FR2806506A1

FR2806506A1 - Microsysteme magnetometrique et inclinometrique pour la surveillance d'objets de valeur

Info

Publication number: FR2806506A1
Application number: FR0003237A
Authority: FR
Inventors: Roland Blanpain; Gilles Delapierre
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-21
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: EP1264291B1; DE60142390D1; US6882275B2; US20030076229A1; WO2001069561A1; FR2806506B1; EP1264291A1

Abstract

Dispositif de détection de mouvement d'objet de valeur, par exemple, d'un musée dans lequel des moyens de détection d'au moins une rotation, en particulier des magnétomètres ou inclinomètres, de l'objet sont mécaniquement solidaires de l'objet. Ces moyens sont couplés à des moyens d'émission de message qui émettent un message de présence tant qu'une détection n'a pas eu lieu et un message d'alerte type en cas de détection. Une station de surveillance traite ces messages ou l'absence de ces messages pour éventuellement déclencher une alerte.

Description

MICROSYSTEME MAGNETOMETRIQUE ET INCLINOMETRIQUE POUR LA

SURVEILLANGE D'OBJETS DE VALEUR

DESCRIPTION

Domaine de l'invention L'invention se situe dans le domaine des ensembles de déclenchement d'alerte lorsqu'il est détecté qu'un objet normalement immobile, par exemple un objet d'art exposé dans un musée, bouge de manière anormale. Elle est également relative à un procédé d'aide à la surveillance d'un ensemble d'objets et à un objet ou ensemble d'objets équipés de moyens de

détection de mouvement et d'envoi de messages.

Art antérieur De nombreux dispositifs ont déjà été mis en oeuvre pour détecter des vols, des tentatives de vols ou des actes de malveillance sur des objets exposés dans des musées. Ces systèmes de surveillance peuvent comprendre par exemple des ensembles vidéo surveillant par caméra les oeuvres à protéger. Ces systèmes nécessitent la présence d'un opérateur pour surveiller attentivement l'image ou les images en provenance de chacune des caméras. Il a été également envisagé des systèmes de marquage magnétique dans lesquels un résonateur magnétique est inclus dans l'oeuvre à surveiller. Le passage de l'oeuvre contenant le résonateur au travers d'un portique recevant une fréquence correspondant à la/fréquence de résonance du résonateur permet de détecter le passage de l'oeuvre. De tels dispositifs supposent que l'oeuvre protégée va passer par le portique. Il a été envisagé également des puces électroniques implantables, des rideaux infrarouges, des contacteurs à billes de mercure, des dispositifs piézoélectriques, des accéléromètres. Ces systèmes pourraient donner satisfaction si le taux de fausses alarmes n'était pas aussi important. La présente invention est un nouveau dispositif permettant de détecter un mouvement de l'objet protégé,

avec un très faible taux de fausse alarme.

Brève description de l'invention

La présente invention a pour objet un dispositif permettant de détecter un mouvement anormal, c'est-à-dire différent des mouvements "invisibles" d'un

objet considéré comme immobile, d'une oeuvre protégée.

Elle vise un dispositif générant un taux de fausses alarmes très faible, voire nul. Elle vise un dispositif visant.. à limiter la quantité et la vigilance du personnel de surveillance. Elle vise aussi à détecter un vol ou une tentative de vol dès le début de l'infraction. Dans un mode de réalisation particulier, elle vise aussi à détecter l'approche d'un objet métallique, par exemple, un objet tranchant. Dans un autre mode de réalisation particulier, elle vise à identifier immédiatement l'objet protégé faisant l'objet de la tentative de vol. A toutes ces fins, l'invention est relative à un ensemble de déclenchement d'une alerte ou d'une pré-alerte, lorsqu'il est détecté qu'un objet normalement immobile bouge, cet ensemble comportant: - des moyens de mesure produisant des valeurs mesurées, - des moyens de transmission des valeurs mesurées vers des moyens de traitement des valeurs mesurées, - des moyens d'émission de message, - des moyens de surveillance comportant: - des moyens de réception de message, - des moyens de déclenchement d'alerte, caractérisé en ce que: - les moyens de mesure comportent au moins un magnétomètre à un ou plusieurs axes rendus solidaires de l'objet et mesurant le champ magnétique sur au moins un axe, - les moyens de traitement calculent à partir d'une série de mesures en provenance des moyens de mesure une grandeur vectorielle représentative d'un mouvement et produisent éventuellement un signal de détection de mouvement par comparaison de la grandeur vectorielle calculée à une grandeur vectorielle seuil, - les moyens de déclenchement d'alerte étant couplés au moyen de traitement des mesures et émettant un message d'alerte au reçu du signal de détection en

