbation de façon à augmenter automatiquement le seuil de déclenchement du dispositif d'alarme et donc diminuer sa sensibilité lorsque le capteur acoustique détecte une perturbation atmosphérique telle que du vent ou une perturbation due au système de régénération de l'eau de la piscine.
Un tel dispositif fonctionne parfaitement lorsque la perturbation détectée à l'entrée passe à sa phase optimale d'une manière régulière. Malheureusement, lorsque le système de filtration de la piscine se met en route (brusquement la plupart du temps) , ou lorsque la perturbation atmosphérique se déclenche de façon brutale, le dispositif n'a pas le temps d'augmenter son seuil de sensibilité avant que le système d'alarme ne se déclenche de façon intempestive.
En outre, un dispositif de détection de la chute d'un enfant dans une piscine doit être entièrement fiable, c'est à dire qu'il doit détecter cette chute de façon certaine. Il est donc nécessaire qu'un tel dispositif reconnaisse de façon non équivoque, c'est à dire avec une fiabilité égale à 100%, la « signature » provoquée par la chute d'un enfant dans la piscine.
Exposé de l'invention C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un dispositif de détection de la chute d'un enfant dans une piscine qui puisse reconnaître cette chute sans aucune équivoque tout en procédant continuellement à son auto- régulation de façon à éviter tout déclenchement intempestif. L'objet de l'invention est donc un dispositif destiné à fournir un signal d'alarme lors de la détection d'une onde gravitationnelle générée par la chute d'un corps dans une piscine comprenant un moyen de captage des ondes aquatiques placé sous la surface de l'eau de la piscine, un moyen de conversion des ondes aquatiques captées par le moyen de captage en un signal électrique analogique, et un détecteur différentiel comportant des moyens de comparaison pour comparer la valeur de seuil de sensibilité du détecteur différentiel à la valeur du signal électrique analogique et fournir le signal d'alarme lorsque le signal électrique analogique dépasse la valeur de seuil de sensibilité. Le détecteur différentiel comprend des moyens d1 autorégulation constitués principalement d'un convertisseur analogique- numérique recevant en entrée le signal électrique analogique préalablement amplifié et fournissant en sortie un signal numérique lorsque se produit une perturbation dans l'eau, un comparateur dont l'entrée "+" reçoit le signal électrique analogique préalablement amplifié et un microprocesseur programmé pour fournir, en réponse à la détection du signal numérique fourni par le convertisseur, un signal numérique à l'entrée "-" du comparateur dont les impulsions de sortie ont une largeur variable qui croît en fonction de la durée et de 1 ' importance de la perturbation de façon à augmenter automatiquement le seuil de déclenchement d'un moyen d'alarme et donc diminuer la sensibilité du dispositif lorsque le moyen de captage détecte une perturbation atmosphérique telle que du vent. Le dispositif est caractérisé en ce que le microprocesseur déclenche le moyen d'alarme lorsque la largeur des impulsions de sortie du comparateur est plus grande qu'une référence critique prédéterminée et que la fréquence F du signal électrique analogique est comprise entre deux valeurs prédéterminées FI et F2.
Description brève des figures
Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels,
- la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de détection de chute d'un corps dans une piscine selon 1' invention, la figure 2 est un bloc-diagramme d'un dispositif selon l'invention montrant tous les composants du détecteur di férentiel, - la figure 3 est une représentation des diagrammes en fonction du temps des signaux d'entrée et de sortie du premier comparateur utilisé dans le dispositif selon l'invention, - la figure 4 est une représentation des diagrammes en fonction du temps des signaux d'entrée et de sortie du deuxième comparateur utilisé dans le dispositif selon l'invention,
- la figure 5 est un organigramme du procédé d' utorégulation utilisé dans le dispositif selon l'invention,
- la figure 6 est un organigramme de la phase d'auto- calibration utilisée dans le dispositif selon l'invention,
- la figure 7 représente le diagramme de l'amplitude en fonction du temps des ondes aquatiques provoquées par la chute d'un enfant dans une piscine, et la figure 8 représente le diagramme de la fréquence des ondes aquatiques provoquées par la chute d'un enfant dans une piscine en fonction de la distance entre 1 ' impact et le détecteur.
