CH625889A5

CH625889A5 -

Info

Publication number: CH625889A5
Application number: CH1413477A
Authority: CH
Inventors: Jean Raymond Narbaits-Jaureguy; Henri Billottet; Pierre Granier
Original assignee: Thomson Csf
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1977-11-18
Publication date: 1981-10-15
Also published as: LU78537A1; ES464263A1; AU3073277A; GB1595437A; AU512755B2; JPS5836754B2; US4232285A; DK512377A; IT1091098B; JPS5367460A; NL7712722A; BE860936A; DE2751676A1; FR2371675B1; SE7712896L; FR2371675A1

Description

La présente invention concerne un capteur électromagnétique sensible à une modification d'un champ magnétique et son utilisation pour le contrôle du trafic routier

Dans le cadre de la circulation routière qui tend à augmenter de jour en jour, des recherches sont entreprises pour faciliter au mieux l'écoulement des véhicules en ouvrant des itinéraires de déviation lorsque le ralentissement de la circulation devient important par suite de l'accumulation des véhicules sur une voie de communication ou un tronçon de voie. Les facilitiés que l'on peut offrir à la circulation routière pour la rendre plus fluide reposent sur la connaissance d'un certain nombre de données concernant les véhicules, leur passage à un endroit déterminée, leur direction, leur vitesse, etc.

Toutes ces informations peuvent être obtenues à partir d'organes connus sous le nom de capteurs magnétiques disposés sur la chaussée ou sur le côté ou enfois dedans et qui comportent au moins un moyen d'émission, généralement une bobine dont l'excitation crée un champ magnétique autour du capteur et un moyen de réception, généralement bobine ou cadre, unique ou double. Une masse métallique, généralement un véhicule qui se trouve ou pénètre dans le champ magnétique créé par les moyens d'émission perturbe les lignes de force du champ émis. Cette perturbation est détectée par les moyens de réception et l'information qui en est tirée est traitée dans des circuits électroniques associés.

Le but de l'invention est de fournir un capteur ayant une très bonne sensibilité à la détection de la présence d'une masse métallique, mais insensible aux influences de l'environnement en l'absence de masse métallique.

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Le capteur selon l'invention est défini par la revendication 1.

L'invention a également pour objet l'utilisation du capteur pour le contrôle du trafic routier, cette utilisation étant définie par la revendication 11.

Les avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'exemples de réalisation donnée à l'aide des figures qui représentent:

— la figure 1, une représentation schématique en vue cavalière d'un capteur suivant l'invention;

— la figure 2, une représentation schématique du moyen électronique d'exploitation du signal délivré par le moyen de réception;

— la figure 3, un diagramme des champs intervenant dans le fonctionnement du capteur;

— la figure 4, un diagramme de fonctionnement du discriminateur de phase;

— la figure 5, un diagramme de fonctionnement d'un comparateur à hystérésis;

— la figure 6, une variante du capteur de la figure 1;

— la figure 7, un réseau de courbes montrant la sensibilité du capteur en fonction de l'angle de la bobine de réception avec la normale à la semelle et de l'amplitude du signal induit par une masse métallique;

— les figures 8,9,10 et 11, différentes vues montrant l'implantation de capteurs suivant l'invention lorsqu'ils sont utilisés pour le contrôle du trafic routier.

La figure 1 représente sous une forme schématique un capteur suivant l'invention. Il comprend une semelle métallique 1 sur laquelle est disposée une bobine cylindrique 2 autour de laquelle se trouve un enroulement 3 connecté à une source de courant 4. L'axe 5 de la bobine d'émission 2 est parallèle au plan de la semelle, dans le sens de la longueur. A l'autre extrémité de la semelle 1 est disposée une bobine de réception 6 ayant la forme d'une bobine plate avec un enroulement connecté aux bornes 8 d'un circuit électronique d'exploitation REC. L'axe 9 de cette bobine fait un angle a avec la perpendiculaire N à la semelle 1. Une vis 7 et un ressort 70 représentent des moyens de réglage de cet angle a.

