Brevet FR2001668A1 — publié le 19690926

La présente invention concerne un dispositif utilisé pour mesurer l'intensité maximale d'une impulsion d'énergie, par exemple une impulsion lumineuse produite par une réaction chimico-luminescente, comprenant de préférence un tube photomultiplicateur 5 qui produit un courant d'obscurité et un courant proportionnel à la lumière incidente, un filtre à résistance variable connecté à la sortie du tube photomultiplicateur, un amplificateur opératioxi-nel connecté au filtre, un circuit changeur de gammes automatique connecté en relation d'asservissement aux bornes de l'amplifica-10 teur opérationnel et destiné à affaiblir par degrés la tension de sortie de l'amplificateur à mesure que le courant d'entrée de l'amplificateur augmente, des lampes indicatrices de gammes connectées au circuit changeur de gammes pour indiquer la gamme du signal de sortie de l'amplificateur, un circuit de compensation automatique 15 du courant d'obscurité connecté en relation d'asservissement aux bornes de l'amplificateur pour supprimer l'effet du courant d'obscurité à la sortie de l'amplificateur, un condensateur connecté à la sortie de l'amplificateur qui est destiné à maintenir une tension de polarisation représentant la tension de sortie de l'ampli-20 ficateur, et un moyen indicateur, numérique ou analogique, pour appliquer la valeur de la tension de polarisation appliquée au con-densateur. la présente invention se rapporte au sujet de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique K° 704.443 du 9 Février 1968 25 déposée par John Dopp McGHEÊ et Raymond William TABELING, en ce sens que le circuit électrique décrit dans cette demande de brevet peut être utilisé pour supprimer l'effet du courant d'obscurité produit par un photomultiplicateur, le circuit électrique décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique ÎT° 704.442 du 9 Eé-30 vrier 1968 déposée par John McG-HEE, peut être utilisé dans la présente invention pour alimenter un tube photoélectrique en tension continue stabilisée. Une description détaillée d'un circuit électrique convenant pour affaiblir par degrés le signal de sortie d'un amplificateur est donnée dans la demande de brevet des Etats-Unis 35 d'Amérique U0 704.444 du 9 Février 1968 déposée par John D. McG-HEE. Un mode de détermination analytique auquel la présente invention peut s'appliquer est décrit par la demande de brevet des Etats-Unis 60 n?P71 -2- 2001668 d'Amérique ¥° 635.109 du 1er Mai 1967 déposée par Anthony J. D'EUS-TACHIO. Il est souvent souhaitable de mesurer l'intensité maximale d'une impulsion d'énergie. Par exemple, la quantité de triphosphate 5 d'adénosine présente dans un échantillon donné peut être commodément déterminée en mesurant l'intensité maximale de la lumière engendrée en faisant réagir le triphosphate d'adénosine avec la luciférine, la luciférase, un cation (habituellement Mg++), et l'oxygène, ocmme décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 635.109 10 précitée. La présente invention concerne un dispositif destiné à mesurer l'intensité maximale d'une impulsion d'énergie, comprenant un moyen transducteur pour produire un signal électrique proportionnel à ladite énergie, un moyen amplificateur connecté au moyen 15 transducteur pour amplifier le signal électrique, un moyen de changement de gammes relié en relation d'asservissement avec le moyen amplificateur et destiné à affaiblir automatiquement le signal amplifié d'une quantité prédéterminée chaque fois que ce signal amplifié atteint au moins une valeur prédéterminée en réponse à 20 ladite impulsion d'énergie, un premier moyen indicateur connecté au moyen de changement de gammes pour indiquer chaque fois que le signal amplifié atteint au moins ladite valeur prédéterminée, et un second moyen indicateur connecté au moyen amplificateur pour indiquer la •valeur du signal amplifié. 25 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res- sortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation de l'invention. Sur ce dessin : 30 la figure 1 représente une forme de réalisation de l'inven tion ; et la figure 2 montre une forme de réalisation préférée de l'invention. En se référant à la figure 1, un transducteur 1 transforme 35 une impulsion d'énergie 2 en un signal électrique proportionnel. Ce signal est alors amplifié par un amplificateur 3 présentant un circuit 4 de changement de gammes qui est connecté entre sa sortie et son entrée. A mesure que le signal électrique appliqué à l'ampli- 69 02971 "■3"" 2001668 fieateur 3 augmente, le circuit 4 de changement de gammes affaiblit automatiquement, e~; par degrés, le signal de sortie de l'amplificateur, de préférence par puissances de dix, chaque fois que le signal de sortie atteint