Description détaillée de l'invention
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention illustré sur la figure 1, le dispositif comprend un tuyau coudé 10 dont la partie verticale plonge dans l'eau de manière à ce que l'entrée du tube se trouve à quelques centimètres sous la surface de l'eau de la piscine. Le tube est relié à son extrémité extérieure à une chambre 12 dans laquelle se trouve un microphone 13 connecté à un détecteur différentiel 14. Ce dernier est relié à un moyen d'alarme 16 tel qu'un buzzer ou une sirène ou tout autre dispositif de signalisation par l'intermédiaire d'un interrupteur 18 permettant de déconnecter le moyen d'alarme lorsque la piscine est surveillée.
Le niveau de l'eau à l'intérieur du tube 10 est normalement stable. Mais toute modification de ce niveau provoque une variation de pression de l'air dans le tube et dans la chambre 12 et donne ainsi naissance à une émission d'ondes acoustiques qui sont converties par le microphone 13 en un signal électrique. L'onde gravitationnelle que génère la chute d'un corps (tel qu'un jeune enfant) dans l'eau de la piscine se propage essentiellement sous la surface de l'eau. Même si elle est visuellement peu perceptible à la surface, elle provoque une variation brusque du niveau à 1 ' intérieur du tube immergé par poussée verticale vers le haut. Quelques millimètres de variation brusque de ce niveau sont alors interprétés par le détecteur différentiel comme un signal déclenchant l'alarme.
Par contre, les éventuelles turbulences créées en surface par les intempéries ainsi que le courant horizontal occasionné par la régénération de l'eau causent des variations du niveau à l'intérieur du tube immergé. Ces variations sont captées par le détecteur différentiel mais leur faible amplitude active le mécanisme d' autorégulation empêchant un déclenchement intempestif de l'alarme.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, la partie hors de 1 ' eau est de préférence un boîtier étanche en matière plastique contenant une batterie pour l'alimentation du détecteur, cette batterie pouvant être maintenue en charge par un capteur solaire servant de couvercle au boîtier.
Outre le microphone 13 chargé de capter les signaux acoustiques et le moyen d'alarme 16, le dispositif selon l'invention est principalement constitué du détecteur différentiel qui est illustré sur la figure 2. Les signaux en provenance du microphone 13 sont transmis d'une part à l'entrée "+" d'un moyen amplificateur à gain constant 20 et d'autre part à l'entrée "+" d'un moyen amplificateur à gain réglable 22 par l'intermédiaire d'une résistance 24 connectée à une tension de 0,8 volt. Le moyen ampli icateur 20 est composé principalement d'un amplificateur opérationnel 26 comportant entre son entrée "-" et sa sortie une résistance (d'une valeur de 3,3MΩ) et un condensateur (d'une valeur de InF) servant de contre-réaction pour limiter le gain. L'entrée "-" est reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur électrolytique 28 empêchant l'amplification de la tension de repos.
Le moyen amplificateur 22 est composé principalement d'un amplificateur opérationnel 30 comportant entre son entrée "-" et sa sortie une résistance (d'une valeur de 4,7MΩ) et un condensateur (d'une valeur de InF) servant de contre-réaction pour limiter le gain. L'entrée "-" est connectée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur électrolytique 32 empêchant l'amplification de la tension de repos et d'un potentiomètre 34 de 210 à 10 000 dont le réglage se fait en fonction du local dans lequel est installé le dispositif d'alarme, le gain nécessaire du moyen amplificateur étant d'autant moins élevé que ledit local est étanche sur le plan acoustique.
La sortie du moyen amplificateur 20 (signal 51) est connectée à l'entrée "+" d'un comparateur 36 qui a pour fonction de transformer le signal analogique fourni par le moyen amplificateur 20 en un signal binaire dont la largeur est fonction de l'importance de la perturbation et qui est transmis au microprocesseur 38 dans le but d' autoréguler le dispositif d'alarme.
