EP0454542B1 - Dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique - Google Patents

Description

• La présente invention concerne d'une manière générale les clôtures électriques utilisées pour fermer les champs où paissent des animaux afin de pouvoir laisser ceux-ci sans surveillance.
• L'invention concerne plus particulièrement un dispositif permettant de contrôler le bon fonctionnement de ces clôtures.
• Plusieurs types de dispositifs contrôleurs pour clôtures électriques sont déjà connus et usuellement mis en oeuvre. Les contrôleurs le plus souvent utilisés permettent de détecter ou de mesurer la tension de crête existant entre les bornes d'un électrificateur, entre deux fils conducteurs, ou entre un fil conducteur et le sol. D'autres types de contrôleurs permettent de mesurer une valeur plus ou moins intégrée sur le temps de la tension de l'impulsion.
• Cependant on a remarqué que la grandeur représentative de la douleur ressentie par un animal ou un homme touchant les conducteurs est surtout fonction de l'énergie électrique qui est dissipée dans le corps pendant l'impulsion.
• La mesure de la tension de crête de l'impulsion n'est donc pas très représentative de l'efficacité de l'électrificateur, ou de la ligne de clôture électrique à l'endroit où l'on fait la mesure.
• Par ailleurs, la mesure de l'énergie de l'impulsion n'est pas très facile à réaliser, car elle est de la forme $${\text{∫(1/R}}_{\text{c}}\text{) V²(t) dt}$$

  

  
  où :
• V(t) est la tension instantanée apparaissant entre les points de contact de l'animal avec les conducteurs de clôture,
• R_c est l'impédance équivalente de l'animal soumis à une impulsion à haute tension, et dont différentes expériences ont montré qu'elle était d'ordre essentiellement résistif, variant, selon l'animal, de quelques centaines à quelques milliers d'ohms.
• La nécessité de calculer une fonction du carré de la tension rend la réalisation d'un système de contrôle ni facile ni économique si l'on utilise les moyens électroniques traditionnels.
• Il est possible de proposer différentes méthodes de mesure de l'énergie de l'impulsion (voir WO-A-8 200 936) mais celles-ci ne permettent pas généralement de mettre au point un dispositif intéressant :
• les moyens utilisant la mesure de l'échauffement d'une résistance ne sont ni fiables ni suffisament répétitif,
• les moyens utilisant la digitalisation du signal d'entrée pour ensuite le traiter numériquement (calcul du carré de la tension puis intégration), nécessitent des composants rapides et onéreux,
• les moyens utilisant des composants permettant la multiplication analogique d'un signal d'entrée par lui-même sont également onéreux, et présentent l'inconvénient de nécessiter des compensations des dérives dans le temps, et des dérives en température.
• Afin de pallier ces inconvénients, l'invention tend à proposer un dispositif dont les parties "quadrature de V(t)" et "intégration sur le temps" sont composées d'éléments passifs (résistances, diodes, diodes zener, condensateurs...) stables dans le temps et en température, peu gourmands en énergie, et dont le temps de réponse est extrêmement court.
• A cet effet, l'invention concerne un dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique, le dispositif mesurant l'énergie de chaque impulsion apparaissant en sortie de l'électrificateur ou entre deux conducteurs de la clôture et comprenant deux bornes d'entrée, des moyens pour générer un courant à partir de la tension de l'impulsion appliquée entre les bornes d'entrée, courant qui est proportionnel à une fonction approximant le carré de la tension d'entrée, et des moyens pour intégrer sur le temps le courant ainsi généré.
• Suivant une première variante de réalisation de l'invention l'approximation de la fonction "carré de la tension" est obtenue en recueillant un courant I(t) # K V²(t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances R_n et des éléments écrêteurs Z_n, conducteurs au-dessus d'une tension V_n, reliés en série avec les résistances R_n, ledit circuit étant tel que :
• chaque branche R_n, Z_n est connectée en parallèle,
• les valeurs des résistances R_n et des éléments Z_n ont des valeurs étagées suivant les formules :
     V_o = 0
  R_o = 1 / K V₁
  R₁ = 1 / K V₂
  R₂ = 1 / [K (V₃ - V₁)]
  ..........................
  R_n-1 = 1 / [K(V_n - V_n-2)]
  le courant I(t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments qui coupent la parabole : $$\text{I(t) = K V²(t)}$$
  
