FR2670084A1 - Systeme de retenue pour un animal. - Google Patents

Abstract

Un système de retenue pour un animal comprend un émetteur radiofréquence (T) situé à proximité d'une zone dans laquelle un animal (D) doit être retenu, une antenne émettrice (A) et un collier porté par l'animal. Ce collier contient plusieurs récepteurs de signaux radioélectriques, ayant chacun une antenne réceptrice fortement directionnelle, avec les axes de sensibilité maximale des différentes antennes orientés dans des directions orthogonales, et un analyseur qui est destiné à détecter une intensité de champ composite des signaux reçus par les antennes, et à détecter le moment auquel cette intensité tombe au-dessous de valeurs prédéterminées. La détection de cette condition déclenche l'application de signaux d'avertissement à l'animal.

Description

SYSTEME DE RETENUE POUR UN ANIMAL

La présente invention concerne des systèmes de retenue pour animaux, et elle porte plus particulièrement sur de tels systèmes qui utilisent des signaux radioélec- 5 triques et un collier ou un élément analogue qui est porté par l'animal et qui produit des signaux d'avertissement pour empêcher que l'animal ne s'échappe d'une zone dési- gnée. Un certain nombre de systèmes ont été développés

dans le passé pour procurer des moyens destinés à limiter les déplacements d'animaux, de façon à les retenir à l'in-

térieur d'une zone telle qu'un jardin Le brevet des E U A. n' 3 753 421 décrit un système dans lequel on utilise un fil pour définir la limite de la zone à l'intérieur de15 laquelle l'animal doit être retenu, et un courant circule dans ce fil L'animal à retenir porte un détecteur sur un collier, et il reçoit un signal qui provient du fil et qui communique un choc d'avertissement à l'animal si ce dernier s'approche trop près du fil limitant la zone Ce système a20 eu un certain succès, mais il présente un certain nombre de limitations, parmi lesquelles la nécessité d'employer une longueur de fil visible ou enterrée, qui achemine un courant et qui s'étend à la périphérie de la zone. Le brevet des E U A N O 4 898 120, qui appartient à la demanderesse, décrit un système plus perfectionné dans lequel on détermine les paramètres de la zone dans laquelle 2 l'animal doit être retenu, en évaluant un signal qui est

reçu par un récepteur central et qui est émis par un émet- teur se trouvant sur l'animal, cette unité centrale pouvant ensuite émettre un signal vers le dispositif que porte 5 l'animal, pour produire un choc ou un son d'avertissement, ou autre Ceci permet de déterminer de façon plus perfec-

tionnée la zone dans laquelle il est libre de se déplacer à son gré, et évite la nécessité de fils visibles à la péri- phérie, ou de structures similaires.10 Un but de la présente invention est de procurer un système original pour retenir un animal dans une zone définie, qui utilise un émetteur relativement simple, et'un dispositif destiné à être porté par l'animal, qui réagit au niveau des signaux provenant de l'antenne de l'émetteur.15 L'invention a également pour but de procurer un tel système dans lequel le dispositif récepteur que porte l'animal fonctionne indépendamment de l'orientation de; l'animal par rapport à l'antenne de l'émetteur, et indépet- damment de la présence d'autres objets autour de l'animal.20 Un autre but est de procurer un tel système dans lequel le récepteur puisse être fabriqué aisément à partir

de composants disponibles dans le commerce, et sous une forme relativement miniaturisée. Un autre but encore est de procurer un tel sys-

tème qui fonctionne de façon fiable et qui ait une durée de vie relativement longue.

On a maintenant trouvé qu'il était possible d'atteindre aisément les buts précités, ainsi que des buts connexes, au moyen d'un système de retenue d'animal compre-30 nant un émetteur radiofréquence prévu pour générer des signaux radioélectriques, qui est destiné à être placé dans une zone dans laquelle l'animal doit être retenu, ou dans une position adjacente à cette zone Une antenne émettrice est connectée fonctionnellement à l'émetteur pour rayonner35 ses signaux radiofréquences, et un dispositif prévu pour

être porté par l'animal reçoit les signaux.

Le dispositif porté par l'animal, ou collier, comprend plusieurs récepteurs de signaux radioélectriques, ayant chacun une antenne de réception, avec les axes de 5 sensibilité maximale des antennes réceptrices des diffé- rents récepteurs orientés dans différentes directions Des moyens sont incorporés pour déterminer une intensité de champ composite sur la base des intensités de champ des signaux radioélectriques que reçoivent les antennes de10 réception, et l'intensité de champ qui est déterminée pré- sente une sensibilité directionnelle qui est moindre que

celle de l'une quelconque des antennes élémentaires Il existe également des moyens qui sont destinés à détecter le moment auquel l'intensité de champ composite qui est déter-15 minée tombe au-dessous de valeurs prédéterminées Des moyens incorporés dans le collier réagissent lorsque l'in-

tensité de champ composite tombe au-dessous d'une valeur; prédéterminée, de façon à générer un signal d'avertissement pour l'animal.20 Il est souhaitable que le dispositif comprenne trois récepteurs, chacun d'eux employant une antenne de même sensibilité et fortement directionnelle, et l'intensi- té de champ composite est la somme vectorielle de l'inten- sité de champ détectée pour les signaux qui sont reçus par25 les antennes, cette intensité de champ composite étant obtenue à partir de la racine carrée de la somme des carrés

des intensités de champ des signaux que reçoivent les trois antennes, qui sont orientées avec des axes de sensibilité maximale mutuellement perpendiculaires (c'est-à-dire ortho-30 gonaux).

Il est préférable que les signaux d'intensité de champ provenant des récepteurs soient multiplexés dans le temps et convertis en une tension continue, avantageusement au moyen d'un convertisseur de valeur efficace en tension35 continue L'antenne émettrice est avantageusement du type à cadre magnétique avec une réponse de dipôle électrique minimale, et les antennes réceptrices sont du type à cadre

magnétique avec un noyau de ferrite. Dans la structure préférée, le dispositif compor-

te des moyens qui sont destinés à détecter le moment auquel l'intensité de champ composite tombe au-dessous de l'une ou l'autre de deux valeurs prédéterminées, ainsi que deux moyens de génération de signal qui coopèrent avec les moyens de détection.10 Le dispositif peut comprendre des moyens destinés à activer le second moyen de génération de signal d'aver tissement si l'animal reste pendant une durée supérieure 'à une durée prédéterminée dans une zone qui se trouve à l'intérieur de la plage encadrée par les première et secon-15 de valeurs prédéterminées Il peut également comprendre des moyens qui sont destinés à invalider le second moyen de

génération de signal d'avertissement si l'animal ne sort pas de la zone correspondant à cette plage et ne retourne pas dans une zone dans laquelle existe une intensité de -20 champ supérieure à la première valeur prédéterminée.

Il est préférable qu'il existe des moyens incor- porés pour invalider les deux moyens de génération de signal d'avertissement si l'animal reste dans une zone dans laquelle l'intensité de champ est inférieure à la première25 valeur prédéterminée, pendant une durée supérieure à une durée prédéterminée, et les moyens d'invalidation pour les

moyens de génération de signal d'avertissement sont restau- rés,et le système est réactivé au moment du retour de l'animal dans une zone dans laquelle l'intensité de champ30 de signal est supérieure à la première valeur prédétermi- née.

Le dispositif comprend de préférence des moyens qui sont destinés à analyser l'intensité de champ composite pendant une certaine durée, avant que les moyens de généra-35 tion de signal d'avertissement ne soient activés, et il est également préférable que la fréquence de l'émetteur soit comprise dans la plage de 10 k Hz à 15 M Hz Le dispositif

utilise un microprocesseur pour effectuer les diverses évaluations.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels:10 La figure 1 est une illustration schématique d'un environnement utilisant le système de retenue d'animal de

la présente invention; La figure 2 est une vue en élévation d'un dispositif consistant en un collier de chien qui contient la structure de récepteur de la présente invention; La figure 3 est un diagramme vectoriel représen- tant l'intensité de champ de signaux qui sont reçus par diverses antennes, et l'intensité de champ composite qui est élaborée à partir de ces signaux;20 La figure 4 est un schéma partiellement sous forme synoptique et partiellement sous forme développée

d'une structure de récepteur conforme à la présente inven- tion; Les figures 5 a-5 e sont des représentations gra-

phiques de signaux reçus, tracées en fonction du temps; La figure 6 est un organigramme de la logique qui commande le fonctionnement du processeur de la figure 4; et

La figure 7 est une représentation partiellement schématique de l'antenne émettrice de la figure 1.

