FR2720840A1 - Procédé d'émission d'un champ électromagnétique et de grande portée, procédé de transmission et de localisation mettant en Óoeuvre ledit procédé d'émission, dispositifs mettant en Óoeuvre lesdits procédés. - Google Patents
Procédé d'émission d'un champ électromagnétique et de grande portée, procédé de transmission et de localisation mettant en Óoeuvre ledit procédé d'émission, dispositifs mettant en Óoeuvre lesdits procédés. Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention concerne un procédé d'émission d'un champ électromagnétique de forte intensité et de grande portée consistant à faire circuler un courant électrique dans un solénoïde caractérisé en ce que l'on alimente le solénoïde avec un courant continu pendant un intervalle de temps long, et en ce que l'on provoque périodiquement une interruption brusque du courant. Elle concerne également un procédé de détection d'un champ magnétique produit conformément à un tel procédé d'émission ainsi qu'un procédé de transmission d'un champ électromagnétique de forte intensité et de grande portée et l'application à un procédé de localisation d'un objet et pour déterminer son orientation dans l'espace. L'invention concerne également un émetteur et un récepteur pour la mise en œuvre desdits procédés ainsi qu'un système de localisation. Applications: Repérages hydrologiques et géologiques.
Description
PROCÉDÉ D'ÉMISSION D'UN CHAMP ÉLECTROMAGNÉTIQUE DE GRANDE
PORTÉE, PROCÉDÉ DE TRANSMISSION ET DE LOCALISATION METTANT EN
OEUVRE LEDIT PROCÉDÉ D'ÉMISSION, DISPOSITIFS METTANT EN
OEUVRE LESDITS PROCÉDÉS.
La présente invention a pour objet un procédé d'émission d'un champ électromagnétique de grande portée, procédé de localisation mettant en oeuvre ledit procédé d'émission, et des dispositifs pour la mise en oeuvre desdits procédés. Le procédé d'émission selon l'invention est plus particulièrement destiné à la transmission d'un signal électromagnétique à travers un milieu matériel dans lequel l'atténuation des ondes électromagnétiques est très forte,
par exemple dans le milieu souterrain.
Le procédé d'émission est notamment destiné à un procédé de localisation et de détermination de l'orientation
d'un objet souterrain.
On connaît dans l'état de la technique le brevet français FR2586302 décrivant un procédé pour localiser un objet et pour déterminer son orientation dans l'espace. Le procédé consiste à munir l'objet de plusieurs dipôles magnétiques et à mesurer à l'aide de dipôles directifs les composantes vectorielles du champ magnétique émis pour en déduire l'origine du champ magnétique et l'orientation du
vecteur champ.
Ce procédé est satisfaisant pour des applications aériennes, par exemple, comme indiqué dans le brevet susvisé, pour le contrôle de déplacement de navires ou de digues, ou la robotique. Par contre, il est inapplicable lorsque les conditions de transmission des ondes électromagnétiques sont mauvaises, notamment en milieu souterrain. Dans ce cas, les émetteurs devraient être dimensionnés de manière excessive pour offrir une puissance d'émission permettant la détection
d'un signal sur la station réceptrice.
Le problème des procédés et dispositifs de l'art antérieur est l'augmentation de la portée, notamment dans des
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milieux matériels o l'affaiblissement des ondes électromagnétiques est très fort en limitant l'encombrement
et la puissance d'alimentation de l'émetteur.
A cet effet, l'invention concerne tout d'abord un procédé d'émission d'un champ électromagnétique de grande portée consistant à faire circuler un courant électrique dans un solénoïde caractérisé en ce que l'on alimente le solénoïde avec un courant continu pendant un intervalle de temps long, et en ce que l'on provoque périodiquement une interruption
brusque du courant.
Avantageusement, le procédé de détection consiste à détecter le passage du courant dans un circuit comportant un solénoïde caractérisé en ce que le solénoïde est placé dans un circuit résonnant dont la fréquence propre est accordée sur la fréquence d'interruption du circuit
d'alimentation du solénoïde.
L'invention concerne également un procédé de détection d'un champ magnétique selon lequel la fréquence d'auto-oscillation du circuit récepteur est un multiple de la fréquence d'interruption du circuit d'alimentation du
solénoïde d'émission.
Avantageusement, on procède à une multiplication de la fréquence du signal apparaissant aux bornes du solénoïde de réception préalablement à l'amplification. La multiplication de la fréquence est réalisée selon des procédés connus, par exemple par modulation du signal reçu par un signal généré par un oscillation local délivrant un
signal de haute-fréquence.
L'invention concerne encore un procédé de transmission d'un champ électromagnétique de forte intensité et de grande portée consistant à faire circuler un courant électrique dans un solénoïde d'émission et de détecter le passage du courant dans un circuit comportant un solénoïde de réception,. Selon un première variante, on alimente le solénoïde avec un courant continu pendant un intervalle de temps long, et en ce que l'on provoque périodiquement une interruption brusque du courant, la périodicité des interruptions étant déterminée de manière à ce que toutes les auto-oscillations dans le solénoïde de réception, à l'exception de la première, soient annulées. Le signal délivré par le circuit de détection correspond dans ce cas à une fonction de type fonction de DIRAC, dont le traitement est aisé par des algorithmes de
traitement du signal connu.