  aux points d'abscisses :
     V = V_o
     V = V₁
     V = V₃
     ............
     V = V_n-2
     V = V_n-1
     V = V_n
• Suivant une seconde variante de réalisation, l'approximation de la fonction "carré de la tension" peut être obtenue en recueillant un courant I(t) # K V²(t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances R_n et des éléments écrêteurs Z_n, conducteurs au-dessus d'une tension V_n, reliés en série avec les résistances R_n, ledit circuit étant tel que :
• chaque branche R_n, Z_n est connectée de manière que les résistances R_n aient un point commun alors que chaque élément Z_n a le point, non commun à la résistance R_n, relié au point commun à la résistance R_n-1 et Z_n-1,
• les valeurs des résistances R_n et des éléments Z_n ont des valeurs étagées suivant les formules :
     V_o = 0
  R_o = 1 / K V₁
  R₁ = 1 / [K (V₂ + V₁)]
  R₂ = 1 / [K (V₃ + V₂)]
  ..........................
  R_n-1 = 1 / [K (V_n + V_n-1)]
  le courant I(t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments qui coupent la parabole : $$\text{Y(t) = K V²(t)}$$
  
  aux points d'abscisses :
     V = V_o
     V = V₁ + V₂
     V = V₁ + V₂ + V₃
     .............
     V = V ₁ + V₂ + V₃ + ... +V_n-2
     V = V₁ + V₂ + V₃ + ... + V_n-1
     V = V₁ + V₂ + V₃ + ... + V_n
• Dans le cas du premier montage les valeurs V_n peuvent être les valeurs d'une suite arithmétique de premier élément 0 et d'argument V_o, les valeurs des résistances R_n étant alors égales, sauf R_o qui a une valeur double de R₁ = R₂ = R₃ = ... = R_n.
• Dans le cas du second montage les valeurs de V_n peuvent être choisies toutes identiques, à l'exception de V_o qui a une valeur nulle, les valeurs des résistances R_n étant alors égales, sauf R_o qui a une valeur double de R₁ = R₂ = R₃ = ... = R_n.
• Une charge électrique R_c simulant l'impédance d'un animal touchant les fils peut être connectée entre les deux bornes d'entrée du contrôleur, la valeur ohmique de R_c étant beaucoup plus petite que les valeurs ohmiques des résistances R_n du circuit d'analyse et de mesure.
• L'intégrale du courant I(t) proportionnel au carré de la tension peut être obtenue par la charge d'un condensateur C_i à travers une résistance R_i tels que la constante de temps R_i C_i soit beaucoup plus grande que la durée de l'impulsion d'entrée.
• Le condensateur C_i est déchargé par un dispositif de remise à zéro automatique, un certain temps après l'impulsion, après que la tension de crête atteinte ait été relevée mais avant que n'apparaisse l'impulsion suivante.
• Le condensateur C_i peut aussi n'être déchargé par un dispositif de remise à zéro automatique qu'après un nombre déterminé d'impulsions.
• Enfin la décharge du condensateur C_i peut être obtenue par un commutateur à fonctionnement manuel.
• La lecture de l'énergie de l'impulsion se fait en reliant le condensateur à un dispositif afficheur, numérique ou à aiguille, qui indique la valeur de crête du voltage du condensateur C_i atteinte à la fin du ou des processus d'intégration.
• On comprendra mieux les divers aspects de l'invention par la lecture de la description qui va suivre en regard du dessin sur lequel :
• la Figure 1 représente un schéma global d'une réalisation possible du dispositif faisant l'objet de l'invention,
• la figure 2 représente une réalisation possible du bloc électrique Q₁ qui génère un courant I(t) proportionnel au carré de V(t),
• la figure 3 est une représentation de la courbe G(V) de la valeur du courant généré par le dispositif de la figure 2,
• la figure 4 représente une variante de réalisation du montage de la figure 2,
• la figure 5 représente un circuit intégrateur.
• Sur la figure 1, une charge R_c est reliée entre les deux bornes d'entrée du contrôleur. Cette charge peut être choisie proche de 1000 ohms, valeur qui représente assez bien l'impédance du corps et des contacts pour un animal touchant le fil. R₂ et R₃ forment un pont diviseur, R₂ ayant des valeurs suffisantes pour ne pas modifier la charge R_c de manière appréciable. Dans le cas où R₃ a une valeur beaucoup plus petite que R_c, on peut supprimer R₂ et relier R₃ en série avec R_c.
• R₂ et R₃ forment un pont diviseur afin de travailler sous des tensions, aux bornes de R₃, beaucoup moins élevées que la tension d'entrée V(t) qui peut atteindre 10.000 volts.
• Un pont de diodes D₁, D₂, D₃, D₄ permet de redresser les oscillations du signal d'entrée. Aux bornes A et B de ce pont de diodes est branché un système électrique composé des 4 blocs Q₁, Q₂, Q₃, Q₄. Ces 4 blocs permettent l'analyse du signal, son affichage, et la remise à zéro du système.
• Q₁ est un dispositif qui transforme le signal V(t) en un courant électrique I(t) proportionnel au carré de V(t).
• Q₂ intègre le signal I(t) sur le temps, et stocke l'information sous forme d'une tension de charge V₂ d'un condensateur C_i qui est proportionnelle à : $${\text{∫I²(t) dt \# M x ∫(1/R}}_{\text{c}}\text{) x V²(t) dt .}$$