En considérant maintenant les dessins, on voit sur la figure 1 un exemple d'un environnement dans lequel on peut utiliser le système de retenue d'animal de l'inven- tion Une maison désignée par la référence H comporte un jardin Y dans lequel un chien D peut vagabonder Le système35 comprend un émetteur T sur ou dans la maison H qui est équipé d'un câble coaxial C conduisant à une antenne exté- rieure distante A Le câble C est enterré en totalité ou en

majeure partie, et l'antenne A peut également être enter- rée Les lignes ou limites S et Z séparent trois zones de 5 rayonnement de l'antenne A, sur la base de la distance radiale à partir de l'antenne.

Le système de l'invention comprend l'émetteur en position fixe T qui émet continuellement un signal radio-

fréquence (RF), et une structure de récepteur mobile qui10 est montée dans le dispositif ou collier 10 se trouvant sur le chien D La structure de récepteur reçoit le signal RF et elle mesure le niveau ou l'intensité de champ du signal reçu Du fait que l'intensité de champ du signal émis diminue au fur et à mesure de l'augmentation de la distance de15 la structure de récepteur par rapport à l'antenne d'émet- teur A, il est possible de mesurer la distance de l'antenne A jusqu'à la structure de récepteur et au chien, en mesu-. rant, dans la structure de récepteur, l'intensité de champ du signal émis.20 Le chien D sur la figure 1 porte un dispositif ou collier, désigné de façon générale par la référence 10, qui est représenté sur la figure 2, et qui comprend une lanière Il équipée d'une boucle 12 prévue pour la fixation autour du cou du chien Le collier 10 comporte une structure de25 récepteur désignée de façon générale par la référence 13, qui est placée à l'intérieur d'un boîtier 16, et qui porte deux électrodes 15 que l'on peut utiliser pour appliquer un choc électrique au chien Le bottier 16 sera généralement suspendu à la partie inférieure du collier 10, c'est-à-dire30 au-dessous du cou du chien, et le boîtier 16 comporte une ouverture (ou une partie transmettant le son) 17 qui permet l'émission d'un son audible que le chien peut entendre Le boîtier 16 contient également un système de réception com- prenant un ensemble de récepteurs, chacun d'eux étant35 équipé d'une antenne orientée avec son axe de sensibilité 7 maximale faisant un angle prédéterminé, comme on le décrira ci-après. Dans l'invention, la structure de récepteur 13 qui est montée sur le collier de chien 10 peut déterminer la distance à partir de l'antenne A, en mesurant les inten- sités des signaux reçus par chacun de ses récepteurs. Cependant, si l'orientation du chien par rapport à l'anten- ne d'émission A pouvait affecter la mesure, le chien ne serait pas capable d'apprendre à distinguer les zones du10 jardin Y dans lesquelles il a l'autorisation de se dépla- cer, et celles dans lesquelles il n'a pas l'autorisation,

du fait que l'intensité de signal dépendrait dans une large mesure de la direction à laquelle le chien fait face, et dépendrait également du fait que le récepteur est sur le*15 côté, sur le haut ou sur le bas du cou du chien, ainsi que de la taille du chien.

De plus, il est également souhaitable que le diagramme de champ que projette l'émetteur soit uniforme

dans toutes les directions, pour qu'on puisse établir une20 zone de confinement circulaire raisonnablement prévisible, et pour que le diagramme de champ procure une différencia-

tion radiale maximale, afin que la distance radiale à par- tir de l'antenne émettrice A puisse être mesurée de façon précise et reproductible Le terme "différenciation radiale25 maximale" signifie que l'intensité de champ doit présenter le pourcentage de variation le plus élevé par unité de

distance, à partir de l'émetteur Un niveau de bruit donné dans le système conduira à une plus faible incertitude de mesure spatiale dans un système dans lequel l'intensité de30 champ change plus rapidement avec la distance à partir de l'émetteur.

Enfin, il est souhaitable que l'émetteur et encore plus particulièrement l'émetteur, consomment le minimum de puissance La structure de récepteur 13 qui est35 montée sur le collier 10 du chien comprend trois récepteurs 8 séparés, comme décrit ci-après Avec cette configuration, on peut mesurer par rapport à différents axes la longueur ou l'intensité d'un vecteur de signal reçu B dans l'espace. La figure 3 est un diagramme vectoriel qui est formé par des composantes de vecteurs, pratiquement perpen- diculaires les unes aux autres, Bx, Byy Bz, qui indiquent respectivement les intensités de champ reçues dans les directions des axes x, y et z qui sont pratiquement perpen- diculaires la longueur du vecteur résultant B est la10 racine carrée de l(Bx)2 + (By)2 + (BZ) 2 Ainsi, en mesu- rant les composantes de champ magnétique (électrique) selon

chacun des axes x, y et z des récepteurs, on peut détermi- ner l'information nécessaire pour calculer un vecteur de champ total.15 La figure 4 est un schéma synoptique de la struc- ture de récepteur 13, qui se trouve à l'intérieur du boî-

tier 16 du collier 10, conformément à l'exemple de la figure 2. Comme on le décrira ci-après de façon plus com-

plète, la structure de récepteur 13 comprend trois antennes 21, 22 a et 23 a, chacune d'elles étant fortement direction- nelle, avec les axes de sensibilité maximale des antennes pratiquement mutuellement perpendiculaires (c'est-à-dire orthogonaux) Les antennes sont conçues pour recevoir un25 signal radiofréquence provenant de l'antenne A qui se trouve en un point central, comme on le voit sur la figure 1, ce signal étant émis par l'émetteur T. La structure de récepteur 13 comprend également trois récepteurs 21, 22 et 23 qui sont connectés de façon à recevoir respectivement les signaux de sortie des antennes

21 a, 22 a et 23 a Les signaux qui sont reçus par les anten- nes de réception 21 a, 22 a et 23 a proviennent tous de l'an-

tenne A. Chacune des antennes 21 a, 22 a et 23 a est de pré-

férence du type à cadre magnétique, enroulé sur un noyau de 9 ferrite Les antennes de type cadre sont préférables du fait qu'on peut augmenter la longueur effective de l'anten- ne du type à cadre magnétique en bobinant davantage de spires du fil d'antenne sur le noyau de ferrite, sans 5 augmenter considérablement la taille physique de l'antenne, et du fait que la présence d'un objet conducteur, tel qu'un animal, n'affecte pas notablement le champ magnétique. Chacune des antennes 21 a, 22 a et 23 a est fortement direc- tionnelle; l'antenne X est alignée de façon à présenter une10 sensibilité maximale dans la direction de l'axe X et une sensibilité presque nulle dans les directions des axes Y et

Z; l'antenne Y est alignée de façon à présenter une sensi- bilité maximale dans la direction de l'axe Y, et une sen- sibilité presque nulle dans les directions des axes X et 'Z;15 et l'antenne Z est alignée de façon à présenter une sensi- bilité maximale dans la direction de l'axe Z, et une sen-

sibilité presque nulle dans les directions des axes X et Y. On comprend cependant qu'en fonction de l'orientation du chien, chaque antenne peut capter des signaux émis ayant20 des intensités de champ différentes Les axes X, Y et Z sont définis de façon arbitraire mais doivent être mutuel-

lement perpendiculaires pour le procédé préféré de détermi- nation de l'intensité de champ composite. Comme on l'a représenté seulement en relation avec le récepteur 21, chacun des récepteurs 21, 22 et 23 applique les signaux RF reçus aux entrées primaires de mélangeurs 24, qui reçoivent également sur des entrées secondaires des signaux provenant de l'oscillateur local 25 Les mélangeurs 24 des différents récepteurs 21, 22, 23

attaquent des amplificateurs/filtres 26 Si on le désire, l'oscillateur local 25 peut être commun à tous les mélan-

geurs 24 des récepteurs Chacun des récepteurs 21, 22, 23 attaque un multiplexeur temporel 27, qui est représenté sous forme simplifiée par un commutateur à trois voies 28;35 cependant, le multiplexeur temporel 27 fonctionne sous la

commande d'une horloge 27 a, comme on le décrira ci-après.