En fait, lorsque se produit une perturbation atmosphérique telle que du vent, cette perturbation induit un signal modulé à la sortie du moyen amplificateur 20, un tel signal ayant généralement une fréquence basse comprise entre 10 et 20Hz. Ce signal fourni à l'entrée "+" du comparateur 36 entraîne un signal de sortie numérique (signal S2) à la sortie 40 dudit comparateur et donc à l'entrée du microprocesseur 38. Ce dernier détectant une valeur 1 à la sortie 40 du comparateur 36 transmet alors, après une temporisation donnée, des impulsions numériques sur la ligne de sortie 42 qui ont pour but de diminuer la sensibilité du dispositif de manière à ne pas déclencher l'alarme de façon intempestive en cas de coup de vent comme on le verra par la suite. La sortie du moyen amplificateur 22 est connectée à l'entrée "+" d'un comparateur 44 qui transforme le signal analogique fourni par le moyen amplificateur 22 en un signal binaire (signal S4) qui est transmis au microprocesseur 38. Lorsqu'un signal correspondant à la chute d'un enfant dans la piscine est reconnu par le microprocesseur 38, celui-ci transmet un signal au moyen d'alarme 16 qui pourrait être un émetteur radio transmettant le signal d'alarme à une centrale d' alarme. Comme on l'a vu précédemment, le microprocesseur 38 est programmé pour transmettre un signal sur sa sortie 42 lorsqu'il détecte un signal numérique de valeur 1 sur son entrée 40 en provenance du comparateur 36. Ce signal est formé d'impulsions négatives de largeur variable dépendant du nombre et de la largeur des impulsions de valeur 1 détectées sur l'entrée 40. En effet, en supposant un échantillonnage d'une fréquence de 150Hz de cette entrée, un bit d'entrée d'une fréquence de 15Hz sera donc échantillonné environ 5 fois si le signal reçu est une sinusoïde parfaite. A chaque échantillonnage, la largeur de l'impulsion transmise sur la ligne 42 sera augmentée. De la même façon cette largeur est diminuée chaque fois que le microprocesseur détecte la valeur 0 du signal sur la ligne 40. On voit donc que plus le vent est fort, plus les impulsions transmises à la sortie du comparateur 36 sont larges et plus les impulsions négatives délivrées sur la ligne 42 sont larges également. On obtient ainsi une modulation par largeur d' impulsion.
Les impulsions négatives transmises sur la ligne 42 chargent plus ou moins le condensateur 46 (de valeur lμF) à travers la résistance 48 (de valeur 4,7 MΩ) , ce qui fournit une tension dont la valeur dépend de la largeur des impulsions fournies sur la ligne 42. Plus ces impulsions sont larges moins le condensateur 46 se charge, plus le signal de tension (S3) fourni sur l'entrée "-" du comparateur 44 est élevée et moins est grande la sensibilité du comparateur 44 à réagir au signal reçu du capteur 13 pour déclencher l'alarme 16. On doit noter que la durée pendant laquelle le microprocesseur 38 réagit à la présence de la perturbation atmosphérique en transmettant des impulsions négatives de plus en plus larges vers l'intégrateur 46-48 peut être limitée à une valeur maximale telle que 10 ou 20s.
Avec l' autorégulation du seuil de sensibilité qui vient d'être d'écrit, on voit donc que si le vent se transforme en tempête, l'alarme ne se déclenche pas du fait que le seuil de sensibilité du comparateur 34 a été augmenté automatiquement auparavant .
Comme on le verra dans la suite de la description, le dispositif comporte un compteur de temps R 50 utilisé par le microprocesseur lors du procédé d' autorégulation et un compteur de temps C 52 utilisé par le microprocesseur lors d'une phase d'auto-calibration du dispositif effectué périodiquement. En outre, il existe également un analyseur 54 de la fréquence F du signal reçu par le dispositif qui est utilisé par le microprocesseur pour activer le déclenchement de l'alarme.
En supposant que le signal SI transmis par l'amplificateur 26 soit le signal sinusoïdal tel que représenté sur le premier diagramme de la figure 3, l'entrée de l'amplificateur 36 agit comme un seuil permettant l'obtention d'une impulsion S2 de largeur TS2 illustrée sur le deuxième diagramme de la figure 3. Comme on va le voir, cette impulsion n'est prise en compte par le microprocesseur 38 que si sa largeur dépasse une première référence minimale REF1 de manière à diminuer la sensibilité maximale, ceci de façon à éviter un déclenchement sans raison du dispositif dû aux erreurs liées aux contraintes de fabrication et aux écarts thermiques.
