Brevet FR2069881A1 — publié le 19710910

L'invention a pour objet un procédé dc mesur@ de signaux électriqucs c'est-à-dirc un procédé permettant de mesurer les variations de l'intensité desdits signaux en fonction du temps. L'invention a également pour objet un dispositif comportant application dudit procédé, c'est-à-dire un apparcil permettant de reproduire la forme de signaux électriques et d'en mesurer leurs variations d'intensité en fonction du temps. Un étalonnage de l'appareil permet d'effectuer des mesures absolues. Le signal électrique peut être visualisé et/ou enregistré : dans le premier cas, l'appareil est un oscilloscope ct dans le second un oscillographe. Ces deus types de dispositif n'étant pas notoirement différents, le mot "oscillographe" désigne par la suite indistinctement l'un et l'autre. Dans les oscillographes actuels, l'impact, de très petite surface, d'un faisceau focalisé d'électrons émis par une cathode est visualisé sur un écran fluorescent. Le faisceau d'électrons subit deux déflexions perpendic@- laires réalisées à l'aide de deux systèmes deflexion orthogonaux, systèmes électrostatiques ou magnétiques. La première déflexion, effectuée suivant l'axe des abscisses est choisic en général pour représenter le temps.Elle est par exemple obtenue en appliquant entre deux plaques planes parallèles une différence de potentiel croissant linéairement au cours du temps (signal en forme de dent de scie) : l'impact du faisceau d'électrons se déplace alors d'un mouvement uniforme suivant l'axe des abscisses. La seconde déflexion est obtenue par exemple en appliquant à une deuxième paire de plaques perpendiculaires à la première, une différence de potentiel proportionnelle à l'intensité du signal électrique à mesurer.Pour réaliser un oscillographe n temps de réponse rapide, 1 est nécessaire de disposer d'amplificateurs à large bande passante capables de délivrer aux systèmes de déflexion un signal reproduisant fidèlement le signal électrique à étudier. Cependant, il n'existe pas actuellement d'amplificateurs présentant à la fois une large lande passante et un gain élevé. Les oscillographes rapides sont alors équipé actuellement d'amplificateurs à large bande mais à gain peu élevé ce qui diminue beaucoup la sensibilité de ces apparcils. L'invention fournit un procédé et un dispositif correspondant mieux que ceux de l'art antérieur aux exigences de la pratique notamment en ce qu'ils ne présentent pas l'inconvénient ci-dessus. L'invention vise en particulier à obtenir une méthode de mesure beaucoup plus sensible que celle de l'art antérieur en rempla@ant le balayage du faisceau d'électrons suivant l'axe des ordonnes, représentant l'intensité du signal, par d'autres moyens de mesure mais tout en conservant le balayage suivant l'axe des abscisses représentant le temps. L'oscillographe utilisant cette méthode est alors plus sensible et a une dynamique plus grande que les dispositifs existant actuellement. A cette fin, l'invention propose un procéda du mesure de signaux électriques caractérisé en ce qu'il consiste successivement - à transformer linéairement chaque signal électrique à mesurer en un signal lumineux, - à transformer linéairement ledit signal lumineux en un faisceau d'électrons, - à accélérer et à focaliser sous vide lesdits électrons, - à effectuer linéairement en fonction du temps au moins un balayage dudit faisceau, - a recueillir ledit faisceau sur la partie sensible d'un détecteur d'électrons et, - à mesurer l'intensité de l'impact du faisceau d'électrons le long de la trace obtenue sur ladite partie sensible. L invention propose également un dispositif, faisant application dudit procédé et pouvant comporter plusieurs voies de mesure, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse par voie de mesure, l'émission de ladite source étant commandée linéairement par le signal électrique à mesurer, et un tube électronique comprenant principalement une photocathode éclairée par ladite source lumineuse, un système d'optique électronique, des moyens pour effectuer d'une façon linéaire un balayage du faisceau d'électrons extraits de ladite photocathode par ladite émission et un détecteur d'électrons. L'invention scra mieux comprise à la lecture dc la description qui suit d'un mode d'exécution de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La descr@ption se réfère au dessin unique qui l'accompagne, dans lequel la figure unique représente un mode de réalisation avantageux d'un oscillographe à trois voics conforme: à l'invention. Le signal électrique que l'en veut mesurer est tout d'ab@rd transformé en un signal lumin@ux d'une façon linéaire c'est-à-dire que la forme de ces deux signaux électriques et lumin@ux est identique. La lumière émise est ensuite envoyée sur une photocathode, laquelle transforme le signal lumineux en une impulsion d'électrons émis par la photocathode. Ces