Selon une seconde variante, on alimente le solénoïde avec un courant continu pendant un intervalle de temps long, et en ce que l'on provoque périodiquement une interruption brusque du courant, la périodicité des interruptions étant déterminée de manière à ce que toutes les auto-oscillations dans le solénoïde de réception s'ajoutent
pour former un signal quasi-sinusoïdal.
Le signal peut alors être facilement traité par des méthodes numériques ou analogiques, notamment après multiplication de la fréquence par modulation par une
fréquence intermédiaire délivrée par un oscillateur local.
L'invention concerne également un procédé de localisation d'un objet et pour déterminer son orientation dans l'espace, consistant à équiper l'objet d'au moins un dipôle magnétique constitué par un solénoïde excité par un générateur de courant à disposer au moins un ensemble de mesure comportant chacun un ensemble de solénoïdes aptes à mesurer les composantes du champ magnétique ambiant, à calculer les cordonnées de l'origine du solénoïde d'émission par rapport à l'ensemble de mesure, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter le solénoïde équipant l'objet avec un signal électrique continu périodiquement interrompu, et à détecter le passage du courant dans un circuit dans un circuit résonnant dont la fréquence propre est accordée sur la fréquence d'interruption du circuit d'alimentation du
solénoïde d'émission.
De préférence, on dispose sur le terrain une pluralité d'ensembles de mesure suivant un réseau maillé - envoyer une grande quantité de billes émettrices produisant des champs magnétiques instantanés à la fréquence égale ou multiple de celle d'auto-oscillation des solénoïdes des stations de réception, selon un codage numérique caractéristique de chaque bille ou de chaque groupe de billes, - réaliser un maillage de la région probable en disposant à la surface un réseau de stations de réception décrites ci-dessus, - disposer un moyen de calcul centralisant les signaux issus des stations de réception, identifiant les billes émettrices en fonction de leur codage numérique et
déterminant en temps réel les coordonnées de ces billes.
L'invention concerne en outre un émetteur comportant un solénoïde alimenté par un générateur de courant continu, et un moyen d'interruption périodique du courant d'alimentation du solénoïde avec un temps de rupture très court par rapport au temps d'alimentation, ainsi qu'un
récepteur comportant un solénoïde placé dans un circuit auto-
oscillant dont la fréquence est un multiple de la fréquence
d'interruption de l'alimentation du solénoïde de l'émetteur.
L'invention sera mieux décrite dans la
description qui suit, faisant référence aux dessins annexés
o: - la figure 1 représente la courbe correspondant à l'intensité du champ détecté en fonction de la distance entre le solénoïde d'émission et le solénoïde de réception; - la figure 2 représente la courbe de charge de la bobine, selon le procédé de l'invention; - la figure 3 représente la courbe courant/temps dans le solénoïde; - la figure 4 représente la courbe de l'intensité circulant dans le solénoïde;
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- la figure 5 représente le schéma de principe du circuit d'émission; - la figure 6 représente la courbe de tension aux bornes de la capacité du circuit de réception; - la figure 7 représente le schéma de principe du circuit de réception; - la figure 8 représente la courbe du signal au borne du solénoïde de détection; - les figures 9 et 10 représentent des vues respectivement de dessus et de profil de l'installation pour
la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Raipel sur la transmission d'onde de champs électromaqnétiaues. De façon connue, on crée un champ électromagnétique en faisant circuler un courant dans une bobine. L'intensité du champ créé est directement proportionnelle à l'intensité du courant qui circule dans le dipôle d'émission. A grande distance du solénoïde d'émission, on peut assimiler les effets de ce solénoïde à ceux d'un
dipôle magnétique.
En coordonnées polaires (r, 0), le champ magnétique créé par ce dipôle est donné par la formule classique: Br 2 poM cos(O) Br = ( 1) 47cr B gOM sin(O) (2) 4 ir r3 avec:
M = N S I (3),
o: - M désigne le moment magnétique du dipôle d'émission - N désigne le nombre de spires du solénoïde, S surface de ces spires, - I désigne l'intensité du courant circulant dans ces spires,
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- go désigne la perméabilité magnétique du vide.
Traversant des milieux matériels de plus ou moins forte résistivité, le champ magnétique ainsi créé subit en plus un affaiblissement exponentiel dû à l'apparition de courants de conduction dans ces milieux. Ce phénomène est
classiquement connu sous le nom d'effet de peau.
Le terme d'affaiblissement vaut e( 21p3r).
o f désigne la fréquence du signal reçu et
P résistivité du milieu de propagation.