En supposant que le signal à la sortie de l'amplificateur 30 soit le signal sinusoïdal représenté sur le premier diagramme de la figure 4, il est soumis à deux seuils correspondant à deux valeurs du signal S3 à la borne du condensateur 32 qui permettent d'obtenir les impulsions illustrées respectivement sur le deuxième et le troisième diagrammes de la figure 4. Le premier seuil est un seuil permettant d'obtenir une valeur REF3 au-dessous de laquelle la largeur d' impulsion TS4 obtenue à la sortie du comparateur 44 n'est pas prise en compte. Le deuxième seuil permet d'obtenir une référence REF de largeur d'impulsion au-dessus de laquelle une analyse de la fréquence l/T des ondes reçues par le dispositif est effectuée et l'alarme est déclenchée si cette fréquence est comprise entre deux valeurs prédéterminées comme on le verra par la suite.
Le procédé d' autorégulation selon l'invention est illustré sur la figure 5. Tout d'abord, au début du procédé, le microprocesseur vérifie si le compter C a terminé sa décrémentation jusqu'à 0 (ou son incrémentation jusqu'à une valeur maximale) , auquel cas sa valeur logique est égale à 1
(étape 60) . Si c'est le cas, la phase d'auto-calibration (B) est initialisée après la remise à zéro du compteur C (c'est à dire qu'il se remet à décrémenter ou à incrémenter) , l'incrémentation d'une variable N à N+7, N étant le temps de charge du condensateur 46 par le microprocesseur et la remise à zéro d'une variable OK qui sera mise à 1 lorsque l'auto- calibration aura eu lieu (étape 61) . Sinon, le microprocesseur vérifie si le compteur R a terminé sa décrémentation jusqu'à 0 (ou son incrémentation jusqu'à une valeur maximale) auquel cas sa valeur logique est à 1 (étape 62) .
Si le compteur R a déjà atteint sa valeur optimale (sa valeur logique est 1) , une variable NS définissant le niveau de sensibilité du dispositif est décrémentée de 1 et le compteur R est activé à nouveau (sa valeur logique est à 0) (étape 64) . La décrémentation de 1 correspond à une augmentation de la sensibilité du dispositif. A noter que le niveau de sensibilité NS pourrait varier de la valeur 0 (sensibilité maximale) à 40 (sensibilité minimale) . A noter également qu'une décrémentation de NS correspond à une diminution du seuil 1 du signal S4 (voir figure 4) .
Que la variable NS ait été décrémentée ou non après la vérification du compteur R par le microprocesseur, ce dernier détermine si le signal S4 est égal à 0 (étape 66 ) . Si c'est le cas, le microprocesseur détermine si le signal S2 est également égal à 0 (étape 66). Si c'est le cas, le procédé est rebouclé à son point de départ sans remettre le compteur R à zéro. Si la valeur de S2 n'est pas égale à 0, le microprocesseur détermine si la largeur TS2 de l'impulsion S2 (voir figure 3) est inférieure à REF1 (étape 70). Si c'est le cas, le procédé est rebouclé à son point de départ après remise à zéro des compteurs R et C (étape 72) . Lorsque la valeur de S4 est égale à zéro, le microprocesseur détermine si la largeur TS4 de l'impulsion S4 est comprise entre les valeurs de référence REF2 et REF (étape 74) . Si ce n'est pas le cas, le microprocesseur vérifie si la valeur TS4 est inférieure à la référence inférieure REF2 (étape 76) au-dessous de laquelle le signal de perturbation en cause n'est pas considéré comme étant significatif. Si c'est le cas, aucune action n'est entreprise et le procédé est rebouclé à son point de départ après la remise à zéro des compteur R et C