La figure 2 représente de façon schématique les dispositifs électroniques d'exploitation des informations délivrées par la bobine de réception, informations dont la phase sera exploitée.

A partir de la source 4, on note un amplificateur 10 connecté à l'enroulement 3 de la bobine d'émission 2, à travers un condensateur 12. Un transformateur d'intensité lia son enroulement primaire inséré dans la connexion amplificateur 10,

bobine 3 et son secondaire connecté à l'entrée de référence d'un comparateur 16, se trouvant dans la chaîne connectée à la bobine de réception 6. Celle-ci a son enroulement connecté à un amplificateur 13 à caractéristique linéaire. Cet amplificateur alimente un comparateur 14 dont la seconde entrée est à la masse à travers un condensateur de découplage. Un condensateur 15 ajustable permet de régler l'accord de la bobine 6 sur la fréquence de la source pilote 4. La sortie du comparateur 14 est connectée à une première entrée 170 d'un discriminateur de phase 17 dont une seconde entrée 171 est connecté à un comparateur 16 recevant le courant de référence délivré par l'enroulement secondaire du transformateur 11 d'intensité. Ce discriminateur est dans un exemple préférentiel un circuit logique «OU» exclusif. La sortie du discriminateur de phase 17 est connectée à un circuit résistance 20, capacité 18, alimentant une entrée d'un comparateur 19 dont l'autre entrée est connectée à un circuit à seuil 21. La sortie 22 du comparateur 19 fournit l'information attendue du capteur.

Le fonctionnement d'un tel capteur est le suivant donné à l'aide de la figure 3.

Lorsque l'enroulement 3 de la bobine 2 est parcouru par un courant électrique provenant de la source 4, un champ électromagnétique est produit autour du capteur. Ce champ induit dans la masse métallique représentée symboliquement par M qui dans l'exemple choisi peut être un véhicule situé pénétrant danslechampEl,des courants qui àleurtour vont rayonner un champ autour de la plaque, qui dans un cas idéal serait en phase avec le champ produit par la bobine d'émission 2. Cependant du fait des pertes existant dans la masse métallique 23, le vecteur E5 représentant le champ réémis n'est pas en phase avec le vecteur Ë? mais présente un déphasage a avec le vecteur E'1 parallèle au vecteur El. Ce champ Ë? constitue ce qu'il est convenu d'appeler la perturbation du champ émis ÈT, perturbation due à la masse métallique M et qui a priori indique la présence de ladite masse dans le champ émis ÊT.

Cette perturbation est détectée par la bobine de réception 6 et l'information qu'elle renferme est délivrée par le dispositif de la figure 2 qui traite la phase du signal délivré par la bobine 6 à ses bornes 8.

Pour accroître la sensibilité du capteur d'une part et le soustraire aux influences de l'environnement d'autre part en améliorant le rapport signal à bruit, au lieu de prévoir une bobine de réception 6 plate, qui ait un axe 9 rigoureusement perpendiculaire à la semelle, ledit axe est incliné d'un angle a pouvant varier par rapport à cette perpendiculaire. La variation de cet angle par rapport à la semelle permet de choisir l'amplitude et la phase gar rapport au vecteur champ émis ËÎ du champ de mesure E3 induit dans la bobine de réception. L'angle entre les vecteurs champ El etË§ doit être toutefois différent de 180°. On notera que cet angle a est généralement de faible valeur, de l'ordre de 5 à 10°, si l'on veut obtenir une amplitude du vecteur de mesure relativement faible vis-à-vis de la tension induite moyenne due à la présence d'une masse métallique.

Le champ électromagnétique auquel est soumise la bobine de réception est la résultante du champ réémis par la masse métallique 23 et celui provenant des courants tourbillonnaires induits dans la semelle. Ce vecteur résultant v présente ainsi un angle de phase important par rapport à la référence donnée par le vecteur champ émis par la bobine d'émission.