Ce phénomène s'oppose au rayonnement du solénoïde de réception qui est une antenne d'autant plus efficace que la fréquence du signal transmis est grande. C'est ce principe de base qui conduit à la modulation des ondes radios pour
faciliter leur transmission.
Mais, la précision du dispositif de positionnement dépend directement de l'isotropie de la
propagation des ondes électromagnétiques dans le milieu.
Autrement dit, même si on peut augmenter la fréquence du champ magnétique émis pour des raisons de compromis entre la résistivité du milieu et le rayonnement du solénoïde de réception, l'utilisation de fréquences trop élevées conduira à une dégradation extrêmement rapide de la précision du
dispositif de positionnement.
En pratique, on doit donc se contenter d'utiliser des champs magnétiques à basse fréquence pour positionner des objets baignant dans des milieux matériels de faible
résistivité, comme par exemple le milieu souterrain ou sous-
marin. Afin de capter le champ ainsi créé à une distance maximale du solénoïde d'émission, on utilise classiquement utiliser un solénoïde de réception aux bornes duquel le champ
induit une différence de potentiel.
Cette d.d.p. vaut: e-=Nr â(B' Sr) (4) &t soit, comme le solénoïde de réception reste fixe, e=NrSr a(B) ou: - B désigne le champ magnétique que l'on cherche à détecter, - Nr désigne le nombre de spires du solénoïde de réception
- S. désigne la surface de ces spires.
En pratique, il est très difficile d'augmenter la
portée du dispositif de positionnement magnétométrique.
A titre d'exemple, considérons un dispositif composé de: - un solénoïde d'émission comportant 1490 spires de 0,3 mètre de diamètre dans lesquelles circule un courant de 1A, - un solénoïde de réception comportant 3331
spires de 0,3 mètre de diamètre.
Le milieu de propagation est par exemple un
milieu argileux de résistivité homogène égale à 20 Q/m.
La fréquence optimale de propagation est de 852 Hz. A 153 mètres de profondeur, la différence de potentiel reçue aux bornes du solénoïde de réception vaut 1
gV (10-6 V).
A 300 mètres de profondeur, cette même différence
de potentiel ne vaut plus que 20 nV (2. 10-8 V).
Pour augmenter la portée du dispositif, l'Homme du Métier envisagerait logiquement deux possibilités: - Maximiser le moment magnétique du dipôle d'émission et donc le produit N S I, - Maximiser le produit NrSr à la réception, a(B) - Maximiser - Mais il faut également s'assurer que le champ magnétique émis possède une signature aisément
reconnaissable.
En effet, son intensité décroît en raison du cube de la distance au solénoïde d'émission (cf. formules (1) et (2)). La différence de potentiel induite aux bornes du solénoïde de réception par le champ émis à grande distance de celui-ci est donc d'intensité extrêmement faible. Afin de résoudre le problème posé, il faut donc également s'assurer de pouvoir extraire cette différence de potentiel du bruit ambiant principalement causé par les effets des champs magnétiques parasites dans le solénoïde de
réception et le bruit thermique propre à ce solénoïde.
Du compromis entre ces contraintes, résulte aujourd'hui l'utilisation d'un courant d'excitation sinusoïdal dans le solénoïde d'émission, comme indiqué dans
le brevet FR2586302.
Si l'utilisation d'un tel courant permet d'obtenir une signature efficace du champ magnétique émis, il
n'optimise pas le dispositif d'un point de vue énergétique.
En effet, les contraintes physiques liées à l'utilisation d'un solénoïde d'émission (masse, diamètre), notamment pour des dispositifs embarqués, limitent très vite la maximisation du nombre de spires N et de la section S de
la bobine.
Pour maximiser son moment magnétique, il reste à
augmenter l'intensité I circulant dans la bobine.
L'autonomie de la source d'énergie pénalise fortement l'utilisation de courants de forte intensité pendant des durées conséquentes. Or, l'utilisation de courants d'émission sinusoïdaux implique le fonctionnement du
dispositif en régime forcé (ou permanent).
On peut naturellement penser émettre en régime pulsé afin concentrer la dissipation de l'énergie de la source dans des temps très courts et produire pendant de courts instants des champs magnétiques de très forte intensité. Mais toutes les méthodes actuellement utilisées pour faire circuler un courant dans le solénoïde d'émission reposent sur la soumission de ce solénoïde à une différence
de potentiel externe.
Cette différence de potentiel imposée aux bornes du solénoïde provoque un retard d'établissement du courant dans celui-ci (le solénoïde est un dipôle dont l'auto- induction s'oppose toujours aux variations instantanées de courant). Cette particularité a donc en pratique une conséquence très importante: il est impossible par ce procédé de produire instantanément des champs magnétiques de
très forte intensité.
a(B) En conséquence, le terme conditionnant l'efficacité du dispositif de réception est très limité (ceci est notamment vrai lorsque le champ magnétique émis est
sinusoïdal).
Le procédé selon l'état de la technique n'est pas satisfaisant du point de vue de la transmission. En effet, nous avons vu que pour des problèmes de propagation dans le milieu (effet de peau) et de précision du dispositif, les seules fréquences de transmission envisageables étaient de
très basses fréquences (inférieures à 1 kHz).