Le signal de sortie du multiplexeur temporel 27 est appli- qué au limiteur 30. Comme on le montrera ci-après, si les axes de sensibilité maximale des antennes 21 a, 22 a, 23 a n'étaient pas orthogonaux, on pourrait obtenir un jeu de signaux parfaitement orthogonaux par une manipulation mathématique des signaux des antennes non orthogonales, dans le cas de faibles écarts par rapport à l'orthogonalité parfaite On10 peut réaliser une approximation de cette manipulation mathématique par une somme linéaire que l'on peut aisément mettre en oeuvre au moyen de circuits analogiques tels qẻ des additionneurs et des soustracteurs ayant différents gains Cependant, pour réduire la complexité, le coût, là15 consommation de puissance et l'encombrement du circuit, il est souhaitable de positionner les antennes 21 a, 22 a et 23 a de façon que leurs axes de sensibilité maximale (ou des - plans correspondants de sensibilité minimale) soient mutuellement perpendiculaires (c'est-à-dire qu'il définis-20 sent un trièdre rectangle), afin que leurs signaux de sor- tie dans les récepteurs respectifs représentent un ensemble de vecteurs orthogonaux. Chacun des récepteurs 21, 22 et 23 comprend un circuit résonnant d'antenne classique (non représenté), suivi par le mélangeur 24, lui-même suivi par un amplifi- cateur-filtre 26 Le circuit résonnant d'antenne incorpore l'antenne à cadre magnétique dans un circuit résonnant L-C, accordé pour résonner à la fréquence de fonctionnement choisie de l'émetteur Ce résonateur se comporte comme un30 transformateur à la fréquencede signal qui élève la tension de signal à l'intérieur d'une bande intéressante étroite, et qui élève également l'impédance apparente de l'antenne. Par conséquent, la résistance de rayonnement de l'antenne apparaît plus élevée à l'entrée primaire du mélangeur35 qu'elle n'apparaîtrait en l'absence de résonance On peut il considérer ceci comme un renforcement du signal d'entrée, ou une augmentation du rapport signal à bruit, pour obtenir de meilleures performances du système. L'amplificateur-filtre 26 de chaque récepteur applique un gain suffisant au signal provenant du mélangeur 24, pour qu'il puisse être traité commodément par un cir- cuit de détection de seuil inférieur disponible, comme on

l'envisagera ci-après En plus du gain qu'il introduit, l'amplificateur-filtre 26 limite la largeur de bande de10 fréquence du système, ce qui a pour effet de maximiser le rapport signal à bruit La largeur de bande de sortie est-

de préférence de 200 hertz ou moins Du fait de la faible largeur de bande et du rapport signal à bruit élevé, le système est très sensible et il peut détecter des signaux.15 très faibles.

Le signal de sortie de chacun des récepteurs 21, 22 et 23 est une sinusoïde de basse fréquence dont l'ampli- tude est proportionnelle à l'intensité de champ qui est détectée par le récepteur particulier Ces signaux de sor-20 tie sont appliqués au multiplexeur temporel 27, qui les échantillonne à une cadence qui est rapide en comparaison à la fois avec la période des signaux de sortie sinusoidaux de basse fréquence du récepteur, et avec la constante de temps moyenne du convertisseur de tension efficace en ten-25 sion continue 31 Le multiplexeur 27 peut être un multi- plexeur analogique classique du type 4066, qui est attaqué par un compteur-séquenceur travaillant sur un signal d'hor- loge local, l'ensemble étant représenté de façon générale par un sous-ensemble d'horloge 27 a.30 Du fait que la période d'échantillonnage dans le multiplexeur temporel 27 (qu'on peut également appeler une période de découpage), est courte en comparaison avec la constante de temps moyenne du convertisseur 31, il est préférable de faire en sorte que la période de découpage35 soit courte en comparaison avec la période des signaux de

12 sortie sinusoïdaux des récepteurs.

Le convertisseur 31 a pour fonction de produire une tension qui est proportionnelle à la racine carrée de-

la somme des carrés des amplitudes des signaux de sortie 5 sinusoïdaux des trois récepteurs 21, 22, 23, qui sont pro- portionnels aux intensités de champ reçues sur les antennes 21 a, 22 a et 23 a De telles puces de convertisseur de ten- sion efficace en tension continue sont disponibles dans le

commerce, pour l'instrumentation de mesure de tension, et10 une puce caractéristique porte la référence AD-537 et est fabriquée par Analog Devices, Wilmington, Massachusetts.

Un limiteur 30 est facultatif et il est placé entre la sortie du multiplexeur temporel 27 et le conver-

tisseur 31, pour limiter tout effet d'allongement d'impul-15 sions sur le circuit de calcul de moyenne dans le conver- tisseur 31.

Le signal de sortie du convertisseur de tension efficace en tension continue 31 est appliqué à des détec-

teurs à seuil 32 et 33; le détecteur à seuil 32 détecte le20 moment auquel l'intensité de champ vectorielle B (figure 3) du ou des signaux reçus est inférieure à un premier seuil Tif tandis que le détecteur à seuil 33 détecte le moment auquel l'intensité de champ B est inférieure à une seconde valeur de seuil T 2.25 Si l'intensité de champ mesurée, qui est détermi- née par le convertisseur 31, est supérieure aux deux seuils, on détermine que le chien se trouve dans ce qu'on peut appeler la zone de sécurité (à l'intérieur de la limi- te S de la figure 1) Si l'intensité de champ B tombe au-30 dessous du seuil supérieur T 1 mais est encore supérieure au seuil inférieur T 2, on dit que le chien est dans une zone d'avertissement (la zone comprise entre S et Z sur la figu- re 1) Si le signal d'intensité de champ B tombe au-dessous des deux seuils T 1 et T 2, on dit que le chien est dans la35 zone d'application de chocs (à l'extérieur de la limite Z

13 sur la figure 1).

Les signaux de sortie des détecteurs à seuil 32, 33 sont appliqués à un réseau de traitement 34, comme décrit ci-après, et ce réseau peut transmettre un signal à un circuit d'application de chocs 35 comportant les élec- trodes de collier 15, ou à un circuit de génération de

sifflement audio 36, ayant une sortie connectée à un trans- ducteur électroacoustique 37 En fonction du seuil détecté, le processeur 34 appliquera des signaux au circuit audio 3610 ou au circuit d'application de chocs 35.

Le circuit audio 36 comprend un amplificateur 38 qui attaque un dispositif audio 37 tel qu'un bruiteur

piézoélectrique Le circuit d'application de chocs 35 com- prend un amplificateur 39, qui attaque un transistor 4315 dont le circuit de collecteur contient un transformateur-

44, du type "transformateur de retour de balayage", qui applique une tension de choc électrique de valeur élevée; aux électrodes de collier 15. Le processeur 34 reçoit également un signal d'entrée provenant d'un détecteur de tension basse de la batterie, 45, qui contrôle la batterie 46 fournissant un potentiel électrique d'alimentation aux divers circuits de la figure 4. En considérant maintenant les figures 5 a-5 e, on voit divers exemples de formes d'onde qui peuvent apparaî- tre dans le système de réception de la figure 4, et on doit

considérer ces figures en se référant également au diagram- me vectoriel de la figure 3 La figure 5 a représente l'in- tensité de champ, en valeur efficace, du signal qui est30 reçu à l'antenne 22 a du récepteur 22; la figure 5 b repré- sente l'intensité de champ du signal qui est reçu à l'an-

tenne 23 a du récepteur 23; et la figure 5 c représente l'in- tensité de champ du signal qui est reçu à l'antenne 21 a du récepteur 21 La figure 5 d représente le signal de sortie35 du multiplexeur 27, pendant qu'il échantillonne séquentiel-

14 lement les signaux de sortie des récepteurs, dans l'ordre X, Z et Y La figure 5 e représente le signal B provenant du convertisseur 31, qui est représentatif de la racine carrée de l(BX) + (B)2 + (B)2 l et qui fournit une mesure de la distance de la structure de récepteur 13 de la figure 4, par rapport à l'antenne émet- trice A de la figure 1. Bien qu'il soit préférable que les trois antennes

21 a, 22 a et 23 a aient des sensibilités orthogonales (c'est-

à-dire mutuellement perpendiculaires), ceci n'est pas abso- lument nécessaire Comme on l'a indiqué précédemment, on;

peut calculer le vecteur résultant B sous la forme de la racine carrée de la somme des carrés des intensités de15 champ de composantes orthogonales En supposant que les intensités de champ reçues aux antennes réceptrices ne -

soient pas respectivement proportionnelles à une seule des composantes vectorielles Bx, By et Bz, mais que les anten- nes réceptrices présentent une certaine sensibilité aux20 autres composantes du champ, on peut exprimer trois équa- tions à trois inconnues, sous la forme suivante