provenance desdits moyens de traitement des mesures.

Dans un mode de réalisation avantageux, les signaux émis par le ou les magnétomètres et éventuellement d'autres moyens capteurs tel qu'un inclinomètre, sont numériques. Le filtrage peut être réalisé sous la forme d'un filtrage de Kalman destiné à réduire le temps de convergence de l'algorithme de traitement et à déterminer une valeur moyenne mobile tenant compte de l'évolution temporelle des valeurs reçues. Dans une version visant à réduire les possibilités de leurrage du dispositif, les moyens de détection comportent en outre un ou plusieurs inclinomètres à un ou plusieurs axes solidaires mécaniquement de l'objet à protéger et couplés aux moyens de traitement. Dans une version améliorée visant à détecter non seulement les mouvements de l'objet mais de plus un changement des conditions magnétiques autour de l'objet provoqué par exemple par l'approche d'un objet métallique le dispositif comporte, en outre, un ou plusieurs magnétomètres supplémentaires mécaniquement solidaires de l'objet, connectés aux moyens de traitement. Dans une version destinée à diminuer encore les possibilités de leurrage, le dispositif peut comprendre un générateur d'un champ magnétique, par exemple, aléatoire. Ce générateur étant couplé aux moyens de traitement de façon à ce que ceux-ci soient à même de déterminer en permanence les paramètres définissant un vecteur champ magnétique local. Suivant les applications, la répartition des moyens composant l'ensemble de déclenchement d'alerte, peut varier. Les moyens fixés à l'objet peuvent comprendre les moyens de mesure, les moyens de transmission des mesures, les moyens de traitement et les moyens d'émission de message. Dans ce cas, les moyens de transmission des valeurs mesurées vers les moyens de traitement des valeurs mesurées peuvent être

constitués par une simple liaison par exemple filaire.

Les moyens de déclenchement d'alerte de la station de surveillance sont couplés aux moyens de traitement par l'intermédiaire des moyens d'émission de message et des moyens de réception de message. Dans une version simplifiée, les moyens fixés à l'objet ne comportent que les moyens de mesure et les moyens de transmission des valeurs mesurées. Dans ce cas, les moyens de transmission des mesures incluent les moyens d'émission de message. Les moyens de déclenchement d'alerte sont couplés aux moyens de traitement par une simple liaison

par exemple filaire.

L'invention est également relative à un procédé de surveillance d'un objet ou d'un ensemble d'objets dans lequel chaque objet communique avec une station de surveillance, caractérisé en ce que du côté de l'objet: - on détecte au moins un mouvement de rotation de l'objet d'amplitude supérieure à un seuil, - on émet au moins un message d'alerte dès qu'une rotation d'amplitude supérieure au seuil est détectée, et - en ce que du côté de la station de surveillance on

émet une alerte sur réception du message d'alerte.

Le mouvement réel de l'objet peut être beaucoup plus complexe qu'une simple rotation, il pourra alors être intéressant, pour diminuer le taux d'erreur, de détecter une succession de rotations qui constituent ce mouvement. Les grandeurs à comparer seront alors calculées à partir d'une grandeur

vectorielle à plusieurs composantes.