une valeur prédéterminée. Le degré d'affaifclisse-5 ment est indiqué par ur. moyen indicateur 5 connecté au circuit 4, comme représenté. Une mémoire 6, reliée à la sortie de l'amplificateur 3, conserve la valeur maximale du signal de sortie de l'amplificateur après le dernier affaiblissement. Cette valeur est ensuite détectée et affichée par un moyen indicateur 7 qui, par 10 exemple, peut être un voltmètre ou un compteur numérique. Dans la forme de réalisation préférée représentée sur la figure 2, la présente invention est utilisée pour mesurer la crête d'une impulsion lumineuse. Ce dispositif convient en particulier pour mesurer la lumière émise par des réactions chimico-lumines-15 centes. Une impulsion lumineuse 8 est représentée commodément sous forme"d'une impulsion lumineuse symétrique régulière. Pour une réaction chimico-luminescente, l'impulsion lumineuse présenterait d'une façon générale un temps de montée de courte durée avec une décroissance exponentielle. En outre, étant donné que la 20 lumière est produite par l'émission de photons, l'impulsion lumineuse comprend en réalité un certain nombre de pics aigus qui, lorsqu'on en prend la moyenne, forment une courbe régulière. Un tube photomultiplicateur 9 est placé de façon que l'impulsion lumineuse 8 atteigne sa photocathode. Comme en le sait en pratique, un tube 25 photomultiplicateur typique comprend une photocathode qui émet un électron pour chaque photon qui atteint sa surface, une série de dynodes qui multiplient ce "courant électronique", et finalement, une anode reliée à une charge qui reçoit le courant engendré. Dans cette forme de réalisation, les dynodes sont polarisées par un fort 30 potentiel continu négatif fourni par une source de tension 10 qui est branchée de préférence à une prise ordinaire de courant alternatif. Une source de tension qui peut être utilisée dans la présente invention est décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique ET0 704.442 précitée. 35 Le courant anodique ou signal de sortie du tube photomultipli cateur 9 comprend une composante de courant d'obscurité et une composante qui est directement proportionnelle à la lumière inci- BAD ORIGINAL 6S 02971 -4- 2001668 dente tombant sur la photocathode. On doit souligner qu'un tube photomultiplicateur fonctionne comme une source de courantPar conséquent, son signal de sortie est sensiblement indépendant de l'impédance de charge. Pour obtenir un courant en forme d'impul-5 sions régulières, l'anode du tube photomultiplicateur 9 est connectée à un filtre 11 qui comprend un condensateur 12 mis à la masse, des résistances 13, 14 et 15, et des transistors 16, 17 et 18. A de faibles niveaux d'intensité, le courant anodique circule depuis le tube photomultiplicateur 9 à travers les résistances 13 et 14 10 vers l'entrée d'un amplificateur 19. A mesure que le courant augmente, le transistor 16 devient conducteur en shuntant la résistance 13, ce qui réduit la résistance du filtre 11. Lors d'une augmentation supplémentaire de courant, le transistor 17, et finalement le transistor 18, deviennent conducteur, en shuntant res-15 pectivement les résistances 14 et 15. Ceci a pour effet, dans son ensemble, de réduire la résistance en fonction de l'augmentation du courant, tout en maintenant l'action de filtrage voulue. Ainsi, le problème dû. au développement d'une forte chute de tension aux bornes du filtre 11 à des niveaux d'intensité élevés est éliminé. 20 l'amplificateur 19 est de préférence un amplificateur opérationnel aux bornes duquel est connectée une résistance 20. A cause du gain important d'un amplificateur opérationnel typique, l'entrée de l'amplificateur 19 est au potentiel de la masse ou à un potentiel s'approchant de ce dernier. Par conséquent, la tension 25 à la sortie de l'amplificateur 19 est égale au courant anodique engendré multiplié par la valeur de la résistance 20. L'effet du courant d'obscurité sus-mentionné est éliminé par une réaction appropriée à travers un circuit 21 de compensation du courant d'obscurité. Un circuit approprié de compensation 30 du courant d'obscurité est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 704.443 précitée. Brièvement, lorsque le tube photomultiplicateur 9 n'est pas atteint par la lumière, le signal de sortie de l'amplificateur 19 est détecté par le circuit compensateur de courant d'obscurité 21. Un courant de réaction appro-35 prié est alors fourni par le circuit à l'entrée de l'amplificateur, en ramenant ainsi la tension de sortie au niveau d'entrée. Lorsque le tube photomultiplicateur 9 est soumis à une impulsion lumineu- BAD originM- 69 02971 -5- 7001668 se 8, le circuit compensateur de courant d'obscurité 21 continue à envoyer le même courant que précédemment. Ainsi, la tension à la sortie de l'amplificateur est directement proportionnelle à l'impulsion lumineuse 8 (sous sa forme filtrée). 