  
• Q₃ est un dispositif qui indique, par exemple sur un afficheur numérique, la tension V₂ atteinte aux bornes de C_i après la fin de chaque impulsion électrique.
• Q₄ est un dispositif qui permet de décharger complètement C_i après que la lecture de sa tension de crête ait été faite. Q₄ peut être conçu, en utilisant les moyens bien connus de l'électronique, pour décharger le condensateur C_i automatiquement un certain temps après chaque impulsion lorsque la lecture de V₂ a été faite. Q₄ peut également être conçu pour ne décharger automatiquement C_i qu'après un nombre prédéterminé d'impulsions afin que le signal puisse être cumulé sur plusieurs impulsions. Enfin Q₄ peut être un dispositif manuel du genre "bouton-poussoir" sur lequel l'utilisateur appuie afin de décharger C_i, après un nombre d'impulsions suffisant pour assurer une lecture fiable de l'affichage, dans le cas où l'énergie résiduelle à l'endroit de la mesure est petite.
• Une réalisation possible du bloc électrique Q₁ est visible à la figure 2 sur laquelle Z₁, Z₂ ... Z_n sont des éléments écrêteurs tels que des diodes zener ou des résistances variables avec la tension. Les éléments Z_n sont rangés suivant l'ordre croissant des valeurs V_n de leurs tensions de seuil, de la gauche vers la droite. La première valeur V_o de l'élément Z_o est prise, dans cet exemple égale à zéro, Z_o, qui est en fait un court-circuit, n'est pas représenté.
• Le dispositif tel que représenté sur la figure 2 permet, lorsqu'on choisit judicieusement les valeurs V_k des seuils de tensions des diodes zener, et les résistances R_k associées, d'obtenir un courant I(t) qui est une fonction croissante G(V) représentée à la figure 3, composée de segments de droites dont chacun est une sécante ("corde") d'une courbe F(V) en des points recherchés.
• En se reportant aux figures 2 et 3, on voit que si : $${\text{I(V}}_{\text{k-1}}{\text{) = F(V}}_{\text{k-1}}\text{)}$$