! Dans une version plus sophistiquée destinée en particulier à prévoir le cas o l'alimentation électrique des moyens situés du côté de l'objet serait en panne ou aurait été neutralisée, on peut en outre émettre en permanence un message de présence et déclencher l'alerte s'il y a eu réception d'un message d'alerte ou en l'absence de message de présence pendant une durée supérieure à une durée déterminée. Dans le cas o du côté de l'objet seuls les moyens de mesures et les moyens de transmission de mesures sont présents, le message de présence est constitué par le message transmettant les valeurs de mesures des moyens de mesure. De préférence, les messages de présence et d'alerte sont transmis sous forme d'onde électromagnétique libre. De préférence, l'émission du message d'alerte se fait sur une fréquence différente

de la fréquence d'émission du message de présence.

Dans le mode de réalisation préféré, les messages de présence et d'alerte comportent un code d'identification de l'objet surveillé et/ou d'un emplacement de l'objet surveillé. De préférence également, les moyens d'émission d'alerte sont des

moyens standards IR, vidéo etc..

De préférence, une alerte provoque l'apparition d'au moins une image signalée de l'objet sur un écran d'un moniteur de la station de surveillance. L'image est dite signalée en ce sens, que le moniteur, montrant l'image, est indiqué par exemple par un clignotement d'une lampe associée au moniteur ou

par un signal sonore.

Enfin, l'invention /est relative à un objet surveillé, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure d'un mouvement de rotation de l'objet, ces moyens étant mécaniquement solidaires de l'objet, par exemple un ou plusieurs magnétomètres un ou plusieurs axes, associés éventuellement à un ou plusieurs inclinomètres un ou plusieurs axes, des moyens d'émission de message de présence et de message d'alerte, ces moyens étant couplés à des moyens de traitement couplés aux moyens de mesure d'une rotation

de l'objet.

Brève description des dessins

L'invention et des variantes de réalisation seront maintenant décrites à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1, représente un schéma d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2, représente des variantes de l'exemple de réalisation représenté en figure 1, - la figure 3 représente d'autres variantes de

réalisation.

Description de modes de réalisation de l'invention

En référence à la figure 1, un dispositif selon l'invention comporte d'une part, des moyens' 10 fixé's à l'objet constituant ensemble une station de détection de l'objet à protéger et, d'autre part, des moyens 20 de réception et de déclenchement d'alarme, constituant ensemble une partie au moins d'une station de surveillance, couplés aux différents objets à

protéger.

Les moyens de détection fixés à l'objet comportent d'une part, un magnétomètre 1 couplé par des moyens de transmission de mesure 15, par exemple une liaison filaire, à des moyens de traitement 5, ces moyens de traitement étant couplés à des moyens d'émission de message 6 émettant par l'intermédiaire d'une antenne ou d'un autre moyen 7 un message en direction d'une station de surveillance 20, disposée à proximité de ou des objets à surveiller. Les moyens fixés à l'objet comportent une source d'alimentation électrique 30 couplée aux éléments constitutifs de ces moyens fixes. Cette source peut être une pile, une microbatterie, une cellule de transformation d'une onde électromagnétique en courant électrique ou tout autre moyen connu. La station de surveillance 20 comporte d'une part, une station de réception de messages 9 couplée par l'intermédiaire d'un interrupteur 12 à un moyen d'émission d'alarme 11. Le moyen d'émission d'alarme 11 est couplé en retour sur la station 9 de façon à permettre après alerte une fonction d'acquittement, par exemple, par remise à zéro du

déclenchement d'alerte.

Sur la figure 1, les moyens de communication entre la station de détection 10 et la station d'alerte 20 ont été représentés sous forme d'une antenne 7 couplée au moyen d'émission de message 6 de la station de détection et d'une antenne 8 couplée au moyen de réception 9 de la station de surveillance 20. Ces antennes présupposent que la liaison entre la station de détection 10 et la statiof d'alerte 20 se fait sous la forme d'une liaison électromagnétique. Ce mode de réalisation est le mode préféré. Il est évident cependant, que la liaison entre la station de réception et de détection et transmission 10 pourra s'effectuer par tout autre moyen de liaison connu en particulier, une liaison filaire ou une liaison infrarouge. Les moyens 5 de traitement du signal comportent d'une part, des moyens 3 de traitement du signal du magnétomètre 1 et, d'autre part, des moyens 4

de filtrage de ce signal et de détection du mouvement.