Or, l'utilisation de ce type de signaux pose le problème d'extraire une différence de potentiel basse fréquence du bruit ambiant lui aussi principalement basse
fréquence (effets des courants industriels 50 Hz).
L'efficacité globale du dispositif de réception est donc directement liée à celle des dispositifs de filtrage. Les techniques classiques de filtrage basse
fréquence reposent sur l'utilisation de filtres actifs passe-
bande à bande étroite extrêmement sélectifs.
Mais ces filtres sont très difficilement optimisables en bruit, autrement dit du point de vue de leur dynamique. A tire d'exemple, on peut donner quelques
résultats expérimentaux très caractéristiques.
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On considère un filtre passe bande du second ordre (structure de Rauch). L'amplificateur utilisé est un JA 709 corrigé de manière à posséder une bande passante suffisante. Les mesures sont faites au voltmètre sélectif avec 7 Hz de bande passante. Le bruit propre de l'amplificateur (0,038 gV/'Hz)
est faible devant le bruit généré par la structure.
Toute l'énergie de bruit se trouvant concentrée sur la fréquence de coupure, il est intéressant d'exprimer en fonction du facteur de surtension de la structure la valeur
maximale de ce bruit.
La courbe représentée en figure 1 montre clairement que le bruit croît exponentiellement avec le coefficient de surtension du filtre. La loi est approximativement: BrUitdslabande=e(0,4(Q-1)), avec Q facteur de
surtension du filtre et le bruit dans la bande en AV.
C'est ce facteur extrêmement important qui limite en pratique la détection de signaux de faible niveau à très
basse fréquence.
En effet, avec des filtres d'ordre élevé qui exigent des facteurs de surtension nettement plus importants, le bruit va croître de manière très notable et ce bruit sera
pratiquement centré sur la fréquence de coupure du filtre.
Actuellement, aux bornes du solénoïde de réception, les techniques actuelles ne permettent pas de détecter de différence de potentiel due au solénoïde
d'émission inférieure à une dizaine de gV.
Exposé de l'invention Le procédé selon l'invention consiste à: 1- Produire instantanément un champ magnétique de forte intensité grâce à un solénoïde 2- Détecter grâce à un second solénoïde (solénoïde de réception) le champ magnétique instantané émis
par le premier solénoïde ( solénoïde d'émission).
1 1 3- Détecter un signal électrique basse fréquence de très faible intensité aux bornes du solénoïde de réception. Production instantanée du champ magnétique de forte intensité. On utilise les propriétés de l'inductance du solénoïde en régime transitoire, notamment celle qui fait que l'auto-induction s'oppose toujours aux variations
instantanées de courant.
La figure 2 représente la courbe de charge de la
bobine, selon le procédé de l'invention.
On considère un circuit très simple, sans bifurcations, contenant un générateur de f.e.m. E, le solénoïde de résistance R et d'inductance L et un interrupteur K. A l'instant o l'on ferme l'interrupteur, l'intensité est nulle et, pendant le régime transitoire, elle atteint la valeur I=E/R, intensité du courant en régime permanent, d'autant plus lentement que l'inductance du
solénoïde est grande.
A titre d'exemple, l'évolution du courant dans le solénoïde d'émission est représentée en figure 3, concernant un circuit conforme à la figure 2 avec les caractéristiques suivantes:
R = 3,7 7
L = 0,1018H,
E = 8V
Du point de vue énergétique, AW=LI AI représente la fraction d'énergie emmagasinée dans le circuit; elle a servi à créer un champ magnétique dans l'espace environnant
le circuit.
Lorsque l'intensité dans le circuit passe de la valeur I=0 à la valeur I=2,16A, valeur permanente du courant,
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on peut écrire AW=LI ce qui donne comme valeur totale de AI
l'énergie emmagasinée W=1 L12= 237,5 mJ.
On provoque maintenant la rupture du circuit. Il se produit une surtension aux bornes de la bobine pendant que le courant disparaît, c'est à dire pendant que la résistance électrique entre les bornes de l'interrupteur passe de la
valeur 0 à l'infini.
Cette surtension est d'autant plus grande que la
rupture est rapide et que l'on coupe une intensité forte.
A titre d'exemple, avec les valeurs précédentes, l'intensité I dans le circuit en régime permanent vaut 8/3,7=2,16A. Admettons que la coupure se fasse en introduisant dans le circuit une résistance de R'=100 Q; l'intensité dans le nouveau régime permanent aura la valeur I'=8/(3,7+100)=0,0077A. A l'instant o cette résistance R' entre en jeu, l'auto-induction doit avoir une valeur de départ assurant à l'intensité la valeur I=2,16A. En la représentant par ea, la loi d'Ohm fournit l'équation E+ea=(R+R')I soit ea=R'I puisque E=RI. Avec les valeurs
choisies, ea=100 x 2,16=216V.