  

  
  et $${\text{I(V}}_{\text{k}}{\text{) = F(V}}_{\text{k}}\text{)}$$

  

  
  on a pour V compris entre V_k et V_k+1 : $${\text{I(V)=F(V}}_{\text{k}}{\text{)+{[(F(V}}_{\text{k}}{\text{)-F(V}}_{\text{k-1}}{\text{)]x[(V-V}}_{\text{k}}{\text{)/(V}}_{\text{k}}{\text{-V}}_{\text{k-1}}{\text{)}+[(V-V}}_{\text{k}}{\text{)/R}}_{\text{k}}\text{]}$$

  
• Si l'on veut que I(V_k+1) = F(V_k+1), on obtient la valeur à choisir pour R_k en reportant V = V_k+1 dans la fonction I(V) ci-dessus et en écrivant que I(V_k+1) = F(V_k+1).
• Dans le cas d'une fonction F(V) parabolique, les fonctions récurrentes ci-dessous donnent R_n en fonction de V_n :
     R_o = 1 / K V₁
     R₁ = 1 / K V₂
     R₂ = 1 / [K (V₃ - V₁)]
     .......................
     R_n-1 = 1 / [K (V_n - V_n-2)]
• Le courant I(t) est alors une fonction de V(t) représentée par une série de segments ("cordes") coupant la parabole F(t) = K V²(t) aux points d'abscisses :
     V = 0
     V = V₁
     V = V₂
     .....
     V = V_n-1
     V = V_n
• Un choix assez rapproché des valeurs des V_n permet alors d'obtenir une excellente approximation de la fonction parabolique.
• Si l'on choisit d'utiliser des éléments écrêteurs dont les tensions de seuils suivent une progression arithmétique (par exemple en reliant en série plusieurs diodes zener de même tension de seuil), il faut alors choisir des résistances de valeur égale, sauf pour R_o qui doit avoir une valeur ohmique double de R₁, R₂, R₃...R_n.
• Le schéma de la figure 4 représente une variante du montage de la figure 2, dans lequel les éléments écrêteurs sont montés en série, ce qui permet de limiter le nombre de types de diodes zener à utiliser et la valeur de leur tension de seuil.
• On montre facilement que, dans le cas de la figure 4, les valeurs des résistances permettant d'obtenir un courant I(t) proche d'une fonction parabolique de V, doivent respecter les valeurs suivantes :
     R_o = 1 / K V₁
     R₁ = 1 / [K (V₂ + V₁)]
     R₂ = 1 / [K (V₃ + V₂)]
     ....................
     R_n-1 = 1 / [K (V_n + V_n+1)]
• Si l'on choisit d'utiliser des éléments écrêteurs identiques, de même valeur de tension seuil, il faut alors utiliser des résistances de même valeur, sauf la première résistance R_o qui doit avoir une valeur ohmique double des résistances R₁, R₂, ... R_n.
• La figure 5 représente un circuit intégrateur bien connu, composé d'une résistance de charge R_i et d'un condensateur C_i. Ce circuit permet d'obtenir l'intégration du courant I(t) avec une très bonne approximation dans la mesure où la constante de temps R_i C_i est bien inférieure à la durée de chaque impulsion.

Claims (12)

1. Dispositif de contrôle servant à mesurer l'efficacité d'une clôture électrique, le dispositif mesurant l'énergie de chaque impulsion apparaissant en sortie de l'électrificateur ou entre deux conducteurs de la clôture et comprenant deux bornes d'entrée, des moyens pour générer un courant à partir de la tension de l'impulsion appliquée entre les bornes d'entrée, courant qui est proportionnel à une fonction approximant le carré de la tension d'entrée, et des moyens pour intégrer sur le temps le courant ainsi généré.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'approximation de la fonction "carré de la tension" est obtenue en recueillant un courant I(t) # K V²(t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances R_n et des éléments écrêteurs Z_n, conducteurs au dessus d'une tension V_n, reliés en série avec les résistances R_n, ledit circuit étant tel que :