A =C B + C B + C B

X xx X X Yy xz z

A =C B + C B + C B

y yx x yy y yz z

A =C B + CB + C B

z zx x ZY y zz z Dans ces équations, les C sont des constantes, A est le signal provenant de l'antenne (non orthogonale) et B est la composante vectorielle calculée (orthogonale) On peut résoudre ces équations vis-à-vis des vecteurs Bx, By et Bz (figure 3), et on peut alors calculer le vecteur de champ résultant B sous la forme de la racine carrée de la somme des carrés des composantes vectorielles calculées Bx, By et B. z Le processeur 34 contient divers circuits de mesure de temps qui sont destinés à déterminer le temps écoulé, en relation avec la position de l'animal par rap- port à l'antenne A. La figure 6 montre un exemple d'un organigramme de la logique du processeur 34 Le début du programme est

indiqué en 50, et dans cette condition le chien a l'auto- risation d'être à l'extérieur et l'émetteur T est mis en fonction Si le chien se trouve dans la zone de sécurité10 qui est limitée par S sur la figure 1, aucun action ne se produit, sauf si le détecteur de tension basse de la batte-

rie, 45, détermine que la tension de la batterie est bassèe, comme l'indique la case 51 Dans ce cas, le processeur 34 active le bruiteur 36 et le circuit amplificateur 38 pen-,15 dant un bref intervalle de temps (par exemple un quart de seconde toutes les trente secondes, comme l'indique la case

52) La tonalité de tension basse de la batterie peut avoir une fréquence notablement différente de celle de la tonali-

té d'avertissement, de façon qu'il y ait moins de risque20 que le chien ne craigne d'être sur le point de recevoir un choc électrique La tonalité de tension basse de la batte-

rie est indiquée par la case 53. Si le chien pénètre dans la zone d'avertissement, c'est-à-dire entre les lignes S et Z sur la figure 1, le

processeur 34 commence à générer des signaux d'avertisse- ment, parl'intermédiaire de l'amplificateur 38 et du dis-

positif audio 37 Si le chien retourne dans la zone de sécurité, l'émission de tonalités cesse et tout retourne dans l'état initial, comme l'indique à titre d'exemple la30 case 54 Si le chien reste trop longtemps dans la zone d'avertissement (entre les lignes S et Z de la figure 1), le processeur 34 traite le chien comme s'il avait pénétré dans la zone d'application de chocs, comme l'indique la case 63 Si le chien ne tient pas compte des tonalités35 d'avertissement et franchit la limite Z et pénètre dans la 16 zone d'application de chocs, comme l'indique la case 60, il reçoit immédiatement un choc électrique. L'émission de tonalités d'avertissement se pour- suit pendant que le chien reçoit un choc électrique De plus, à ce moment, un temporisateur, indiqué à titre d'exemple par la case 56, donne au chien l'opportunité de retourner dans la zone de sécurité avant qu'un second signal de choc électrique ne soit produit Si le chien ne re- tourne pasil reçoit un nouveau choc et un autre intervalle10 de temps lui est donné pour retourner dans la zone de sécu- rité Ce processus se répète jusqu'à ce que le chien retourne dans la zone de sécurité, comme l'indique la case 57, ou jusqu'à ce que le temporisateur d'application de chocs 55 arrive à la fin de sa durée de temporisation Dans le cas d'un tel retour, on détermine si le temporisateur de zone de sécurité est arrivé à l'expiration de sa durée de

temporisation, comme l'indique la case 58 Si le temporisa- teur de zone de sécurité est arrivé à l'expiration de sa durée de temporisation, le système se restaure comme l'in-20 dique un signal qui est dirigé par la ligne 59 vers le commencement du programme, en 50.

Le détecteur à seuil 33 détermine si le chien est dans la zone d'avertissement, comme l'indique la case 60, et dans l'affirmative, un signal est produit pour appliquer25 un choc au chien, comme l'indique la case 61 Si, à l'ins- tant qui est indiqué par la case 57, le chien ne se trouve pas dans la zone de sécurité, le temporisateur de zone de sécurité qui est indiqué par la case 62 est restauré Ce processus se répète jusqu'à ce que le chien retourne dans30 la zone de sécurité ou jusqu'à ce que le temporisateur d'application de chocs arrive à l'expiration de sa durée de temporisation. Si le chien retourne dans la zone de sécurité pendant la durée qui est spécifiée par le temporisateur de zone de sécurité, le système se restaure et retourne à sa

17 condition initiale Si le chien supporte les chocs électri-

ques pendant la totalité du comptage (jusqu'à ce que le temporisateur d'application de chocs arrive à l'expiration de sa durée de temporisation) et s'échappe, le système 5 passe dans un état sommeil (boucle 62, 57), jusqu'à ce que le chien retourne dans la zone de sécurité Pendant que le, système est dans l'état de sommeil, la structure de récep- teur 13 n'est pas capable d'appliquer des tonalités ou des chocs électriques au chien.10 Si le chien a quitté la zone d'application de chocs et si le temporisateur d'avertissement n'est pas

arrivé à l'expiration de sa durée de temporisation, d'après la détermination qui est faite à la case 63, et si le chien n'est pas dans la zone de sécurité, d'après la détermina-15 tion qui est faite à la case 54, le système cesse d'appli- quer des chocs électriques au chien.

De plus, avant que le temporisateur d'avertisse- ment 63 ne soit arrivé à l'expiration de sa durée de tempo-

risation, une tonalité d'avertissement peut être émise par20 l'intermédiaire de l'amplificateur 38 et du bruiteur ou dispositif audio 37, comme l'indique la case 65 A ce

moment, si le chien est dans la zone de sécurité, d'après la détermination qui est faite à la case 64, le système redémarrera, sur l'hypothèse selon laquelle le chien est25 retourné dans la zone de sécurité.

L'explication précédente du processeur 34 est basée sur un exemple de programme que l'on peut utiliser pour limiter les mouvements du chien en relation avec la structure de retenue de la présente invention On peut uti-30 liser d'autres programmes avec d'autres dépendances vis-à- vis de la présence du chien dans les zones de sécurité,

d'avertissement et d'application de chocs, et vis-à-vis des conditions temporelles ou de la vitesse du déplacement du chien entre ces zones. 35 Bien qu'on ait montré un programme général d'en-

18 semble pour le processeur 34, faisant intervenir des cir-

cuits de temporisation qui ont pour but de mettre fin à l'application de chocs électriques si le chien sort de la- zone dans laquelle il doit être retenu, et reste à l'exté- 5 rieur de cette zone, il faut noter que le but principal de l'invention est de retenir le chien dans la zone de sécuri-

té, et que d'autres programmes peuvent être établis. Le système de l'invention est conçu de façon à établir un diagramme de champ circulaire uniforme par rapport à l'antenne émettrice A, une bonne précision radiale et une perturbation minimale de la part d'objets situés à proximité immédiate des récepteurs On réalise ceci par la sélection de la longueur d'onde, et donc de la fréquence de fonctionnement de l'émetteur Si on utilise.15 une courte longueur d'onde (par exemple une fréquence de 49 M Hz, qui correspond à une longueur d'onde d'environ 6,1 mètres), des objets courants peuvent se comporter comme des

résonateurs et déformer le diagramme d'intensité de champ. Tout objet conducteur ayant une dimension quelconque de20 l'ordre d'un quart de longueur d'onde ou plus peut se com- porter comme une certaine forme de résonateur ou de réflec-

teur RF appréciable, pour l'onde émise Par exemple, à une fréquence d'émission d'environ 30 M Hz ou plus, une personne ou un chien peut se comporter comme un résonateur apprécia-25 ble et déformer le champ de façon appréciable Par consé- qient, l'orientation du chien affecte notablement l'inten-

sité du champ au niveau du collier du chien La présence d'objets conducteurs, y compris des personnes, au voisinage du chien affecte notablement l'intensité de champ du signal30 au niveau du collier du chien Par conséquent, à une fré- quence sélectionnée relativement élevée, et même si on dispose d'un récepteur de mesure d'intensité de champ parfait, il n'est pas toujours possible de déterminer sans ambiguïté la distance à laquelle le chien se trouve par35 rapport à l'antenne, sans connaître la direction dans 19 laquelle le chien est orienté, ainsi que les personnes et les objets qui se trouvent près du chien. On peut surmonter cette difficulté en faisant fonctionner le système à une fréquence beaucoup plus faible (plus grande longueur d'onde) Par exemple si on utilise une fréquence d'environ 1 M Hz, la longueur d'onde est de l'ordre de 300 m, ce qui fait que même des objets tels qu'une maison ne déforment pas le champ de façon très importante, et des objets mobiles courants n'ont virtuelle-10 ment aucun effet sur le champ Un point encore plus impor- tant consiste en ce que l'orientation du chien n'a aucun effet notable sur le champ. Pour pouvoir différencier nettement une distance (par rapport à l'émetteur)d'une autre, il est souhaitable que l'intensité de champ diminue de façon abrupte dans la région dans laquelle on désire effectuer une distinction