Les circuits d'exploitation connectés aux bornes de la bobine de réception, exploitent la phase de ce vecteur champ résultant dans des conditions qui améliorent grandement le rapport signal à bruit et la sensibilité du capteur.

Le traitement électronique du signal délivré par la bobine de réception 6 est décrit en se référant à la figure 2 dont les éléments constitutifs ont été déjà énumérés. Le signal délivré par la bobine qui est comme a été dit la composante des signaux représentés par les vecteurs Ë? et Ë3 est appliqué à un amplificateur linéaire 13. Un condensateur ajustable 15 situé en parallèle sur l'enroulement de la bobine de réception 6 permet l'accord de la bobine de réception sur la fréquence pilote de la source 4. Le signal amplifié est appliqué à une entrée d'un circuit comparateur 14 dont l'autre entrée est connectée à la masse à travers une capacité de découplage. La sortie du comparateur délivre un signal quantifié qui est appliqué à l'entrée 170 d'un circuit discriminateur de la phase; une deuxième entrée 171 du discriminateur 17 reçoit de la sortie d'un circuit comparateur 16 semblable au circuit 14 un signal quantifié qui représente un signal de référence. Celui-ci, repéré par l'abréviation REF, est obtenu à la sortie de l'enroulement secondaire d'un transformateur d'intensité 11 dont l'enroulement primaire est inséré dans la connexion reliant la sourve 4 à la bobine d'émission 2. Le transformateur d'intensité présente l'avantage que le signal de référence qu'il donne est proportionnel au vecteur intensité qui parcourt le circuit d'émission et qui est

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rigoureusement en phase avec le champ effectivement rayonné par la bobine. De ce fait l'environnement fait varier les constantes linéiques du circuit d'émission ce qui crée un déphasage variable avec l'enroulement entre le vecteur tension et le vecteur intensité de la bobine d'émission. En prenant comme référence le signal recueilli sur le secondaire du transformateur d'intensité, on évite des dérives que le déphasage introduit. Le discriminateur de phase 17 est un circuit logique «OU» exclusif. La figure 4 représente à l'aide d'un diagramme, le fonctionnement de ce discriminateur de phase.

Le signal quantifié A est le signal délivré par la bobine de réception; le signal B est le signal de référence. Le signal C = A—B est le signal délivré par le discriminateur. On constate clairement que le signal C représente le déphasage entre les signaux A et B. Ce signal au sortir du circuit filtre constitué par la résistance 20 et la capacité 18 est une tension v proportionnelle au déphasage entre les signaux A et B. Cette tension est appliquée à une entrée d'un circuit comparateur 19 dont l'autre entrée est connectée à un potentiomètre 21 définissant une tension de seuil. L'information donnée par le capteur apparaît en 22. Cette information, indiquant la présence d'un véhicule dans la zone d'activité du capteur peut être envoyée à un dispositif de visualisation ou tout autre dispositif d'exploitation qu'il n'est pas nécessaire de décrire particulièrement.

On peut améliorer la connaissance de l'information délivrée par le capteur, en utilisant un circuit comparateur 19 dit à hystérésis qui présente la particularité de réagir différemment pour les parties ascendantes de la courbe de tension qui lui est appliquée et pour les parties descendantes.

La figure 5 représente un diagramme de fonctionnement d'un tel comparateur.

La courbe Cl est la tension v fonction de la phase qui est appliquée à une première entrée du comparateur à hystérésis 19. VE représente la tension de seuil établie par le potentiomètre 21. On a représenté en VD la valeur de seuil établie par le comparateur lui-même, valeur qui est inférieure à VE. Les points F, G, H, I d'intersection de la courbe Cl avec le seuil VE déterminent pour un comparateur classique les impulsions FIGI et Hill correspondant aux parties de la courbe représentative Cl supérieures au seuil VE.