Les moyens 3 reçoivent les données en provenance du magnétomètre 1 et traitent ces données pour élaborer au moins un vecteur rotation, ou au moins une composante de ce vecteur, du magnétomètre 1 par rapport au champ magnétique local de l'objet. Ce vecteur rotation est ensuite filtré par les moyens de filtrage 4 par exemple, un filtrage de Kalman ou à partir d'une technique dite de "maximum de vraisemblance" ou tout algorithme relatif à la détection/estimation en théorie de l'information, pour détecter une rotation d'amplitude supérieure à un seuil fixé et déclencher un message au cas o la rotation détectée a une amplitude supérieure au seuil. Le fonctionnement de ce dispositif

est le suivant.

Le magnétomètre un ou plusieurs axes 1 mesure en permanence le champ magnétique présent sur chacun de ces axes. La valeur du champ magnétique présent sur chacun des axes est envoyée en permanence aux moyens de traitement 3. Les moyens de traitement 3 élaborent au reçu de chaque ensemble de valeurs en provenance du magnétomètre 1 la valeur d'ud vecteur rotation du champ magnétique capté par chacun des axes du magnétomètre 1 par rapport au champ magnétique naturel ou non entourant l'objet à détecter. Bien que l'objet soit en

principe immobile, cette immobilité n'est pas complète.

D'une part, l'objet est soumis au bruit sismique naturel du bâtiment d'implantation de l'objet. D'autre part, l'objet est soumis à d'éventuelles vibrations dues à l'activité autour de l'objet et autour du

bâtiment o se trouve le magnétomètre 1 fixé à l'objet.

Enfin, le champ magnétique local naturel autour du magnétomètre 1 peut varier notamment en raison de modifications des conditions magnétiques autour de ce magnétomètre induites notamment par le passage de visiteurs. D'autres raisons de mobilité de l'objet et donc du magnétomètre peuvent être dues à la nature de l'objet. Par exemple s'il s'agit d'un tableau, le tableau selon son mode d'accrochage peut être sensible à des courants d'air entraînant de légers mouvements locaux de la toile et éventuellement du cadre du tableau. Enfin, les conditions météorologiques peuvent induire des variations passagères importantes du champ magnétique local en particulier en cas d'orage magnétique. Pour toutes ces raisons, il peut être préférable plutôt que de fixer un seuil fixe de vecteur rotation a priori, de tenir compte d'un moyen de filtrage des variations locales du vecteur rotation dues à tous les phénomènes transitoires et parasites qui viennent d'être cités. C'est pourquoi dans le mode préféré de réalisation le vecteur rotation calculé par les moyens de traitement 3 est filtré dans des moyens de filtrage et détection 4.! Ces moyens permettent de déterminer une valeur moyenne adaptative du bruit du vecteur rotation du magnétomètre. Cette valeur moyenne adaptative est multipliée par un coefficient de sécurité de fausse alarme pour fournir un seuil adaptatif. Lorsque la valeur du vecteur rotation dépasse le seuil adaptatif ainsi fixé, les moyens de filtrage et de détection 4 changent d'état logique ce qui constitue un message pour les moyens d'émission de message 6. Les moyens d'émission 6 émettent, de préférence, en permanence de façon périodique un

message en direction de la station de réception 9.

Lorsqu'aucune rotation d'amplitude supérieure au seuil

n'est détectée, le message est un message de présence.

Lorsqu'une rotation supérieure au seuil prédéterminée est détectée, il y a émission immédiate d'un message

d'alerte.

Avantageusement, les messages de présence et d'alerte comportent un ensemble de signaux d'identification de l'objet sur lequel le dispositif 10 est fixé et/ou de l'emplacement de l'objet dans l'enceinte surveillée, par exemple, le musée. Dans une version améliorée représentée figure 1, le dispositif de mesure d'une rotation comporte de plus un

inclinomètre 2 connecté aux moyens de traitement 3.