électrons sont ensuite accélérés et focalisés sur une émulsion nucléaire dont la réponse (densit optique en fonction du nombre d'électrons) est linéaire. Le faisceau d'électrons subit sur son parcours une déviation pro portioîuielle au temps. L'enregistrement de l'impact du faisceau d'électrons sur le détecteur permet de déterminer les variations au cours du temps dé l'intensité du s ig:ial électrique. t- effet, le nombre de pilotons émis par la source lumineuse à un instant donné est proportionnel à la valeur de l'in- tensité du signal électrique au même instant.La réponse de la photocathode à un flux lumineux étant linéaire, le nombre d'électrons émis est proportionnel au nombre de photons incidents, donc à la valeur de l'intensité du signal électrique. La. réponse du détecteur d'électrons est alors proportion- nelle à li intensité du signal électrique. Le détecteur d'électrons peut être également un écran fluorescent, mais au détriment de la linéarité de l'enregistrement. Dans le cas de l'utilisation de l'émulsion nucléaire, la densitométrie de celle-ci,après développement, permet de reproduire très fidèlement les variations de l'intensité du signal électrique au cours du temps. Quant au balayage, il dévie linéairement le faisceau en fonction du temps la longueur de la trace sur le détecteur donne donc l'information "temps". La sensibilité de cette méthode de mesure est très nettement suzéricure à celle des méthodes de l'art antérieur. En effet, si nous ut lisons comme source de lumière une diode électro-luminescente dont le courant électrique nécessaire à son excitation est de 100 mA et la puissance lumineuse de sortie de 0,05 mW à une longueur d'onde de 9000 et comme source d'électrons une photocathode, du type S 1 sensible à la longueur d'onde 9000 , dont le rendement quantique est de l'ordre de 0,001, si l'on suppose de plus que le signal électrique à étudier est de lmV aux bornes d'une résistance de 50 @@ms, le courant qui traversc la diode en séri@ avec cette résistance s@ra de 20 A.Comme l'émission lumineuse vari@ linéairement en fonction du courant d'excitation, la puissance lumineuse émise par la diode est égale à 10-3@ ce qui correspond à un nombre de photons de l'ordre de 1011. A ce nombre de photons correspond un nombre d'électrons mille fois plus faible, soit environ 10@, donc très nettement supérieur à celui néces- saire à l'obtention d'un cliché sur une émulsion nucléaire. En effet, il faut environ 1010 électrons sur une émulsion nucléaire peu sensible pour obtenir sur une surface d'exposition de 1 cm2 une densité photographique de @,@. Cependant, le diamètre de l'impact d'un faisceau d'électrons sur le détecteur est au plus de 0,03 @m. On constate donc que l'énergie lumineuse nécessaire à l'enregistrement du signal est très faible, ce qui permet d'obtenir des oscillogrammes à hctute sensibilité. L'enregistrement sur l'émulsion nucléaire étant linéaire en fonction du flux d'électrons jusqu'à des densités de l'ordre de 2 et la densité minimale mesurable étant de l'ordre de 0,01, on voit donc que l'on peut obtenir une dynamique (rapport entre les densités maximale et minimale) de valeur au moins égale à 200. Cette densité peut encore être augmentée en utilisant la méthode de couplage de traces pour les densités inférieur@s à 0,01.La sensibilité du système de mesure peut être très facilement adaptée à l'intensité du signal électrique à mesurer en agissant, à l'aide d'un jeu de filtres optiques sur la quantité de lumière arrivant sur la photocathode. De plus, cette méthode permet de mesurer simultanément plusieurs signal; électriques : pour cela, on associe à chaque signal une source lumineuse et chaque signal électrique module l'émission de la source oui lu est associée. Sur la fig. unique, l'oscillographe représenté comporte trois sources lumineuses 1, donc trois voies de mesure. @'émiss@on de chaque source lumineuse 1 est commandée par l'un des signaux à analyser. Cha@ue voic de mesure comporte une source de lumière 1, constituée par une diode électr@luminescente, en arséniure de gallium par exemple, dont on module le courant de polarisation par le signal électrique à étudier, et donc l'@@is- sion lumineuse, et un ou plus@@urs filtres optiques 2 destinés à atténuer plus ou moins le faisceau lumineux émis par la source 1.Ces filtres permettent a@nsi d'ajuster la sensibilité du système de mesure à l'intensité du signal électrique à mesurer, ce qui correspond au changement de calibre d'un appareil classique. Les faisceaux lumineux sont ensuite focalisés à l'aide d'un système optique 3 en trots points de la photocathode ;r placée sous vide ô l'intérieur d'un tube électronique 5. Les électrons émis par la piloto- cathode 4 sont accélérés et focalisés à l'aide du système d'optique électronique 6 et à travers un diaphragme 7 sur un écran 11.Le début et la fin de l'enregistrement peuvent