(par exemple entre la condition "le chien est dans la zone de sécurité", et la condition "le chien est hors des limi-

tes") Dans le champ lointain de tout émetteur radiofré-20 quence, les intensités de champ électrique et de champ magnétique diminuent proportionnellement à 1/r, en dési-

gnant par r la distance radiale à partir de l'émetteur. Cependant, dans le champ proche, les champs magnétique et électrique diminuent de façon plus abrupte Si la source du champ (c'est-à-dire l'antenne d'émetteur) est un dipôle magnétique (par exemple une antenne de type cadre), le

champ magnétique diminue selon une loi en 1/r 3 dans le champ proche, et le champ électrique diminue selon une loi en 1/r Si la source du champ (c'est-à-dire l'antenne est30 un dipôle électrique), le champ magnétique diminue selon une loi en 1/r dans le champ proche, et le champ électri-

3 que diminue selon une loi en 1/r Dans tous les cas, ces valeurs diminuent jusqu'à ce qu'elles viennent en coinci- dence avec les intensités en 1/r du champ lointain, au35 rayon de transition entre le champ proche et le champ lointain, ce qui se produit à un rayon de 1/2 e longueurs d'ondeàpartir de l'antenne d'émission. Du fait que le champ en 1/r 2 et le champ en 1/r 3 sont tous deux beaucoup plus fortement différenciés dans l'espace qu'un champ en 1/r, ils donneront au système une meilleure précision en présence de bruit Il est donc préférable que la longueur d'onde qui est utilisée soit non seulement suffisamment grande pour que des corps tels que des personnes et des chiens ne perturbent pas le champ,10 mais également suffisamment grande pour que la limite proposée se trouve à l'intérieur du champ proche, grâce à quoi la limite est définie de façon plus précise et elle est plus précisément reproductible Ici encore, une fréquence de 1 M Hz, par exemple, convient bien, du fait que le rayon15 de transition entre le champ proche et le champ lointain est d'environ 48 m, et que le système préféré est conçu pour fonctionner jusqu'à une distance d'environ 30 m. On choisit la fréquence de fonctionnement sou- haitable en fonction du rayon désiré de la zone de retenue, et cette fréquence est normalement dans la plage de 80 k Hz à 20 M Hz La limite devient de 2 à 3 fois moins précise lorsque la longueur d'onde est inférieure à 2 fois le rayon de la zone de retenue Ainsi, pour un système conçu pour un rayon de zone de retenue de 6 m à 60 m, la fréquence de25 fonctionnement optimale serait comprise entre 800 k Hz et 8 M Hz Si la fréquence de fonctionnement s'élève au-dessus de 10 M Hz, les performances d'antennes de type cadre à noyau de ferrite commencent à se dégrader Si la fréquence de fonctionnement tombe au-dessous d'environ 70 k Hz, il30 devient difficile de recevoir le signal à 30 m sans émettre avec une puissance supérieure à celle que l'administration

autorise sans licence d'émission La fréquence de fonction- nement désirée globale est donc comprise entre 70 k Hz et 20 M Hz.

Dans le cas idéal, le collier doit contenir une

21 antenne ayant la même sensibilité dans toutes les orienta-

tions du champ Malheureusement, une telle antenne totale- ment omnidirectionnelle n'est pas réalisable, et les anten- nes réelles sont souvent très directionnelles L'invention 5 réalise un dispositif de mesure d'intensité de champ réel- lement omnidirectionnel en utilisant plusieurs antennes fortement directionnelles. On peut visualiser les lignes de champ électrique et de champ magnétique d'ondes hertziennes comme des lignes de champs qui se déplacent perpendiculairement à leurs axes à travers l'espace On peut utiliser une antenne consistant en un dipôle électrique pour détecter les lignes de champ électrique, ou bien on peut utiliser une antenne consistant en un dipôle magnétique (cadre) pour détecter les lignes de

champ magnétique Dans le cas de l'antenne dipôle électri- que, la sensibilité est maximale lorsque l'antenne est par-

faitement alignée avec les lignes de champ électrique, et la sensibilité est nulle si l'antenne est alignée perpendi- culairement aux lignes de champ électrique Dans le cas de20 l'antenne dipôle magnétique (cadre), la sensibilité est maximale lorsque l'antenne est orientée de façon que les

lignes de champ magnétique soient alignées avec l'axe du cadre, et la sensibilité est nulle vis-à-vis de lignes de champ magnétique qui sont alignées perpendiculairement à25 l'axe du cadre.

Le fait de combiner simplement de façon linéaire les signaux de sortie d'antennes multiples ne résout pas le

problème de la directivité, du fait qu'il y aura toujours une certaine combinaison d'intensités de champ dans diffé-30 rentes directions et avec différentes phases, qui feront apparaître un signal de sortie de valeur nulle pour l'an-

tenne combinée, bien que l'intensité de champ totale soit très différente de zéro. Si on désire mesurer l'intensité d'une ligne de champ dans l'espace bien que son orientation soit inconnue, 22 on peut considérer l'intensité de la ligne de champ comme la longueur d'un vecteur qui est aligné avec la ligne de champ En coordonnées cartésiennes, on peut considérer toit vecteur comme la somme de trois vecteurs ou composantes 5 mutuellement perpendiculaires, qu'on appelle le vecteur x (de longueur BX), le vecteur y (de longueur B y) et de le vecteur z (de longueur B z), comme le montre la figure 3 La longueur du vecteur total est égale à la racine carrée de C(B X)2 + (By > 2 + (BZ) 2 Ceci est un concept géométrique10 qui est indépendant de l'orientation dans l'espace qui est choisie pour établir le système de coordonnées, à condition que les axes x, y et z que l'on a choisis soient mutuellé- ment perpendiculaires, c'est-à-dire orthogonaux Par consé- quent, on peut choisir n'importe quels axes x, y et z15 mutuellement perpendiculaires, et si on mesure la composan- te de champ magnétique (ou électrique) le long de chacun de ces axes, on dispose de l'information permettant de calcu- ler le champ total. La structure de récepteur de l'invention utilise donc avantageusement trois récepteurs fortement direction- nels (l'un sensible seulement au champ orienté selon l'axe

x, l'un sensible seulement au champ orienté selon l'axe y, et l'un sensible seulement au champ orienté selon l'axe z). On calcule un signal proportionnel à la racine carrée de la25 somme des carrés des intensités respectives des signaux reçus En utilisant trois récepteurs fortement direction-

nels, avec leurs signaux de sortie combinés de façon non linéaire, tout se passe comme si on employait une antenne totalement omnidirectionnelle.30 Comme on peut le voir, le champ électrique est plus nettement différencié dans le champ proche d'une antenne d'émission à dipôle électrique, et le champ magné- tique est plus fortement différencié dans le champ proche d'une antenne d'émission à dipôle magnétique Pour obtenir35 une différenciation radiale maximale, et par conséquent une