Elle deviendrait 2 160V si on prenait, au lieu de
R'=100Q, une résistance R"=1 000 f.
Cette surtension, qui dure d'autant plus longtemps que l'inductance du solénoïde est grande, est associée à la présence d'un arc plus ou moins brillant qui
s'établit entre les lames de l'interrupteur qui se quittent.
C'est cette surintensité temporaire qui créé
instantanément un champ magnétique de forte intensité.
Du point de vue énergétique, l'énergie électromagnétique stockée dans le circuit, W= - L12 est restituée par le solénoïde en un temps très bref, le temps de
la coupure du circuit.
La puissance dissipée par le circuit peut alors atteindre des valeurs très élevées, par rapport à celle du
régime permanent.
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A titre d'exemple, si la coupure dure le temps de commutation d'un transistor de puissance à effet de champ, soit une centaine de nanosecondes, la puissance dissipée par p = L12/At = 2,375 kW le circuit vaut P-L2/At =2,375kW alors qu'en régime permanent et une tension alternative (technique classique), cette même puissance vaut P=UI=8 x 2,16=17,44 W. Expérimentalement, on constate, comme illustré par la figure 4, qu'en utilisant le procédé précédemment exposé, on produit très facilement des intensités dans le solénoïde 10 fois supérieures à celles que l'on obtient en
régime permanent.
En soignant la mise en oeuvre du dispositif, on peut atteindre des valeurs de courant dans le circuit, et donc de champ magnétique produit par le solénoïde, beaucoup
plus fortes.
Détection du champ généré par le premier solénoïde grâce à un second solénoïde (solénoïde de réception) Le problème est de détecter la présence transitoire d'un champ magnétique pendant une durée de
l'ordre de la centaine de nanosecondes.
Pour cela, on constitue une antenne en associant le solénoïde de réception et une capacité C en série. Le schéma de principe d'un tel circuit est représenté en figure 5. Le solénoïde de réception est alors le siège d'un phénomène d'auto-induction pendant une durée correspondant à la présence du champ magnétique transitoire émis par le solénoïde d'émission. Cette f.e.m. transitoire charge le condensateur C. Si l'on prend la peine de choisir le bon couplage entre les valeurs de la résistance R, de l'inductance L du solénoïde de réception et de la capacité d'accord C, le circuit est le siège d'un phénomène de décharge oscillante du condensateur. On constate également
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que l'amplitude de l'intensité décroît: on obtient donc des
oscillations amorties.
Cette décharge oscillante est la signature visible et pérenne de la présence transitoire du champ magnétique produit par le solénoïde d'émission. On constate que les oscillations ne sont présentes que pour des valeurs faibles de R. La résistance critique du circuit, au- delà de laquelle les oscillations se transforment en décharge apériodique vaut R=2 L. Pour des valeurs faibles de R, l'amortissement est négligeable et la pseudo-période du phénomène devient une période dont la valeur devient progressivement indépendante de R. La valeur exacte de la pseudo-période est donnée par la formule: T= 2 X
/ 1 R2
LC 4L2
Le facteur de qualité de l'antenne de réception
Q1 L
peut alors se définir ainsi: Évidemment, plus le facteur de qualité est élevé, plus les pertes relatives d'énergie sont modérées et plus la
signature est lisible.
A titre d'exemple, le schéma représenté en figure 6 concerne l'évolution de la tension aux bornes de la capacité C après que le solénoïde de réception ait été soumis à la présence du champ magnétique transitoire émis par le
solénoïde d'émission.
Dans le circuit représenté en figure 6, les caractéristiques des composants sont les suivantes:
R=492 Q, L=7,33H, C=10-9F
Détection d'un signal électrique basse fréquence de très faible intensité aux bornes du solénoïde de réception_
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Nous avons vu que, quel que soit le système d'émission choisi, il était essentiel de pouvoir détecter des signaux électriques basse fréquence de très faible intensité
aux bornes du solénoïde réception.
Pour cela, un principe nouveau a été mis au point
par rapport à l'utilisation d'un filtre actif.
Alors que la montée en fréquence dans la propagation est interdite, on pratique une modulation du
signal reçu après son passage dans le solénoïde de réception.
Pour des signaux basse-fréquence, cette modulation permet est la seule méthode qui tout à la fois permet à la fois de: - réaliser un gabarit de filtrage extrêmement sélectif, - minimiser le niveau de bruit généré par la
structure de filtrage.
A titre d'exemple, on peut considérer les
résultats expérimentaux.
Le signal à filtrer est centré sur 250 Hz.
La première structure utilise une cellule de
filtrage actif suivant selon un gabarit butterworth 6 pôles.
Le bruit minimum introduit par le filtre est estimé à 50 MV
(5.10-5 V).
La seconde structure est réalisée après
transposition à la fréquence de 1 MHz.
Le bruit maximum introduit par le filtre est
estimé à 10 nV (10-8V).