(étape 72) . Lorsque la valeur de TS4 n'est pas inférieure à REF2, c'est à dire qu'elle est supérieure à REF, cela signifie que le signal reçu par le dispositif peut être causé par la chute d'un corps comme expliqué ci-dessous. Le microprocesseur vérifie alors si la fréquence F du signal reçu est comprise entre deux valeurs limites FI et F2 (étape 78) . Si c'est le cas, cela signifie que le signal résulte de la chute du corps d'un enfant dans la piscine comme expliqué ci-dessous et l'alarme est déclenchée (étape 80) . Lorsque S4 est égal à zéro et que TS2 est supérieur à REF1, ou S4 est égal à zéro et que TS4 est compris entre REF2 et REF, ou S3 est égal à zéro et que TS4 est supérieur à REF alors que la fréquence des signaux reçus n'est pas comprise entre les deux valeurs prédéterminées FI et F2 , la valeur NS de la sensibilité est incrémentée de 2 (étape 82) . Une telle incrémentation permet de remonter le seuil de sensibilité bien qu'il a pu être diminué d'une unité lorsque le compteur R a déjà atteint 0 ou sa capacité maximale (étape 64) . Après cette incrémentation, le procédé est rebouclé à son point de départ après que les compteurs R et C ont été remis à zéro (étape 72) . La remise à zéro du compteur R après chaque incrémentation de NS a pour but d'éviter que l'augmentation de la sensibilité du dispositif ne soit pas trop rapide. Comme on vient de le voir, le déclenchement de l'alarme est subordonné à la détection d'une fréquence déterminée des ondes aquatiques reçues par le détecteur, la détermination de cette fréquence constituant une caractéristique essentielle de l'invention. On a en effet constaté que la vitesse de propagation des ondes aquatiques à la surface de l'eau, et donc leur fréquence, dépend du volume d'eau déplacé et donc du volume et du poids du corps tombant dans 1 ' eau ainsi que de la hauteur de la chute. Dans la mesure où pour un enfant, cette hauteur est à peu près constante, soit de 10 à 20 cm par rapport à la surface de 1 ' eau, elle ne sera pas prise en considération.
En fait, on constate que pour une hauteur de chute donnée, la fréquence des ondes aquatiques est fonction directe du rapport entre le poids et le volume du corps qui chute, c'est à dire sa densité. Ainsi, la chute d'une pierre de densité égale à 3 produit des ondes aquatiques d'une fréquence d'environ 0,6Hz alors que la chute d'un ballon ayant une densité de 0,3 produit des ondes d'une fréquence d'environ 2Hz . Pour un enfant dont la densité est aux environs de 1, la fréquence des ondes aquatiques est comprise entre 0,8Hz et 1,2Hz selon la distance entre le point d'impact et le détecteur.
Si on considère une distance de 5m entre le point de chute de l'enfant et le détecteur, le train d'ondes aquatiques (4 ondes en général) reçu par le détecteur est représenté sur le diagramme de la figure 7. On voit que la première vague (ou onde aquatique) arrive au détecteur après environ 6s et que les trois autres ondes du train d'ondes arrivent à des intervalles Ti, T2 et T3 qui vont en décroissant, la moyenne étant d'environ 1,12s, soit une fréquence moyenne d'environ 0,9Hz.
La fréquence des ondes détectées par le détecteur est en fait fonction de la distance comme représenté par le diagramme de la figure 8. Plus cette distance est importante et plus la fréquence des ondes est importante. Ainsi, si la distance passe de 5m à 9m, la fréquence des ondes aquatiques passe d'environ 0,9Hz à environ 1,15Hz en suivant une courbe de type logarithmique. A noter que cette distance ne doit pas être trop importante dans la mesure où plus cette distance est grande, plus le délai de détection après la chute est long. En règle générale, le délai de détection ne devrait pas dépasser 10s.
On vient de voir que le compteur C est remis à zéro après chaque incident, c'est à dire lorsque S2 et/ou S4 n'est pas égal à zéro. Par contre, si aucun incident n'est détecté pendant un temps déterminé, par exemple 15mn, le microprocesseur relance une auto-calibration puisque la valeur du compteur C est égale à 1 (voir étape 60) . Avant la phase proprement dite d'auto-calibration du dispositif illustré sur la figure 6, le microprocesseur aura effectué le test « chien de garde » (non montré) et procédé à l'initialisation si c'est la première fois qu'il y a auto-calibration. Cette initialisation consiste à établir une variable TX à 90 représentant le temps en secondes au bout duquel l' auto- calibration pourra être effectuée, à mettre à zéro la variable N représentant le temps de charge du condensateur 46 par le microprocesseur et à mettre à zéro la variable logique OK qui sera remise à 1 lorsque l' auto-calibration aura eu lieu (étape 84) .