5 Etant donné qu'un certain nombre d'impulsions lumineuses 8 peuvent présenter une grande variation d'amplitudes, il est souhaitable de prévoir plusieurs gammes en affaiblissant le signal de sortie de l'amplificateur 19 par degrés à mesure que le courant d'anode du tube photomultiplicateur augmente. On le réalise en con-10 nectant entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur 19 un circuit 22 de changement de gammes automatique qui comprend de préférence un générateur d'impulsions 23, un circuit logique 24 et un circuit 25 à résistance variable, le circuit changeur de gammes automatique 22 est réglé de préférence'de façon à affaiblir la tension de 15 sortie de l'amplificateur 19 d'une puissance de dix, chaque fois qu'elle augmente jusqu'à une valeur prédéterminée, lorsque cette valeur prédéterminée est atteinte, le générateur d'impulsions 23 fournit une impulsion de tension au circuit logique 24 qui change à son tour la résistance du circuit 25 à résistance variable. Avec 20 une diminution au dixième de la résistance de réaction totale aux bornes de l'amplificateur 19, sa tension de sortie est affaiblie d'une puissance de dix. I^est nécessaire que le circuit changeur de gammes automatique 22 soit ramené à son état initial de non affaiblissement avant de soumettre le tube photomultiplicateur 9 à 25 un signal lumineux, le degré d'affaiblissement est indiqué par le moyen indicateur 26 qui peut être par exemple sous forme d'une série de lampes au néon indicatrices de gammes. Un circuit changeur de gammes automatique préféré est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 704.444 précitée, 30 le signal de sortie de l'amplificateur 19 est également appliqué, par l'intermédiaire d'une diode 27 à un condensateur 28 de mémorisation, qui est polarisé à la tension de sortie. Chaque fois que le niveau de tension prédéterminé sus-mentionné est atteint, le générateur d'impulsions 23 transmet également une impulsion à 35 la base du transistor 29, qui devient alors conducteur, en déchargeant ainsi rapidement le condensateur 28. En fermant un interrupteur 30, le condensateur 28 peut être déchargé au potentiel de 69 0?Q7i -6- 2001668 la masse par l'intermédiaire d'une résistance 31 avant de mesurer l'amplitude d'une impulsion lumineuse ultérieure. L'amplificateur 32 et un moyen indicateur 33 sont reliés en série avec la "borne du condensateur 28 qui n'est pas mise à la 5 masse. L'amplificateur 32 comprend de préférence un transistor à effet de champ dans son étage amplificateur initial. Etant donné qii'un tel transistor ne tire aucun courant, la tension de polarisation appliquée au condensateur 28 est maintenue, tandis que le moyen indicateur 33 fournit une indication soit analogique, soit numé-10 rique de la tension de polarisation. Afin d'obtenir une indication précise, il est nécessaire que la présente invention soit correctement calibrée. Un procédé approprié de calibrage consiste à soumettre le tube photomultiplicateur 9 à, une source radioactive connue et à régler la source de tension 10 jusqu'à ce que le moyen 15 indicateur 33 donne 1!indication correcte. En effectuant le calibrage pour détecter le triphosphate d'adénosine, on a trouvé qu'il est préférable de soumettre le tube photomultiplicateur 9 à une quantité connue de triphosphate d'adénosine. Les lectures des moyens indicateurs 26 et 33 sont notées. Une lampe de calibrage 20 est mise sous tension et est réglée jusqu'à ce que la valeur notée soit atteinte. Lorsque cette lampe est sous tension, le gain du tube photomultiplicateur est alors ajusté en l'augmentant par l'intermédiaire de la source de tension 10, jusqu'à ce que le signal de sortie indique la valeur correcte pour l'échantillon de 25 triphosphate d'adénosine connu. Afin de décrire le fonctionnement fondamental de la présente invention, on va supposer que 1) le moyen changeur de gammes automatique 22 est destiné à affaiblir la tension de sortie de l'amplificateur 19 d'une puissance de dix chaque fois que 30 le signal de sortie atteint 10 volts, 2) le circuii/fehangeur de gammes automatique 22 est réglé à l'état de non affaiblissement initial, 3) la résistance 20 est égale à 500 mégohms, 4) la tension de polarisation appliquée au condensateur 28 est égale à la tension de sortie de l'amplificateur 19, et 5) l'impulsion lumineuse 8 à sa 35 valeur maximale produit un courant proportionnel dans le circuit anodique du tube photomultiplicateur 9 de 1 micro-ampère. A mesure que l'impulsion lumineuse 8 est appliquée au tube photomultipli 69 02971 -7- 2001668 cateur 9, la tension de sortie de l'amplificateur 19 augmente» Lorsque la composante proportionnelle