Autrement dit, dans cet exemple, le seuil de détection du signal présent aux bornes du solénoïde de
réception est abaissé d'un facteur 5000.
Le procédé selon l'invention repose sur la production d'oscillations entretenues dans le solénoïde de réception. Pour cela, on produit grâce au solénoïde d'émission des champs magnétiques instantanés à une fréquence
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multiple de la fréquence d'auto-oscillation du solénoïde de réception. Pour bénéficier d'un signal maximum, on peut régler l'excitation du solénoïde d'émission à exactement la
fréquence d'auto-oscillation du solénoïde de réception.
La courbe de réponse d'un tel circuit est représentée en figure 7, avec des composants dans les caractéristiques sont les suivantes:
- R=3,7 Q,
- L=0,1018H,
- E=8V
A titre d'exemple, pour stocker à chaque oscillation 75% de l'énergie maximale dans le solénoïde d'émission, il faut que l'intensité atteigne 86,6% de sa
valeur maximale.
Si l'ouverture et la fermeture du circuit d'émission est réalisée par un transistor, la fréquence du signal de commande (gate) de ce transistor vaut au plus B L Un réglage fin de cette fréquence d'émission permet en entretenant les auto-oscillations dans le solénoïde de réception, de créer aux bornes de la capacité un signal
quasi sinusoïdal.
La fréquence de ce signal est évidemment la
fréquence d'auto-oscillation de ce solénoïde.
Il est bon de noter que la fréquence du signal reçu est totalement déterminée par les caractéristiques physiques du solénoïde de réception. La courbe correspondant au signal aux bornes du solénoïde de réception est représentée en figure 8, avec les caractéristiques suivantes:
R=492 Q. L=7,33H, C=10-9F
On amplifie et on filtre alors ce signal basse-
fréquence selon le principe de modulation après réception
exposé précédemment.
On peut aussi effectuer un réglage de la fréquence des interruptions périodiques du courant d'alimentation dans le solénoïde d'émission pour annuler
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toutes les auto-oscillations dans le solénoïde de réception,
à l'exception de la première.
On récupère ainsi au bornes de la capacité un train d'impulsions à lafréquence des interruptions périodiques du courant d'alimentation du solénoïde d'émission. La largeur des impulsions correspond évidemment à la demi-période d'auto-oscillation du circuit résonnant
contenant le solénoïde de réception.
On amplifie et on filtre ce train d'impulsions basse-fréquence selon le principe de modulation après
réception précédemment décrit.
Par un système connu de détection de seuil, ce train d'impulsions peut être facilement numérisé et détecté
par des algorithmes de traitement du signal appropriés.
Dispositif de mise en oeuvre Le dispositif décrit ci-après permet le positionnement et la saisie de contours de galeries souterraines, naturelles ou artificielles. Il fait référence aux figures 9 et 10 correspondant respectivement à des vues
de dessus et de profil.
Il comprend: - une bille émettrice de faibles dimensions (5 cm de diamètre), comprenant un solénoïde grâce auquel un générateur de courant continu (par exemple, une pile ou une batterie) produit, à une certaine fréquence, des champs magnétiques instantanés selon la méthode décrite ci-dessus, - au moins deux stations de réceptions Sl et S2 disposés à la surface du sol, dans la zone de réception du signal, et comportant:
- trois solénoïdes dont la fréquence d'auto-
oscillation est égale ou sous-multiple de celle de production des champs magnétiques instantanés dans le solénoide d'émission, - un dispositif de modulation du signal reçu aux bornes des solénoïdes de réception,
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- un dispositif de filtrage et d'amplification pour extraire le signal du bruit, - un dispositif de calcul pour déterminer les coordonnées de l'origine du dipôle magnétique constitué par le solénoïde d'émission ainsi que les angles d'orientation de ce dipôle à partir de l'analyse des signaux présents aux bornes des solénoïdes des stations de réception (comme décrit dans le brevet FR2586302). La transmission de la valeur de ces signaux peut se faire soit de façon filaire, soit par
radio.
La détermination en continu des coordonnées de l'origine du dipôle magnétique d'émission et donc de la bille émettrice permet évidemment la saisie de contours de la
galerie dans laquelle circule la bille.
Lorsqu'on ne connaît pas a priori la zone de réception à la surface du sol du signal produit par le solénoïde d'émission, une variante de ce procédé consiste à: - envoyer une grande quantité de billes émettrices produisant des champs magnétiques instantanés à la fréquence égale ou multiple de celle d'auto-oscillation des solénoïdes des stations de réception, selon un codage numérique caractéristique de chaque bille ou de chaque groupe de billes, - réaliser un maillage de la région probable en disposant à la surface un réseau de stations de réception décrites ci-dessus, - disposer un moyen de calcul centralisant les signaux issus des stations de réception, identifiant les billes émettrices en fonction de leur codage numérique et
déterminant en temps réel les coordonnées de ces billes.