Durant toute phase d'auto-calibration, la première étape consiste à vérifier si la variable OK est égale à zéro (étape 86) . Si ce n'est pas le cas, le programme revient au procédé principal A (voir figure 5) d' auto-régulation. Si la variable OK est égale à 0, le microprocesseur attend d'atteindre la fin du temps TX pour continuer son déroulement (étape 88) . A la fin du temps TX, il détermine si la valeur de S2 est égale à 0 (étape 90) . Si c'est le cas, il détermine si la valeur de S4 est égale à 0 (étape 92). Si c'est le cas également, la valeur de N est affectée à une constante N0 qui indique le temps de référence pour la charge du condensateur 46 permettant d'obtenir le seuil maximum à l'entrée "-" du comparateur 44, le temps TX est établis à 5s et la variable N est incrémentée de 1
(étape 94) . Puis, le programme reboucle sur l'étape d'attente de TX (étape 88) . On voit donc que le temps de charge N du condensateur est incrémenté tous les 5s et donc le seuil de sensibilité diminué, tant qu'un incident ne se produit pas.
Dès que la valeur de S4 passe à 1 (l'entrée S3 devient inférieure à l'entrée "+" du comparateur), signifiant qu'on a atteint la valeur limite, le microprocesseur décrémente le temps de charge N de 5s pour que l'entrée "-" soit nettement inférieure à l'entrée "+", la constante N0 est établie à N qui devient ainsi la nouvelle valeur de référence et la variable OK est mise à 1 pour indiquer que la phase d'auto-calibration est terminée (étape 96) . Puis le programme est rebouclé à son point de départ . Lorsque le microprocesseur détermine que la valeur de S2 n'est pas égale à 0 signifiant qu'il y a probablement une perturbation, le temps d'attente TX est remis à 5s et la variable N est établie à la valeur de référence N0 (étape 98) . Le programme est ensuite rebouclé à son point de départ.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif destiné à fournir un signal d'alarme lors de la détection d'une onde gravitationnelle générée par la chute d'un corps dans une piscine comprenant un moyen de captage
(10) des ondes aquatiques placé sous la surface de l'eau de la piscine, un moyen de conversion (13) des ondes aquatiques captées par ledit moyen de captage en un signal électrique analogique (SI) , et un détecteur différentiel (14) comportant des moyens de comparaison (20) pour comparer la valeur de seuil de sensibilité dudit détecteur différentiel à la valeur dudit signal électrique analogique et fournir ledit signal d'alarme lorsque ledit signal électrique analogique dépasse ladite valeur de seuil de sensibilité, ledit détecteur différentiel comprenant des moyens d' autorégulation constitués principalement d'un convertisseur analogique-numérique (36) recevant en entrée ledit signal électrique analogique préalablement amplifié et fournissant en sortie un signal numérique (S2) lorsque se produit une perturbation dans l'eau, un comparateur (44) dont l'entrée "+" reçoit ledit signal électrique analogique préalablement amplifié et un microprocesseur (38) programmé pour fournir, en réponse à la détection dudit signal numérique fourni par ledit convertisseur, un signal numérique (S3) à l'entrée "-" dudit comparateur dont les impulsions de sortie (S4) ont une largeur variable qui croît en fonction de la durée et de l'importance de ladite perturbation de façon à augmenter automatiquement le seuil de déclenchement d'un moyen d'alarme (16) et donc diminuer la sensibilité du dispositif lorsque ledit moyen de captage détecte une perturbation atmosphérique telle que du vent ; ledit dispositif étant caractérisé en ce que ledit microprocesseur déclenche ledit moyen d'alarme lorsque la largeur (TS4) des impulsions de sortie (S4) dudit comparateur est plus grande qu'une référence critique prédéterminée (REF) et que la fréquence F dudit signal électrique analogique est comprise entre deux valeurs prédéterminées FI et F2.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit microprocesseur (38) affecte un niveau de sensibilité (NS) au dispositif, ledit niveau de sensibilité étant incrémenté de 2 lorsque la fréquence F dudit signal électrique analogique n'est pas comprise entre lesdites valeurs prédéterminées FI et F2 alors que la largeur (TS4) des impulsions de sortie (S4) dudit comparateur (44) est plus grande que ladite référence critique prédéterminée (REF) .