23 précision et une reproductibilité maximales, il est souhai-

table d'utiliser une antenne de réception de type dipôle électrique si on utilise une antenne d'émission de type dipôle électrique, et une antenne de réception du type cadre magnétique, comme décrit précédemment, si on utilise une antenne d'émission du type cadre magnétique Bien qu'on puisse utiliser des antennes différentes dans l'émetteur et le récepteur, la précision et la reproductibilité seront légèrement dégradées.10 On utilise des antennes du type cadre du fait qu'on peut augmenter la longueur effective d'une antenne du type cadre magnétique en bobinant davantage de spires sur la bobine de l'antenne, sans augmenter notablement la taille physique de l'antenne, et du fait que le champ15 magnétique qui est émis n'est pas perturbé par des corps tels que des animaux ou des personnes, alors que le champ électrique l'est Chacune de ces antennes est fortement - directionnelle L'antenne X est alignée pour avoir une sensibilité maximale dans la direction de l'axe X (et une20 sensibilité presque nulle dans les directions des axes Y et Z) L'antenne Y est alignée pour avoir une sensibilité maximale dans la direction de l'axe Y (et une sensibilité presque nulle dans les directions des axes X et Z) L'an- tenne Z est alignée pour avoir une sensibilité maximale25 dans la direction de l'axe Z (et une sensibilité presque nulle dans les directions des axes X et Y) Les axes X, Y et Z sont mutuellement perpendiculaires. Si la sensibilité des antennes ne correspondait pas à des directions parfaitement orthogonales, on pourrait calculer un ensemble de signaux parfaitement orthogonaux par une manipulation mathématique des signaux provenant des antennes non parfaitement orthogonales Pour de faibles écarts par rapport à l'orthogonalité parfaite, cette mani- pulation mathématique peut être réalisée avec une bonne approximation par une sommation linéaire, que l'on peut 24 mettre en oeuvre aisément avec des circuits analogiques tels que des additionneurs et des soustracteurs ayant différents gains Cependant, pour réduire la complexité, -le coût, la puissance consommée et l'espace des circuits, il 5 est souhaitable de positionner les antennes de façon que leurs signaux de sortie représentent déjà un ensemble de vecteurs orthogonaux Pour toute application qui exigerait un degré de précision supérieur dans l'alignement des an- tennes, on peut utiliser des circuits de sommation avec des10 coefficients que l'on peut faire varier au moyen de poten- tiomètres, pour réaliser des ajustements précis finals

permettant d'obtenir des composantes plus parfaitement orthogonales On n'estime pas que ceci soit nécessaire pour l'application considérée ici.15 Pour minimiser ou éviter le risque que le signal RF rayonné ne suive le câble C vers la maison, et se propa-

ge ensuite par les lignes électriques, une antenne d'émis- sion du type à cadre magnétique est préférable, du fait qu'elle a un champ de dipôle électrique au niveau de l'an-

tenne qui est beaucoup plus faible, et que le champ élec- trique qui est guidé en retour vers la maison est également plus faible Avec un tel système, il est possible d'avoir une zone de sécurité qui s'étend seulement sur quelques décimètres au-dessous ou au-dessus des lignes électriques.25 Cependant, une antenne du type à cadre magnétique possède toujours un moment de dipôle électrique, du fait qu'on peut la représenter comme une inductance aux bornes de laquelle existe une tension alternative radiofréquence. Du fait que l'antenne se comporte comme une inductance, il30 existe une chute de tension répartie de façon continue sur la bobine Si l'antenne n'avait qu'une seule spire, la tension en un point situé à mi-distance sur la circonfé- rence varierait avec la moitié de l'amplitude de la tension qui est appliquée à la spire de fil Du fait que la bobine35 a un diamètre, ce point avec la tension variable se trouve à une distance A, par rapport au blindage du câble, relié à la masse, ce qui fait que l'antenne peut être considérée

non seulement comme une antenne à cadre magnétique, mais également comme une antenne à dipôle électrique (simulta-

née) ayant une longueur A Comme dans le cas de l'antenne à dipôle électrique dissymétrique, une énergie notable est guidée en retour vers la maison par le câble, et un coupla- ge indésirable avec les lignes électriques peut se produi- re.10 On ne peut pas loger simplement l'antenne cadre dans un blindage, du fait qu'elle ne produirait aucun champ

magnétique extérieur, et n'émettrait pas Un blindage divisé en deux parties permet à l'antenne d'émettre un champ magnétique, mais réduit également notablement le15 champ électrique.

Pour établir une zone bien définie, il est préfé- rable que les antennes d'émetteur émettent un diagramme de champ circulaire uniforme, qui convient pour maintenir le chien en deçà d'une distance radiale donnée à partir de20 l'antenne L'antenne cadre magnétique à blindage divisé en deux parties, qui est représentée sur la figure 7, est conçue pour donner lieu à un couplage minimal avec des lignes électriques, et pour établir un diagramme de champ circulaire uniforme par rapport à l'antenne d'émission A,25 une bonne précision radiale, et un niveau minimal de per- turbation par des objets situés à proximité immédiate des récepteurs Ceci exige également de sélectionner une lon- gueur d'onde ou une fréquence souhaitable pour le signal que rayonne l'antenne d'émission A.30 L'antenne d'émetteur A est connectée au câble coaxial C qui provient de l'émetteur T (de la figure 1) Le conducteur 70 de l'antenne cadre A est connecté au blindage du câble C, au point 71 Le cadre 70 de l'antenne A compor- te deux blindages espacés 74 et 75, pratiquement semi-35 circulaires, qui sont connectés au blindage du câble C,

26 comme des lignes 72 et 73 le montrent à titre d'exemple.

Comme on peut le voir, chacun des deux blindages 74 et 75 s'étend approximativement sur la moitié de la longueur autour de la bobine qui constitue le cadre (vers le côté opposé à celui o est connecté le câble C), mais les deux blindages ne se rencontrent pas de l'autre côté, et un espace est laissé intentionnellement Si cet espace était absent, les blindages divisés en deux forme- raient une boucle en court-circuit, et ceci annulerait le10 champ magnétique que l'antenne tente de rayonner Du fait que les blindages ne se rejoignent pas, aucun courant de boucle ne circule dans eux, ce qui fait qu'ils ont une interaction minimale avec le champ magnétique que l'on désire émettre Cependant, ils sont connectés électrique-15 ment à la masse Du fait qu'aucun courant notable ne circule dans les blindages, ils n'ont pas une chute de tension d'inductance considérable, et ils restent proches du poten- tiel de la masse Ceci annule presque le moment de dipôle électrique de l'antenne cadre, et le très faible moment de dipôle électrique qui résulte de l'espace laissé dans le blindage, est insignifiant et peut être négligé On a testé l'antenne cadre à blindage divisé en deux, et on n'a trouvé aucune zone de sécurité au voisinage de lignes électriques, à condition d'utiliser de bonnes techniques d'isolation

pour éviter que le circuit de l'émetteur ne soit directe- ment couplé au réseau électrique par son cordon d'alimenta-

tion. Cette configuration procure une antenne qui est du type à cadre magnétique, mais qui annule pratiquement tout effet de dipôle électrique et tout couplage du cadre vers les lignes du réseau électrique Cette antenne établit

un diagramme de champ émis uniforme qui définit la zone de retenue de l'animal Le conducteur de l'antenne A est isolé dans une gaine appropriée pour permettre l'installation35 souterraine.

Chaque récepteur comprend un circuit résonnant d'antenne, suivi par un mélangeur, lui-même suivi par un

amplificateur-filtre Le circuit résonnant d'antenne incor- pore l'antenne cadre magnétique dans un circuit résonnant 5 L-C, qui est accordé de façon à résonner à la fréquence de fonctionnement choisie du système Ce résonateur se compor-

te comme un "transformateur" monofréquence, qui renforce la tension de signal dans la bande étroite intéressante, tout en augmentant également l'impédance apparente de l'antenne.10 La résistance de rayonnement de l'antenne apparaît aux cir- cuits électroniques d'entrée beaucoup plus élevées qu'elle ne le serait en l'absence de résonance On peut considérer ceci comme un renforcement du signal d'entrée ou une augmentation des performances de rapport signal à bruit du15 système Du fait que les circuits du récepteur doivent consommer très peu de puissance, et du fait que l'impédance

d'entrée incrémentielle de circuits à transistors bipolai- res augmente de façon générale lorsque les courants de fonctionnement diminuent, l'impédance d'entrée du premier20 étage des circuits électroniques (dans ce cas le mélangeur) d'un système consommant une très faible puissance est géné-

ralement très élevée. Si la résistance d'entrée de l'étage d'entrée est supérieure à la résistance de sortie de l'antenne, le bruit du système sera de façon prédominante le bruit des circuits électroniques d'entrée, ce qui est un gaspillage Dans le but d' obtenir les meilleures performances de rapport signal à bruit, il est souhaitable de transformer l'impé- dance de l'antenne pour faire en sorte qu'elle soit de30 l'ordre de grandeur de l'impédance d'entrée des circuits électroniques Plus la puissance consommée par les circuits est faible, plus le résonateur d'entrée doit augmenter l'impédance de l'antenne. A la suite de chaque résonateur d'entrée se trouve un mélangeur entièrement équilibré, avec un gain RF 28 incorporé de 40 Le mélangeur est réalisé sous la forme d'une Cellule de Gilbert, qui multiplie le signal d'entrée (RF) provenant du résonateur d'antenne par une forme d'onde périodique qui est générée par l'oscillateur local Ce processus de multiplication transpose en bande de base la bande de l'information de fréquence d'entrée, qui est centrée sur la fréquence de l'oscillateur local Par consé- quent, si la différence entre la fréquence de l'oscillateur local et la fréquence de l'émetteur était de 10 Hz, le10 signal de sortie du mélangeur comprendrait une sinusoïde à Hz Le signal de sortie du mélangeur est un signal à très large bande, et il contient de nombreuses fréquences ne présentant aucun intérêt La largeur de bande inutile sera d'autant mieux rejetée que la fréquence de l'oscilla 15 teur local pourra être maintenue proche de la fréquence de l'émetteur Il est souhaitable de rétrécir la largeur de bande du récepteur, du fait que le bruit de fond dans une région étroite de la bande de radiodiffusion en modulation d'amplitude (qui est la gamme de fréquence dans laquelle il20 est souhaitable de faire fonctionner le dispositif) peut