A titre d'exemple, si: - P, est la portée maximale du dispositif magnétométrique, - z, la profondeur sous la surface du sol à laquelle se trouve enfouie la bille émettrice,
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alors le maillage du réseau de stations réceptrices, déterminé par la distance entre deux stations de réception, d, est égal à:
d =iP2-z2.
L'intérêt du dispositif décrit ci-dessus pour accroître la portée du système de positionnement magnétométrique prend alors tout son intérêt économique que ce soit pour augmenter la profondeur d'investigation du système ou pour réduire le nombre de stations de réception
nécessaires à sa mise en oeuvre.
* On utilise les propriétés de l'inductance du solénoïde en régime transitoire, notamment celle qui fait que l'auto-induction s'oppose toujours aux variations
instantanées de courant.
Charge de la bobine On considère un circuit très simple, sans bifurcations, contenant un générateur de f.e.m. E, le solénoïde de résistance R et d'inductance L et un interrupteur K. Produire instantanément un champ magnétique de forte intensité grâce à un solénoïde On utilise les propriétés de l'inductance du solénoïde en régime transitoire, notamment celle qui fait que l'auto-induction s'oppose toujours aux variations
instantanées de courant.
Charae de la bobine On considère un circuit très simple, sans bifurcations, contenant un générateur de f.e.m. E, le solénoïde de résistance R et d'inductance L et un interrupteur K. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. Il est bien entendu que de nombreuses variantes de mise en oeuvre et de réalisation pourront être réalisées sans pour autant sortir du cadre de
l'invention.
Claims (8)
1 - Procédé d'émission d'un champ électromagnétique de forte intensité et de grande portée consistant à faire circuler un courant électrique dans un solénoïde caractérisé en ce que l'on alimente le solénoïde avec un courant continu pendant un intervalle de temps long, et en ce que l'on provoque périodiquement une interruption
brusque du courant.
2 - Procédé de détection d'un champ magnétique produit conformément au procédé d'émission selon la revendication 1 consistant à détecter le passage du courant dans un circuit comportant un solénoïde caractérisé en ce que le solénoïde est placé dans un circuit résonnant dont la fréquence propre est accordée sur la fréquence d'interruption
du circuit d'alimentation du solénoïde.
3 - Procédé de détection d'un champ magnétique selon la revendication 2 caractérisé en ce que la fréquence d'auto-oscillation du circuit récepteur est un multiple de la fréquence d'interruption du circuit d'alimentation du
solénoïde d'émission.
4 - Procédé de détection selon la revendication 3 en ce que l'on procède à une multiplication de la fréquence du signal apparaissant aux bornes du solénoïde de réception
préalablement à l'amplification.
- Procédé de transmission d'un champ électromagnétique de forte intensité et de grande portée consistant à faire circuler un courant électrique dans un solénoïde d'émission et de détecter le passage du courant dans un circuit comportant un solénoïde de réception, caractérisé en ce que l'on alimente le solénoïde avec un courant continu pendant un intervalle de temps long, et en ce que l'on provoque périodiquement une interruption brusque du
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courant, la périodicité des interruptions étant déterminée de manière à ce que toutes les auto-oscillations dans le solénoïde de réception, à l'exception de la première, soient annulées. 6 - Procédé de transmission d'un champ électromagnétique de forte intensité et de grande portée consistant à faire circuler un courant électrique dans un solénoïde d'émission et de détecter le passage du courant dans un circuit comportant un solénoïde de réception, caractérisé en ce que l'on alimente le solénoïde avec un courant continu pendant un intervalle de temps long, et en ce que l'on provoque périodiquement une interruption brusque du courant, la périodicité des interruptions étant déterminée de manière à ce que toutes les auto-oscillations dans le solénoïde de réception s'ajoutent pour former un signal quasi-sinusoïdal.
7 - Procédé de localisation d'un objet et pour déterminer son orientation dans l'espace, consistant à équiper l'objet d'au moins un dipôle magnétique constitué par un solénoïde excité par un générateur de courant à disposer au moins un ensemble de mesure comportant chacun un ensemble de solénoïdes aptes à mesurer les composantes du champ magnétique ambiant, à calculer les cordonnées de l'origine du solénoïde d'émission par rapport à l'ensemble de mesure, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter le solénoïde équipant l'objet avec un signal électrique continu périodiquement interrompu, et à détecter le passage du courant dans un circuit dans un circuit résonnant dont la fréquence propre est accordée sur la fréquence d'interruption
du circuit d'alimentation du solénoïde d'émission.
8 - Procédé de localisation d'un objet et pour déterminer son orientation dans l'espace selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'on dispose sur le terrain une pluralité d'ensembles de mesure suivant un réseau maillé - envoyer une grande quantité de billes émettrices produisant des champs magnétiques instantanés à la fréquence égale ou multiple de celle d'auto-oscillation des solénoïdes des stations de réception, selon un codage numérique caractéristique de chaque bille ou de chaque groupe de billes, - réaliser un maillage de la région probable en disposant à la surface un réseau de stations de réception décrites ci-dessus, - disposer un moyen de calcul centralisant les signaux issus des stations de réception, identifiant les billes émettrices en fonction de leur codage numérique et
déterminant en temps réel les coordonnées de ces billes.