Dans ce cas, les moyens de traitement 3 élaborent le vecteur rotation de l'objet en prenant en compte les données en provenance d'une part, du magnétomètre et, d'autre part de l'inclinomètre. Ce dispositif rend le leurrage de la détection de rotation encore plus difficile. Une version encore /améliorée sera maintenant

commentée en liaison avec la figure 2.

Dans cette figure, les éléments ayant même fonction que dans l'exemple de réalisation représenté

figure 1, comportent les mêmes numéros de référence.

Par rapport à la figure 1, le dispositif représenté en figure 2 comporte un ou plusieurs magnétomètres supplémentaires 1' répartis sur la surface de l'objet à protéger et/ou aux abords immédiats. Ces magnétomètres 1' sont connectés aux moyens de traitement 3. Avec cet ensemble de magnétomètres 1, 1' il est possible de calculer une valeur et une direction du champ magnétique par rapport à un trièdre de référence lié à l'objet à protéger. Lorsque ce champ subit par rapport à ce trièdre des rotations ou des modifications de sa valeur temporelle moyenne, cette modification est détectée par les moyens de mesure 40 et de traitement et filtrage 5 qui, dans ce cas, doivent être adaptés à cette fonction, et un message d'alerte est émis. Cette modification du dispositif permet en particulier de détecter l'approche d'objets métalliques de l'objet à protéger. Selon une version améliorée de la version qui vient d'être commentée, l'invention peut comporter un générateur de champ magnétique 13. Ce générateur provoque de façon permanente ou de façon aléatoire un champ magnétique qui est destiné à faciliter le calcul d'une modification du champ magnétique dû à la présence d'un objet métallique extérieur. Le générateur 13 provoque également une variation locale du champ magnétique en sorte que le vecteur champ magnétique local varie dans l'espace en module et en direction. Il devient donc possible de/ détecter un mouvement quelconque de rotation et/ou de translation. Les caractéristiques du champ magnétique provoqué par le générateur 13 sont transmises par une liaison 14 au moyen de calcul 3. Dans les exemples représentés figures 1 et 2, les moyens de traitement 3 et 4 sont situés du côté de l'objet. Ces moyens de traitement peuvent être aussi disposés du côté de la station de

surveillance comme représenté figure 3.

Dans ce cas, les moyens de mesure 40 composés d'un ou plusieurs magnétomètres 1, 1' comme dans le cas précédent et éventuellement d'inclinomètres 2 sont couplés à un émetteur 6. Dans ce cas, les moyens de

traitement 3, 4 sont placés en aval d'un récepteur 9.

Ces moyens 3, 4 sont directement couplés au déclencheur d'alerte 11. Cette version peut comporter comme les versions précédentes un générateur 13 de champ magnétique qui est dans ce cas couplé aux moyens 3, 4 de traitement situés du côté de la station de surveillance. Cette version de l'invention fonctionne comme la précédente. Le message de présence est cette fois obligatoire. Il est constitué par les transmissions de mesure. Une absence d'une telle transmission déclenchera un message particulier des moyens de traitement 3, 4 au moyen de déclenchement d'alerte 11. Un message d'alerte est un message différent d'un message de présence. Alors que le message de présence peut ne comporter qu'une identification, le message d'alerte contient de plus un code dont la réception au niveau de la station de surveillance déclenche l'alerte. Le code peut être constitué par un simple changement de la fréquence d'émission. Le dispositif décrit en liaison avec les figures 1 à 3 a été décrit comme un dispositif isolé à l'intérieur d'une enceinte. Il est évident que, en particulier dans un musée, les objets à protéger ne sont pas isolés et qu'il peut y avoir plusieurs milliers d'objets à protéger dans une enceinte de volume restreint. Il se pose donc un problème de gestion des messages de présence et d'alerte pour l'ensemble des objets à protéger contenus dans l'enceinte. Lorsque les liaisons entre les moyens de transmission 6 et les moyens de réception 9 sont des liaisons point à point, par exemple filaires ou infrarouges, il est possible d'identifier l'objet par

la source du message reçu sur les moyens de réception.