du courant anodique atteint 20 micro-ampères, la tension de sortie de l'amplificateur, et par conséquent, la tension de polarisation du condensateur 28, sont 5 égales à 10 volts. Le générateur d'impulsions 23 transmet alors une impulsion au circuit logique 24- qui diminue d'une puissance de dix la résistance totale de réaction aux bornes de l'amplificateur 19 par l'intermédiaire du circuit 25 à résistance variable. En même temps, le condensateur 28 est déchargé à travers le tran-10 sistor 29 à la masse. La tension régnant à la sortie du condensateur 28 (par l'intermédiaire de la diode 27) correspond maintenant à 1 volt. Le moyen indicateur 26 indique que le signal de sortie a été affaibli une fois. La tension de sortie de l'amplificateur 19 est ensuite égale à 10 volts, lorsque la composante pro-15 portionnelle du courant anodique augmente jusqu'à 200 micro-ampères. De nouveau, le signal de sortie est affaibli et le condensateur 28 est déchargé jusqu'au niveau d'un volt. Finalement, lorsque la composante proportionnelle du courant anodique atteint sa valeur maximale de 1 micro-ampère, la tension à la sortie de l'am-20 plificateur 19 et aux bornes du-condensateur 28 est égale à 5 volts. Cette valeur est détectée et est affichée par le moyen indicateur 33. Pour obtenir l'indication réelle, la valeur four- 2 nie par l'indicateur 33 est multipliée par 10 , comme l'indique maintenant le moyen indicateur 26. 25 Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, et est susceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. BAD ORIGINAL *5- 69 02971 -8- 2001668 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour mesurer l'intensité maximale d'une impulsion d'énergie caractérisé en ce qu'il comprend un transducteur pour produire un signal électrique proportionnel à l'impulsion d'énergie, 5 un amplificateur connecté au transducteur pour amplifier le signal électrique, un changeur de grammes relié en relation d'asservissement avec l'amplificateur et destiné à affaiblir automatiquement le signal amplifié d'une quantité prédéterminée, chaque fois que le signal amplifié atteint au moins une valeur prédéterminée en réponse 10 à l'impulsion d'énergie, un premier indicateur connecté au changeur de gammes pour indiquer chaque fois que le signal amplifié atteint au moins l'une desdites valeurs prédéterminées, un moyen de mise en mémoire relié à l'amplificateur et destiné à conserver l'amplitude maximale du signal amplifié après le dernier affaiblissement du si- 15 gnal amplifié, et un second indicateur relié au moyen de mise en mémoire pour indiquer l'amplitude du signal amplifié. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de compensation relié en relation d'asservissement avec l'simplificateur pour supprimer la contribution du 20 courant d'obscurité au signal électrique. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le transducteur fournit un courant continu proportionnel à ladite énergie, le courant étant sensiblement indépendant de l'impédance de charge. 25 4 - Dispositif selon l'une des revendication de 1 à 3, carac térisé en ce qu'il comprend un filtre placé entre le transducteur et l'amplificateur, et qui est destiné à filtrer le courant continu de sortie du transducteur. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- 30 risé en ce que le transducteur est un tube photomultiplicateur, et e ce que l'amplificateur est un amplificateur opérationnel. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que le filtre comprend un condensateur dont une extrémité est connectée au tube photomultiplicateur et dont l'autre 35 extrémité est reliée à la masse, plusieurs résistances montées en sé rie connectées entre l'extrémité qui n'estas mise à la masse du BAD ORIGINAL 69 02971 -9- 2001668 condensateur et l'amplificateur opérationnel, et plusieurs transistors connectés aux bornes des résistances et destinés à shunter progressivement les résistances à mesure que le courant continu de sortie du tube photomultiplicateur augmente. 5 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de mise en mémoire est un condensateur qui est destiné à être chargé à mesure que la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel augmente et qui est destiné à être rapidement déchargé chaque fois que la tension de sortie de l'ampli- 10 ficateur opérationnel est affaiblie. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second indicateur comprend un amplificateur à transistor à effet de champ et un voltmètre relié à la sortie dudit amplificateur à transistor à effet de champ. 15 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second indicateur comprend un amplificateur à transistor à effet de champ et un compteur numérique relié ■ à la sortie dudit amplificateur.