L'existence d'un seuil VD établi par le comparateur lui-même entraîne que pour des portions à pente négative telle que GH de la courbe qui restent supérieures au seuil VD, le comparateur ne réagit pas au point G. Il ne réagit pas non plus au point d'intersection I. Par contre le comparateur réagit au point d'intersection K de la courbe Cl avec le seuil inférieur VD.

La réponse du comparateur à hystérésis n'est plus une succession de deux impulsions telles que FIGI et Hill, mais une seule impulsion F1K1.

La portion GH de la courbe Cl étant due à du bruit en général, un comparateur classique aurait indiqué la présence de deux véhicules. L'utilisation d'un comparateur à hystérésis, fournit une protection accrue contre les bruits en délivrant un signal qui indique la présence d'un seul véhicule.

On a indiqué dans ce qui précède l'influence de la semelle métallique du capteur sur la formation du vecteur champ auxiliaire de mesure E2. Cette semelle est avantageusement en fer, ou en alliages de duralumin, ou encore en des aciers inox amagnétiques.

L'influence de cette semelle peut encore être améliorée en disposant au-dessous et plaquée contre elle, une plaque 100 (figure 1) relativement épaisse en aluminium pur, en AG4 ou autres matériaux similaires.

On notera que la disposition de la bobine de réception 6 avec son axe sensiblement perpendiculaire à la semelle, la met relativement à l'abri des courants induits dans le sol. Cette protection est assurée par la semelle elle-même qui joue le rôle d'un écran. Il apparaît de la sorte inutile de prévoir autour des bobines d'émission et de réception des blindages de protection électrostatiques.

La figure 6 présente une variante du capteur selon l'invention obtenue en disposant sur une semelle 1, deux bobines de réception 23,230 situées aux deux extrémités de la semelle, et une bobine d'émission 32 au centre de la semelle. Les deux bobines de réception sont inclinées symétriquement d'un angle a petit par rapport à la normale à la semelle. Chacune des bobines de réception est associée à un dispositif électronique de traitement, en tout point semblable à celui de la figure 3, comportant un amplificateur linéaire 25,250, un comparateur 26,260, un circuit discriminateur de phase 27,270, un circuit filtre constitué par la résistance 28,280 et la capacité 29,290, un comparateur 30,300 avec un seuil 31,310, les sorties SI et S10. La bobine d'émission 32 est connectée à une source d'alimentation pilote 35, à travers un amplificateur 34. Un transformateur d'intensité 33, dont le primaire est inséré dans la connexion 32,34 a son enroulement secondaire connecté à un comparateur 36 délivrant un signal de référence de phase au discriminateur de phase 27,270.

Le fonctionnement de ce capteur qui est appelé un capteur double est le même que celui décrit précédemment. Un capteur de ce type a pour avantage de déterminer la position du véhicule par rapport à lui, suivant la valeur de déphasage constaté à la sortie d'un des comparateurs 30,300.

La figure 7 représente une série de courbes donnant la sensibilité T du capteur, en angle de déphasage en fonction de l'amplitude du signal utile c'est-à-dire du vecteur champ ËÎ induit dans la bobine de réception par une masse métallique M se trouvant ou pénétrant dans le champ émis. Comme paramètre on a considéré diverses valeurs de l'angle a et du vecteur de mesure Ë?. Ces courbes sont repérés I, II, III et IV sur la figure 7.

Pour la courbe I, l'angle a de l'ordre de 3 °, 5 et l'amplitude du vecteur Ë? de 5 unités; pour la courbe II l'angle a est de l'ordre de 7° et l'amplitude du vecteur E?de 10 unités;

pour la courbe III l'angle a est de l'ordre de 10° et l'amplitude du vecteur Ë5 de l'ordre de 5 unités; pour la courbe IV, l'angle a est de l'ordre de 5° et l'amplitude de vecteur Ë? de l'ordre de 10 unités.

L'examen de ces courbes montre que la capteur peut être utilisé de façon sélective pour détecter des types de véhicules différenciés par l'amplitude du signal qu'ils créent dans la bobine de réception.