être considéré comme constant, et par conséquent le rapport signal à bruit augmente lorsque la largeur de bande dimi-

nue. Si la détermination de position doit être effec-

tuée en un dixième de seconde, la largeur de bande de mesure doit être de l'ordre de 3 Hz Si le chien se dépla-

ce, le signal reçu change d'amplitude: ceci est par nature une modulation d'amplitude, et le signal aura le spectre de fréquence d'une modulation d'amplitude.30 La largeur de bande minimale acceptable pour le récepteur est de l'ordre de 6 Hz, mais des facteurs qui dépendent de la réalisation peuvent exiger que la largeur de bande soit encore plus grande En premier lieu, la tem- pérature du récepteur peut varier sur une plage très éten-35 due, en fonction de l'environnement du chien (neige, soleil 29 etc) La plage de température nominale pour le système considéré s'étend de -200 C à 500 C Des cristaux de quartz de coupe AT classiques ont une dérive d'environ 50 x 1 O 6 sur cette plage de température, ce qui fait que même si 5 l'oscillateur local est un bon oscillateur à quartz, il exigera une largeur de bande de 50 Hz supplémentaire pour le récepteur La réalisation d'un oscillateur de faible puissance et économique conduira à une dérive encore plus importante, aboutissant à une largeur de bande environ deux10 fois plus grande Un dispositif économique employant un oscillateur à quartz à faible puissance exigera une largeur de bande d'environ 100 Hz pour le récepteur L'utilisation d'une boucle de verrouillage de phase pour suivre la fré- quence porteuse émise permettrait de travailler avec une15 largeur de bande de réception plus étroite que dans le cas d'un oscillateur sans suivi de fréquence On n'a pas estimé

que de telles performances étaient nécessaires pour le système envisagé, mais on doit considérer qu'elles entrent dans le cadre de l'invention On doit également considérer20 que la compensation de température de l'oscillateur, pour améliorer les performances, entre dans le cadre de l'inven-

tion. Le circuit d'amplificateur-filtre doit procurer un gain suffisant pour le signal, de façon que ce signal puisse être traité commodément par des circuits de détec- tion à seuil de faible puissance aisément disponibles (par exemple des comparateurs à faible puissance utilisant des circuits de bascules de Schmitt) Outre le fait qu'il pro- cure un gain, ce circuit limite la largeur de bande de30 fréquence du système, pourmaximiser ainsi le rapport signal à bruit Du fait de la faible largeur de bande et du

rapport signal à bruit élevé, le système est très sensible, et il peut détecter des signaux très faibles. Pour empêcher une oscillation de réaction indési-

rable, il est souhaitable de décaler la fréquence du signal entre des étages d'amplification successifs, de façon que même en cas de couplage du signal en réaction, ce couplage ait lieu à une fréquence qui n'est pas celle à laquelle il pourrait produire une action Cette technique est celle que 5 l'on utilise dans des radiorécepteurs superhétérodynes cou- rants Une autre technique que l'on peut employer pour

réduire un tel couplage est l'amplification différentielle, de façon que seule la différence entre deux signaux soit amplifiée Si un signal parasite est renvoyé de façon10 presque égale vers les deux entrées, le signal de différen- ce qui apparaît entre les entrées sera faible, et le systè-

me aura une réjection de mode commun élevée. Les mélangeurs à Cellule de Gilbert qui sont uti- lisés dans les récepteurs du collier utilisent ces deux techniques Du fait que la Cellule de Gilbert a une entrée différentielle, tout signal qui est renvoyé de façon égale

vers les deux côtés d'une antenne ne sera pas capté De; plus, les mélangeurs à Cellule de Gilbert appliquent un gain de 40 au signal RF qui est capté par l'antenne, avant20 la transposition du signal vers la bande de base.

Si on néglige le bruit présent (ce qui est valide si le rapport signal à bruit est élevé), le signal de sortie de chaque récepteur est une sinusoîde de basse fré- quence qui a une amplitude proportionnelle à l'intensité de25 champ que détecte ce récepteur particulier En utilisant des moyens plus complexes (par exemple une démodulation en phase et en quadrature), il serait possible d'élaborer des représentations en continu des intensités de champ x, y et z, mais ceci est inutile dans la structure présente, du30 fait que le convertisseur de tension efficace en tension continue peut accomplir ce travail mathématique presque

aussi bien sur des sinusoîdes découpées que sur une gran- deur continue découpée (à condition que la période des sinusoïdes soit courte en comparaison avec la constante de35 temps moyenne du convertisseur de tension efficace en ten-

31 sion continue) On peut considérer que les niveaux continus de Bx, By et Bz sont représentatifs des amplitudes des sinusoïdes réelles en ces points du circuit. Le multiplexeur temporel échantillonne les signaux de sortie provenant des trois récepteurs à une cadence qui est rapide en comparaison à la fois avec la période des signaux sinusoïdaux eux-mêmes, et avec la cons- tante de temps de calcul de moyenne du convertisseur de tension efficace en tension continue L'échantillonnage10 doit être rapide ou lent en comparaison avec la fréquence des sinusoïdes, faute de quoi un repliement du spectre important peut se produire, ce qui peut occasionner des variations sinusoïdales notables du signal d'intensité de champ élaboré, à la sortie du convertisseur de tension15 efficace en tension continue Du fait que la période d'échantillonnage du multiplexeur temporel (qu'on appelle également la période de découpage) doit être courte en comparaison avec la constante de temps de calcul de moyenne du convertisseur de tension efficace en tension continue20 (dans le but d'éviter une ondulation en sortie), il est souhaitable de faire en sorte que la période de découpage

soit également courte en comparaison avec la période des signaux de sortie sinusoïdaux du récepteur. On utilise deux détecteurs à seuil pour détermi-

ner la zone dans laquelle se trouve le chien, parmi trois zones intéressantes, à savoir: la zone de sécurité, la zone d'avertissement et la zone d'application de chocs Si l'intensité de champ mesurée est supérieure aux deux seuils, on dit que le chien est dans la zone de sécurité.30 Si le signal tombe au-dessous du seuil supérieur (T 1), mais reste néanmoins supérieur au seuil inférieur (T 2), on dit que le chien est dans la zone d'avertissement Si le signal d'intensité de champ tombe au-dessous des deux seuils T 1 et T 2, on dit que le chien est dans la zone d'application de35 chocs On peut considérer que les signaux de sortie des 32 détecteurs à seuil T 1 et T 2 sont de nature numérique Comme

indiqué précédemment, ces signaux numériques sont appliqués à un microprocesseur (ou des circuits numériques équiva lents, capables de mettre en oeuvre l'algorithme d'avertis-

sement/application de chocs qui est présenté de façon générale dans l'organigramme). Comme on peut le voir aisément, le circuit pour le collier peut être fabriqué de façon relativement aisée à partir de composants facilement disponibles, et sous forme10 miniaturisée En outre, les composants peuvent être sélec- tionnés de façon à nécessiter une puissance minimale, pour

permettre un fonctionnement de relativement longue durée sur la batterie incorporée L'émetteur peut être de struc- ture classique, de même que le câble coaxial et l'antenne à15 anneau divisé de type modifié.