être déclenchés par un signal appliqué sur les plaques @, @', L@rsque ce signal est appliqué entre les plaques @, @@, le faisceau d'électrons est arrêté par les parois du diaphragme 7. Dans le dispos t if décrit et représenté sur la figure unique, on util se un ba la@age circulaire afin d'angmenter l'échelle des temps. Ce balayage est @btenu par deux paires de plaques 9 et 10 auxquelles on applique deux tensions alternatives en quadrature. L'écran 11 est constitué par une membrane tr@s fine 12, de l'ordre de 1 d'épaisseur qui peut être par exemple réalisée en @ica, contre laquelle est disposée une émulsion nucléaire 13, logée dans une enceinte 14. Cette @nceinte peut contenir, par exemple, un système de développement accéléré des émulsions nucléaires 13. Placé à l'intérieur du tube électronique 5 et juste au-dessus de la membrane 12, un écran fluorescent es@a- motable 15 permet, lorsqu'il se trouve sur la membrane 11, l'observation visuelle de la trace du faisceau d'électrons. Parmi les nombreux avantages du dispositif, on peut citer sa grande sensibilité de mesure, 1 emploi commode de filtres optiques 2 adaptant la sensibilité de l'appareil à l'intensité du signal électrique à mesurcr et surtout, la suppression complète des systèmes de déflexion en amplitude utilisés dans les dispositifs de l'art antérieur, ces systèmes nécessitant pour les oscillographes rapides l'utilisation de lignes à propagation d'ondes très onércuses.De plus, ce dispositif offre la possibilité de @uxtaposer un grand nombre de voies de mesure sur un même tube électronique . il suffit de disposcr d'autant de sources lumineuses I que de signaux électriques à mesurer il va sans dire cue la présente invention ne se limite pas au seul mode de réalisation qui a bté représenté et décrit à titre d'exemple et que la portée du présent brevet s étend à tout ou parti@ des dispositions restant dans le cadre des équivalences ainsi qutà toutes applications de telles dispositions. En particulier, le système de déflexion constitué des électrodes 9 et 10 donn@ licu à un balayage circulaire du fa@@ccau d'élec- trons : il est bien évident que ce système de déflexion peut être différent et réaliser, par exemple, lin balayage linéaire ou encore sinusoïdal. De plus, la présence de l'électrode 8 et du diaphragme 7 n'est pas indispensable. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de signaux électriques caractérisé en ce qu'il consiste successivement - à transfoimer linéairement chaque signal électrique b mesurer en un signal lumineux, - à transfoimer linéairement ledit signal lumineux en un faisceau d'électrons, - à accélérer ct à focaliser sous vide lesdits photoélectrons, - à effectuer linéairement en fonction du temps au moins un balayage dudit faisceau, - à recueillir ledit faisceau sur la partie sensible d'un détecteur d'électrons et, - à mesurer l'intensité de l'impact des photoélectrons le long de la trace obtenue sur ladite partie sensible. 2. Dispositif faisant application du procédé défini à la revendication I et pouvant comporter plusieurs voies de mesure caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse par voie de mesure, l'émission de ladite source étant commandée linéairement par les signaux électriques à mesurer et un tube électronique comprenant principalement une photocathode éclairée par ladite source lumineuse, un système d'optique électronique, des moyens pour effectuer d'unc fac on linéaire un balayage du faisceau d'électrons clis par ladite photocathode ct un détecteur d'électrons. 3. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que ladite source lumineuse est une diode électroluminescente dont le courant de polarisation est modulé par ledit signal électrique à mesurer. 9. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en cc que le système d'optique électronique comporte au moins une électrode d'accélération desdits photoélectrons et an r.toins une électrode de focalisation. 5. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé on ce eue lesdits moyens comprennent au moins une électrode constituée d 'une paire dc plaques parallèles situées en regard l'une de l'autre ct de part et d'autre dudit faisceau d'électrons, ledit balayage étant linéaire. 6. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce ce que lesdits moyens comprennent deux paires de plaques produisant deux champs perpendiculaires, ledit balayage étant circulaire. 7. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit détecteur d'électrons est une émulsion sensible aux électrons. 8. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que ledit détecteur d'électrons est un écran fluorescent. 9. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte, intercalé entre ladite source lumincuse et ladite photocathode,au moins un filtre optique destiné à ajuster la sensibilité du dispositif à l'intensité du signal électrique à mesurer.