Par contre, lorsque la liaison entre les moyens de transmission 6 et les moyens de réception 9 est électromagnétique il se pose un problème de gestion de fréquence. Ce problème pourra être résolu, soit par allocation de fréquence à chacun des objets, soit par répartition dans le temps, programmée ou aléatoire, des créneaux d'émission de chaque objet, soit encore par combinaison des deux méthodes, c'est-à-dire allocation de différentes fréquences et répartition de créneaux

d'émission pour chacune des fréquences.

Claims

REVENDICATIONS

d. Ensemble de déclenchement d'une alerte ou d'une pré-alerte, lorsqu'il est détecté qu'un objet normalement immobile bouge, cet ensemble comportant: - des moyens (40) de mesure produisant des valeurs mesurées, des moyens (5) de transmission des valeurs mesurées vers des moyens de traitement (3,4,5) des valeurs mesurées, - des moyens (6) d'émission de message, - des moyens (20) de surveillance comportant: - des moyens (9) de réception de message, - des moyens (11) de déclenchement d'alerte, caractérisé en ce que: - les moyens (40) de mesure comportent au moins un magnétomètre (1) à un ou plusieurs axes rendus solidaires de l'objet et mesurant le champ magnétique sur au moins un axe, - les moyens (3,4,5) de traitement calculent à partir d'une série de mesures en provenance des moyens (40) de mesure une grandeur vectorielle représentative d'un mouvement et produisent éventuellement un signal de détection de mouvement par comparaison de la grandeur vectorielle calculée à une grandeur vectorielle seuil, - les moyens de déclenchement d'alerte étant couplés aux moyens (3,4,5) de traitement des mesures et émettant un message d'alerte au reçu du signal de détection en provenance desdits moyens (3,4,5) de

traitement des mesures.
2. Ensemble de déclenchement d'une alerte selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur vectorielle seuil est une grandeur prédéterminée.
3. Ensemble de déclenchement d'une alerte selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur vectorielle seuil est une grandeur variable en fonction d'une valeur adaptative calculée à partir des

dernières grandeurs vectorielles mesurées.
4. Ensemble d'alerte selon l'une des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens

(3,4,5) de traitement sont situés à distance de

l'objet.
5. Ensemble d'alerte selon l'une des

revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens

de traitement (3,4,5) des mesures sont sur l'objet.
6. Ensemble d'alerte selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (40) de mesure solidaires de l'objet comportent en outre un ou

plusieurs inclinomètres (2) un ou plusieurs axes.
7. Ensemble de mesure selon l'une des

revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens

(6,7) d'émission de message émettent, en outre, de

façon périodique un message de présence.
8. Ensemble d'alerte selon l'une des

revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens

(3,4,5) de traitement comportent un filtre de Kalman.
9. Objet surveillé, / caractérisé en ce qu'il comporte au moins un magnétomètre (1) à un ou plusieurs axes, solidaire de l'objet, des moyens (3,4,5) de traitement de valeur de mesure en provenance du ou des magnétomètres (1,1') pour détecter un mouvement de rotation de l'objet et émettre un signal de détection des moyens d'émission (6,7) de message couplés aux moyens (3,4,5) de traitement pour émettre un message

d'alerte sur réception du signal de détection.
10. Objet surveillé, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un magnétomètre (1,1') à un ou plusieurs axes produisant des valeurs mesurées de champ magnétique et des moyens de transmission (6,7)

transmettant ces valeurs vers des moyens de traitement.
11. Procédé de surveillance d'un objet ou d'un ensemble d'objets dans lequel chaque objet communique avec une station de surveillance, caractérisé en ce que du côté de l'objet: - on détecte au moins un mouvement de rotation de l'objet d'amplitude supérieure à un seuil, - on émet en permanence de façon périodique un message de présence tant qu'il n'y a pas détection, - on émet au moins un message d'absence dès qu'une rotation d'amplitude supérieure à un seuil est détectée, et - en ce que du côté de la station de surveillance on émet une alerte sur réception du message d'alerte type ou s'il n'y a pas eu de réception de message de présence pendant une durée supérieure à une durée déterminée.