Pour assembler le système dans un emplacement donné quelconque, il suffit de connecter l'émetteur à une source d'énergie appropriée, d'installer le câble de façon qu'il s'étende jusqu'au centre de la région dans laquelle20 le chien ou un autre animal doit être retenu, et de placer l'antenne, de préférence au-dessous du sol L'indicateur d'état de batterie permet à l'utilisateur de déterminer le moment auquel la batterie doit être remplacée, pour assurer un fonctionnement continu.25 Les circuits et algorithmes préférés sont conçus de façon à éviter de créer un obstacle au retour du chien vers la zone de sécurité, du fait qu'il n'y a pas d'application de chocs ou d'émission de tonalités pendant un tel retour.30 Bien que le mode de réalisation qui est repré- senté utilise trois récepteurs avec une antenne fortement directionnelle disposée de façon orthogonale, on peut em- ployer d'autres configurations d'antennes, mais avec une plus grande complexité pour la détermination mathématique35 de l'intensité de champ composite à partir des intensités

33 de champ des antennes constitutives.

Dans le cas le plus habituel et le plus souhaita- ble, l'antenne émettrice sera un élément séparé, pour obte-

nir des résultats optimaux Il est cependant possible de 5 faire en sorte que l'antenne soit une partie intégrante de l'émetteur, telle qu'une partie inhérente de l'oscillateur

de l'émetteur Dans l'utilisation envisagée ici, l'antenne de l'émetteur peut être séparée ou intégrée, sauf mention contraire De plus, il faut noter qu'on peut employer de10 multiples antennes d'émission pour produire des zones de sécurité ayant une forme autre que circulaire.

De plus, on peut placer l'émetteur à l'intérieur de la zone protégée, aussi bien qu'à l'extérieur de celle-

ci, comme représenté dans le mode de réalisation qui est.15 illustré Si l'émetteur est à l'intérieur de la zone, il doit être protégé vis-à- vis de l'environnement ainsi que de l'animal qui est retenu. Bien qu'on ait représenté la structure de récep- teur dans une configuration dans laquelle elle est montée sur un collier, il faut noter que le dispositif pourrait être porté par l'animal sous d'autres formes, telles qu'une ceinture, un casque ou un capuchon, un bracelet, ou un autre article qui peut être placé de manière à être fixé fermement sur l'animal.25 Bien qu'on ait décrit en détail le système de retenue de la présente invention en considérant un chien, il faut noter qu'on peut également l'employer avec d'autres animaux tels que des chevaux et des chats En outre, on peut également l'employer pour limiter les déplacements30 d'enfant et de malades mentaux, ou pour aider à retenir des personnes dans des programmes de retenue à domicile Pour des applications à des personnes, les types de signaux d'avertissement que produit le récepteur seraient modifiés de façon appropriée Le terme "animal" est utilisé ici dans35 un sens qui englobe des êtres humains aussi bien que des

34 animaux domestiques ou autres.

La description détaillée qui précède et les dessins annexés montrent ainsi que le système de retenue

d'animal de la présente invention a une structure simple et 5 fonctionne de façon fiable Le microprocesseur qui est contenu dans le collier est conçu pour traiter rapidement

l'information provenant des récepteurs, de façon à détermi- ner les signaux qui doivent éventuellement être générés, et à éviter les aspects indésirables de signaux d'avertisse-

ment illimités.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (2)

REVENDICATIONS

1 Système de retenue pour un animal, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un émetteur radiofréquence (T)-

qui est destiné à générer des signaux radioélectriques et 5 qui est conçu pour être placé dans une zone dans laquelle un animal (D) doit être retenu, ou dans une position adja-

cente à cette zone; (b) une antenne émettrice (A) connectée fonctionnellement à l'émetteur (T) pour rayonner des signaux radiofréquences que génère l'émetteur (T); et (c)10 un dispositif ( 10) conçu pour être porté par l'animal (D), ce dispositif comprenant: (i) plusieurs récepteurs de signaux radioélectriques ( 21, 22, 23), chacun d'eux ayant une antenne réceptrice ( 21 a, 22 a, 23 a), les antennes récep- trices des différents récepteurs ( 21, 22, 23) ayant leurs.15 axes de sensibilité maximale orientés dans différentes directions; (ii) des moyens ( 27, 28, 30, 31) destinés à élaborer une intensité de champ composite, sur la base des intensités de champ des signaux radioélectriques qui sont reçus par les antennes réceptrices ( 21 a, 22 a, 23 a); (iii)20 des moyens ( 32, 33) destinés à détecter le moment auquel l'intensité de champ composite qui est détectée par les antennes de réception ( 21 a, 22 a, 23 a) tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée; et (iv) des moyens ( 34, 35, 37, 38, 43, 44) incorporés dans le dispositif, qui réagissent

au fait que l'intensité de champ composite tombe au-dessous de la valeur prédéterminée en générant des signaux d'aver-

tissement pour l'animal. 2 Système de retenue pour un animal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (D) contient au moins trois récepteurs ( 21, 22, 23), et l'in- tensité de champ composite est la somme vectorielle des intensités de champ détectées, telle qu'on l'obtiendrait en calculant la racine carrée de la somme des carrés des intensités de champ des signaux reçus par trois antennes35 ( 21 a, 22 a, 23 a) fortement directionnelles et ayant des 36 sensibilités égales, orientées avec des axes de sensibilité maximale mutuellement perpendiculaires. 3 Système de retenue pour un animal selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trois antennes ( 21 a, 22 a, 23 a) sont orientées de façon orthogonale. 4 Système de retenue pour un animal selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vecteurs

d'intensité de champ des signaux qui sont reçus par les antennes ( 21 a, 22 a, 23 a) sont combinés par multiplexage10 temporel et sont convertis en une tension continue par un convertisseur de tension efficace en tension continue ( 31).

Système de retenue pour un animal selon la g revendication 1, caractérisé en ce que les antennes récep- trices ( 21 a, 22 a, 23 a) sont du type à cadre magnétique avec15 des noyaux de ferrite; et l'antenne émettrice (A) est du type à cadre magnétique avec un blindage divisé en deux

parties. 6 Système de retenue pour un animal selon la - revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détec-

tion ( 32, 33) détectent le moment auquel l'intensité de champ composite tombe entre des première et seconde valeurs prédéterminées. 7 Système de retenue pour un animal selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif ( 10) comprend: (a) des moyens ( 36) qui sont incorporés dans le dispositif ( 10) et qui réagissent au fait que l'intensité

de champ composite tombe au-dessous de la première valeur prédéterminée en générant des signaux d'avertissement qui sont appliqués à l'animal; et (b) des seconds moyens ( 35)30 incorporés dans le dispositif ( 10), qui réagissent au fait que l'intensité de champ composite détectée tombe au-

dessous de la seconde valeur prédéterminée, en générant des seconds signaux d'avertissement, différents des premiers, qui sont appliqués à l'animal.35 8 Système de retenue pour un animal selon la 37 revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif ( 10) comprend des moyens ( 32, 33, 34) destinés à déclencher le fonctionnement des seconds moyens de génération de signaux d'avertissement ( 35) si l'animal (D) reste pendant une 5 durée supérieure à une durée prédéterminée dans une zone correspondant à la plage qui est encadrée par les première et seconde valeurs prédéterminées; et des moyens ( 32, 33, 34) qui sont destinés à invalider les seconds moyens de génération de signaux d'avertissemetn ( 35) si l'animal ne sort pas de la zone correspondant à la plage précitée, et ne retourne pas dans une zone dans laquelle l'intensité de champ est supérieure à la première valeur prédéterminée 9 Système de retenue pour un animal selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 34) qui sont destinés à invalider les moyens de génération de signaux d'avertissement ( 35, 36) si l'animal reste pendant une durée supérieure à une durée prédétermi- née dans une zone dans laquelle l'intensité de champ est inférieure à la valeur prédéterminée; et ces moyens d'inva-20 lidation des moyens de génération de signaux d'avertissement sont restaurés et le système est réactivé au moment du retour de l'animal dans une zone dans laquelle l'intensité de champ composite est supérieure à la valeur prédétermi- née, pendant un intervalle de temps prédéterminé.25 10 Système de retenue pour un animal selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des

moyens ( 34) qui sont destinés à analyser l'intensité de champ composite pendant une certaine durée avant que les moyens de génération de signaux d'avertissement ( 35, 36) ne30 soient activés.

11 Système de retenue pour un animal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de

fonctionnement de l'émetteur est de 80 k Hz à 20 M Hz, et en ce qu'un microprocesseur ( 34) est incorporé pour effectuer35 les diverses évaluations.