On peut noter également qu'il suffit que l'angle a à choisir soit de valeur relativement faible entre 5 ° et 100 et dans ce cas, la distance entre les bobines d'émission et de réception est de l'ordre de 50 à 70 cm.

Ayant décrit le capteur suivant l'invention et une de ses variantes, on va donner dans ce qui suit, des indications sur la façon d'utiliser ces capteurs et certains avantages qui peuvent en découler, dans le but de contrôler le trafic routier.

La figure 8 représente de façon schématique, l'implantation de trois capteurs suivant l'invention, disposés perpendiculairement à la direction de la circulation dans les voies considérées. Ces voies sont repérées 40,41,42 et les capteurs désignés par les références 43,44 et 45. Ces capteurs sont reliés à un poste de pilotage 46 pouvant en particulier contenir la source pilote alimentant les bobines d'émission. Si les capteurs sont des capteurs simples conformément à celui de la figure 1, une réponse d'un des capteurs ou de plusieurs indique la présence d'un véhicule sur la ou les voies. Si les capteurs sont des capteurs doubles conformément à celui de la figure 6, l'information délivrée est plus précise. Si les sorties d'un capteur donnent simultanément une réponse, le véhicule est centré sur le capteur, si une réponse n'est fournie que par l'une ou l'autre des sorties,

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le véhicule signalé se trouve du côté de la partie du capteur qui a répondu.

La figure 9 représente une autre façon d'implanter les capteurs, cette fois ci parallèlement au sens de circulation. Les capteurs 47,48,49 sont reliés à un dispositif pilote 50. s

Dans le cas où les capteurs utilisés sont doubles, le passage d'un véhicule dans une voie sera marqué par deux réponses séquentielles. L'ordre dans lequel les réponses du capteur sont enregistrées, fournit une information sur le sens de circulation du véhicule. Cette information peut être extrêmement importante sur la voie médiane d'une chaussée à trois voies de circulation par exemple.

Le décalage entre les fronts avant des impulsions délivrées par les deux chaînes de traitement associées, permet d'effectuer xs le calcul de la vitesse du véhicule.

Le traitement de la durée du passage d'un véhicule vu par chaque voie de réception équipée d'un capteur double peut permettre la détermination de la longueur du véhicule.

La figure 10 représente une troisième façon d'implanter les capteurs dans les voies de communication. Les capteurs 51, 52,53 reliés à un dispositif pilote 54 sont disposés obliquement dans les voies. Les informations recueillies sont semblables à celles recueillies dans les deux premiers exemples d'implantation, perpendiculairement et parallèlement au sens de la circulation.

La figure 11 représente une quatrième façon d'implanter les capteurs. Dans chaque voie de circulation, on dispose successivement deux capteurs perpendiculairement au sens de circulation. Les capteurs 55 — 550,56—560, 57 — 570, sont reliés à un dispositif de pilotage 58. Une telle implantation de capteurs est plus particulièrement destinée à des mesures de vitesse d'un véhicule, par mesure du décalage des fronts avant des impulsions délivrées par l'un puis l'autre capteur.

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REVENDICATIONS

1. Capteur électromagnétique sensible à une modification d'un champ magnétique, comprenant un moyen d'émission créant un champ électromagnétique, au moins un moyen de réception capable de détecter un champ magnétique, et un moyen d'exploitation du signal délivré par le moyen de réception quand une masse métallique se trouve dans le champ émis, ces moyens d'émission et de réception étant réglés pour un couplage minimal en l'absence de ladite masse métallique, caractérisé par le fait qu'il comprend une semelle métallique sur laquelle sont disposés le moyen d'émission et le moyen de réception, ces moyens ayant une position relative l'un par rapport à l'autre et par rapport à la semelle telle que les courants induits dans la semelle par le champ émis créent dans le moyen de réception un champ dit de mesure dont le vecteur représentatif a une amplitude et une phase, par rapport à une référence, fonction de l'intensité des courants induits dans la semelle et de la position du moyen de réception par rapport à elle, et que le signal traité dans le moyen d'exploitation est la résultante du signal créé par le vecteur champ de mesure et du signal créé par le vecteur champ induit dans le moyen de réception par la masse métallique située dans le champ émis, ladite résultante donnant une indication de présence de ladite masse dans ledit champ.
2. Capteur électromagnétique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'émission est constitué par une bobine (2) dont l'axe longitudinal est parallèle à la semelle (1) et que le moyen de réception est constitué par une bobine plate dont l'axe (9) fait un angle (a) avec la normale