   - chaque branche R_n, Z_n est connectée en parallèle,

   - les valeurs des résistances R_n et des éléments Z_n ont des valeurs étagées suivant les formules :
      V_o = 0
   R_o = 1 / K V₁
   R₁ = 1 / K V₂
   R₂ = 1 / [K (V₃ - V₁)]
   ..........................
   R_n-1 = 1 / [K (V_n - V_n-2)]
   le courant I(t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments, ou "cordes", qui coupent la parabole $$\text{I(t) = K V²(t)}$$

   

   aux points d'abscisses
      V = V_o
      V = V₁
      V = V₃
      .............
      V = V_n-2
      V = V_n-1
      V = V_n
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'approximation de la fonction "carré de la tension" est obtenue en recueillant un courant I(t) # K V²(t) à la sortie d'un circuit comportant des résistances R_n et des éléments écrêteurs Z_n, conducteurs au dessus d'une tension V_n, reliés en série avec les résistances R_n, ledit circuit étant tel que :

   - chaque branche R_n, Z_n est connectée de manière que les résistances R_n aient un point commun alors que chaque élément Z_n a le point, non commun à la résistance R_n, relié au point commun à la résistance R_n-1 et Z_n-1,

   - les valeurs des résistances R_n et des éléments Z_n ont des valeurs étagées suivant les formules :
      V_o = 0
   R_o = 1 / K V₁
   R₁ = 1 / [K ( V₂ + V₁)]
   R₂ = 1 / [K (V₃ + V₂)]
   ..........................
   R_n-1 = 1 / [K (V_n + V_n-1)]
   le courant I(t) étant alors une fonction qui peut être représentée par une série de segments, ou "cordes", qui coupent la parabole : $$\text{I(t) = K V²(t)}$$

   

   aux points d'abscisses

      V = V_o
      V = V₁ + V₂
      V = V₁ + V₂ + V₃
      .............
      V = V₁ + V₂ + V₃ + ... +V_n-2
      V = V₁ + V₂ + V₃ + ... + V_n-1
      V = V₁ + V₂ + V₃ + ... + V_n
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les éléments écrêteurs Z_n sont des diodes zener ou des résistances variables avec la tension.
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les valeurs V_n sont les valeurs d'une suite arithmétique de premier élément 0 et d'argument V_o, les valeurs des résistances R_n étant alors égales, sauf R_o qui a une valeur double de R₁ = R₂ = R₃ = ... = R_n.
6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les valeurs de V_n sont toutes identiques, à l'exception de V_o qui a une valeur nulle, les valeurs des résistances R_n étant alors égales, sauf R_o qui a une valeur double de R₁ = R₂ = R₃ = ... = R_n.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une charge électrique R_c simulant l'impédance d'un animal touchant les fils est connectée entre les deux bornes d'entrée du contrôleur, la valeur ohmique de R_c étant beaucoup plus petite que les valeurs ohmiques des résistances R_n du circuit d'analyse et de mesure.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'intégrale du courant I(t) proportionnel au carré de la tension est obtenue par la charge d'un condensateur C_i à travers une résistance R_i tel que la constante de temps R_ixC_i soit beaucoup plus grande que la durée de l'impulsion d'entrée.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le condensateur C_i est déchargé par un dispositif de remise à zéro automatique, un certain temps après l'impulsion, après que la tension de crête atteinte ait été relevée mais avant qu'apparaisse l'impulsion suivante.
10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le condensateur C_i n'est déchargé par un dispositif de remise à zéro automatique qu'après un nombre déterminé d'impulsions.
11. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le condensateur C_i est déchargé par un commutateur à fonctionnement manuel.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le condensateur est relié à un dispositif afficheur, numérique ou à aiguille, qui indique la valeur de crête du voltage du condensateur C_i atteinte à la fin du ou des processus d'intégration.

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