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit niveau de sensibilité est incrémenté de 2 par ledit microprocesseur (38) lorsque la largeur (TS4) des impulsions de sortie (S4) dudit comparateur est comprise entre une deuxième référence minimale prédéterminée (REF2) et ladite référence critique prédéterminée (REF) .
4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit niveau de sensibilité est incrémenté de 2 par ledit microprocesseur (38) lorsque la valeur des impulsions de sortie (S4) dudit comparateur (44) est égale à 0 alors que la valeur du signal numérique (S2) en sortie dudit convertisseur analogique-numérique (36) n'est pas égale à 0 et que la largeur (TS2) dudit signal numérique est inférieur à une première référence minimale prédéterminée (REF1) .
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel ledit détecteur différentiel (14) comprend en outre un compteur d' autorégulation (50) qui est activé pour décrémenter à partir d'une capacité prédéterminée jusqu'à 0 ou incrémenter à partir de 0 jusqu'à ladite capacité prédéterminée lorsque la valeur des impulsions de sortie (S4) dudit comparateur (44) étant égale à 0, la valeur du signal numérique (S2) en sortie dudit convertisseur analogique-numérique (36) n'est pas égale à 0 et sa largeur (TS2) est inférieure à ladite première référence minimale (REF1) .
6. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ledit détecteur différentiel (14) comprend en outre un compteur d' autorégulation (50) qui est activé par ledit microprocesseur (38) pour décrémenter à partir d'une capacité prédéterminée jusqu'à 0 ou incrémenter à partir de 0 ladite capacité prédéterminée (compteur ≈ 0) lorsque la valeur des impulsions de sortie (S4) dudit comparateur (44) étant différent de 0, leur largeur (TS4) est inférieure à ladite deuxième référence minimale prédéterminée (REF2) .
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel ledit compteur (50) n'est pas activé pour décrémenter ou incrémenter (compteur 0) lorsque la valeur des impulsions de sortie (S4) dudit comparateur (44) est égale à 0 et la valeur du signal numérique (S2) en sortie dudit convertisseur analogique-numérique (36) est égale à 0.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel, lorsqu'il s'avère que ledit compteur d 'autorégulation (50) a fini de décrémenter ou d' incrémenter (compteur = 1), ledit niveau de sensibilité (NS) est décrémenté de 1 par ledit microprocesseur (38) et ledit compteur est de nouveau activé pour décrémenter ou incrémenter (compteur = 0) .
9. Dispositif selon l'une des revendication 1 à 8, comprenant en outre un compteur d'auto-calibration (52) qui est activé par ledit microprocesseur (38) pour décrémenter d'une capacité déterminée jusqu'à 0 ou incrémenter à partir de 0 jusqu'à ladite capacité (compteur = 0), une auto-calibration du dispositif étant effectuée lorsque ledit compteur a fini 5 de décrémenter ou d' incrémenter (compteur = 1).
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la valeur dudit signal (S3) fourni à l'entrée "-" dudit comparateur
(44) résulte de la charge d'un condensateur (46) par des 10 impulsions fournies par ledit microprocesseur (38) pendant un intervalle de temps N, 1 ' auto-calibration consistant à incrémenter de 1 la valeur de N selon une période déterminée tant que les valeurs du signal numérique (S2) en sortie dudit convertisseur analogique-numérique (36) et des 15 impulsions de sortie (S4) dudit comparateur (44) sont égales à 0.
11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel la valeur de N est décrémentée de 5 lorsque la valeur du signal
20 numérique (S2) en sortie dudit convertisseur analogique- numérique (36) est égale à 0 alors que la valeur des impulsions de sortie (S4) dudit comparateur (44) est différente de 0.
25 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel lesdites fréquences prédéterminées Fx et F2 sont respectivement égales à 0,8Hz et 1,2Hz.
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