à la semelle.
3. Capteur électromagnétique suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'angle que fait l'axe de la bobine de réception avec la normale à la semelle est réglable et compris entre 5 et 10°.
4. Capteur électromagnétique suivant le revendication 1, caractérisé par le fait que la semelle métallique est en fer,

ou en alliage de duralumin ou encore en des aciers inox amagné-tiques.
5. Capteur électromagnétique suivant l'une des revendications 1 ou 4, caractérisé par le fait qu'une plaque métallique, relativement épaisse, en aluminium pur ou en AG4, est plaquée sous la semelle, constituant avec elle un ensemble formé par deux métaux à caractéristiques électriques différentes.
6. Capteur électromagnétique suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen d'exploitation comporte un discriminateur de phase (17) dont une entrée est connectée à la bobine de réception (REC) à travers un premier comparateur (14) et un amplificateur (13) et dont l'autre entrée est connectée à une source de référence, à travers un deuxième comparateur (16), la dite source de référence étant l'enroulement secondaire d'un transformateur (11) d'intensité dont l'enroulement primaire est inséré entre une source d'alimentation pilote (4) et la bobine d'émission (2), la sortie du dit discriminateur de phase (17) étant connectée à un circuit résistance (20) capacité (18) alimentant un troisième comparateur (19) dont une entrée est connectée à un circuit à seuil (21).
7. Capteur électromagnétique suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les premier et deuxième comparateurs (14,16) sont agencés pour délivrer des signaux quantifiés.
8. Capteur électromagnétique suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le discriminateur de phase (17) est un circuit logique «OU» exclusif.
9. Capteur électromagnétique suivant la renvendication 6, caractérisé par le fait que le troisième comparateur (19) est un comparateur dit à hystérésis.
10. Capteur électromagnétique suivant l'une des revendications 1,2,3 ou 4, comportant une semelle métallique constituée par une plaque ou deux plaques de métal différent, caractérisé par le fait qu'il comprend deux moyens de réception et que le moyen d'émission est disposé sur la semelle entre les deux moyens de réception qui se trouvent chacun à une extrémité de la dite semelle, chaque moyen de réception étant connecté à un moyen d'exploitation du signal délivré par ce moyen de réception.
11. Utilisation du capteur électromagnétique selon la revendication 1, pour le contrôle du trafic routier, le capteur étant disposé sur une voie de circulation.
12. Utilisation selon la revendication 11 d'un capteur électromagnétique selon les revendications 2 à 10.
13. Utilisation selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le capteur est disposé perpendiculairement au sens de circulation de manière à permettre de déterminer la posittion d'un véhicule par rapport à lui en fonction des réponses présentes à la sortie des moyens d'exploitation.
14. Utilisation selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le capteur est placé parallèlement au sens de la circulation de manière à permettre de déterminer le sens de circulation, la vitesse et la longueur d'un véhicule en fonction des réponses séquentielles obtenues à la sortie des moyens d'exploitation.
15. Utilisation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée par le fait que le capteur est disposé obliquement par rapport au sens de la circulation.
16. Utilisation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée par le fait que sur la voie de circulation sont disposés deux capteurs identiques, placés perpendiculairement au sens de circulation et reliés à un circuit de pilotage commun.
17. Utilisation selon une des revendications 13 à 16, pour le contrôle du trafic sur plusieurs voies de circulation parallèles, caractérisée par le fait que les capteurs disposés sur les différentes voies sont reliés à un circuit de pilotage commun.