9 - Émetteur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un solénoïde alimenté par un générateur de courant continu, et un moyen d'interruption périodique du courant d'alimentation du solénoïde avec un temps de rupture très court par rapport
au temps d'alimentation.
- Récepteur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comporte un solénoïde placé dans un circuit auto-oscillant dont la fréquence est un multiple de la fréquence
d'interruption de l'alimentation du solénoïde de l'émetteur.
11 - Système de localisation composé par au moins un émetteur comportant un solénoïde alimenté par un générateur de courant continu, et un moyen d'interruption périodique du courant d'alimentation du solénoïde avec un temps de rupture très court par rapport au temps d'alimentation, et un ensemble de récepteurs comportant chacun un solénoïde placé dans un circuit auto-oscillant dont
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la fréquence est un multiple de la fréquence d'interruption de l'alimentation du solénoïde de l'émetteur, lesdits récepteurs étant disposés pour former un réseau à deux dimensions.
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| FR9406770A FR2720840B1 (fr) | 1994-06-02 | 1994-06-02 | Procédé d'émission d'un champ électromagnétique et de grande portée, procédé de transmission et de localisation mettant en Óoeuvre ledit procédé d'émission, dispositifs mettant en Óoeuvre lesdits procédés. |
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|---|---|
| FR2720840A1 true FR2720840A1 (fr) | 1995-12-08 |
| FR2720840B1 FR2720840B1 (fr) | 1996-09-20 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000063718A1 (fr) * | 1999-04-20 | 2000-10-26 | Flight Refuelling Limited | Systeme et procedes pour localiser des objets sous la surface |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1011604A (en) * | 1962-11-28 | 1965-12-01 | Newmont Mining Corp | Method and apparatus for geophysical exploration |
| US3737768A (en) * | 1971-02-22 | 1973-06-05 | Selco Mining Corp Ltd | Apparatus for the remote detection of conducting bodies utilizing electromagnetic waveforms exhibiting abrupt discontinuities |
| FR2376561A1 (fr) * | 1977-01-04 | 1978-07-28 | Barringer Research Ltd | Generateur d'impulsions a circuit resonnant l-c parallele pour excitation d'une bobine a l'aide d'impulsions rectangulaires |
| US4544892A (en) * | 1982-02-18 | 1985-10-01 | Geonics Limited | Signal processing apparatus for frequency domain geophysical electromagnetic surveying system |
| FR2586302A1 (fr) * | 1985-08-13 | 1987-02-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede pour localiser un objet et determiner son orientation dans l'espace et dispositif de mise en oeuvre |
| WO1992003090A1 (fr) * | 1990-08-24 | 1992-03-05 | Imperial College Of Science, Technology & Medicine | Systeme de sonde |
-
1994
- 1994-06-02 FR FR9406770A patent/FR2720840B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1011604A (en) * | 1962-11-28 | 1965-12-01 | Newmont Mining Corp | Method and apparatus for geophysical exploration |
| US3737768A (en) * | 1971-02-22 | 1973-06-05 | Selco Mining Corp Ltd | Apparatus for the remote detection of conducting bodies utilizing electromagnetic waveforms exhibiting abrupt discontinuities |
| FR2376561A1 (fr) * | 1977-01-04 | 1978-07-28 | Barringer Research Ltd | Generateur d'impulsions a circuit resonnant l-c parallele pour excitation d'une bobine a l'aide d'impulsions rectangulaires |
| US4544892A (en) * | 1982-02-18 | 1985-10-01 | Geonics Limited | Signal processing apparatus for frequency domain geophysical electromagnetic surveying system |
| FR2586302A1 (fr) * | 1985-08-13 | 1987-02-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede pour localiser un objet et determiner son orientation dans l'espace et dispositif de mise en oeuvre |
| WO1992003090A1 (fr) * | 1990-08-24 | 1992-03-05 | Imperial College Of Science, Technology & Medicine | Systeme de sonde |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CORBYN J A: "Pulse induction metal detector", WIRELESS WORLD, MARCH 1980, UK, vol. 86, no. 1531, ISSN 0043-6062, pages 40 - 44 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000063718A1 (fr) * | 1999-04-20 | 2000-10-26 | Flight Refuelling Limited | Systeme et procedes pour localiser des objets sous la surface |
| GB2360595A (en) * | 1999-04-20 | 2001-09-26 | Flight Refueling Ltd | Systems and methods for locating subsurface objects |
| US6510106B2 (en) | 1999-04-20 | 2003-01-21 | Flight Refuelling Limited | Systems and methods for locating subsurface objects |
| GB2360595B (en) * | 1999-04-20 | 2003-11-19 | Flight Refueling Ltd | Systems and methods for locating subsurface objects |
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| Publication number | Publication date |
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| FR2720840B1 (fr) | 1996-09-20 |
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