Brevet FR2061517A1 — publié le 19710625

La présente invention concerne un système analyseur nume- rique automatique de clichés de chambres à bulles ou, plus généralement, d'images planes composées de points discrets ou disposés selon des courbes. Dans les systèmes d'analyse numérique automatique du genre considéré, le cliché est balayé par un spot lumineux et la luminance du spot non occulté ou partiellement occulté par une trace existant sur le cliché agit sur un photomultiplicateur dont le signal de sortie est amplifié. Le balayage est commandé numériquement par abscissesFet ordonnées discrètes au moyen de registres compteurs et décompteurs et les positions numériques que ces registres occupent sont enregistrées lors du maximum du signal de sortie amplifié du photomultiplicateur. Pour que le fonctionnement du système soit convenable, il est nécessaire de distinguer, dans le signal de sortie du photomultiplicateur, les impulsions dues aux traces et qui seront appelées impulsions de trace, d'autres impulsions ou signaux erratiques dus à l'inconstance de la luminance du spot et aux irrégularités de la transparence du cliché. Il est également nécessaire que le critère de distinction soit indépendant de la luminance du spot et de la transparence du cliché Conformément à l'invention, l'amplificateur du signal du photomultiplicateur est asservi de façon à donner à son signal de sortie une amplitude prédéterminée par une boucle d'asservissement ayant une constante de temps très faible, mais la boucle d'asservissement est coupée pendant la durée des impulsions de trace.La boucle d'asservissement contient donc un discriminateur des impulsions de trace et des impulsions ou signaux dus à d'autres causes. Confoiiiiément à une autre caractéristique de l'invention, les impulsions de trace sont séparées des autres signaux d'après la vitesse de montée de leur front avant définie comme le rapport entre un pourcentage de variation d'amplitude et le temps correspondant à ce pourcentage de variation. Les impulsions ayant franchi ce test avec succès sont ensuite classées en fonction de leur durée. Pour-fixer les idées, si l'on suppose pour simplifier que le spot et la bulle sont des cercles de mee rayon R et que le centre du spot se déplace sur une droite passant par le centre de la bulle, la quantité s'/#R où s' est la surface commune au spot et à la bulle, est donne en fonction de la quantité d/2R, où d est la distance entre le centre du spot et le centre de la bulle, par les équations t cos P z d/2R où P est l'angle indiqué sur la Fig. 1. La courbe de la Fig. 6 représente s'/irR2 en fonction de d/2R. On voit que la variation d'amplitude est de 100 Elle serait inférieure à cette valeur si la trajectoire du centre du spot ne passait pas par le centre de la bulle. Si l'on suppose que la vitesse de balayage est telle que la durée de l'impulsion de la Fig. 6 soit de 5 tts au total, la vitesse moyenne de montée est de 40 % par microseconde. Pour tenir compte des cas où le spot ntest pas entièrement occulté par la bulle, on prendre une vitesse de montée minimale nettement moindre, par exemple 7 % par microseconde, pour caractériser les impulsions de trace. Naturellement, cette vitesse de montée dépend de la vitesse de balayage, des diamètres respectifs de la bulle et du spot, et de l'occultation relative minimale du spot devant donner lieu à une impulsion de trace. L'invention va être maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 est un schéma montrant une bulle et le spot pour l'explication du principe du système d'analyse - la Fig. 2 représente, sous la forme d'un diagramme de blocs, le système d'analyse de clichés de chambres à bulles de l'invention - la Fig. 3 représente différentes formes d'onde de signaux - la Fig. 4 est le schéma électronique détaillé du systèmedeanatxefi - la Fig. 5 représente un source de tension de référence comprise dans le système d'analyse ; et - la Fig. 6 représente la courbe explicative dont il a été question dans l'entrée en matière. En se référant à la Fig. 1, on y voit une bulle 1 sur un cliché de chambre à bulles et un spot d'analyse 2. Si l'on désigne par sO la surface totale du spot et par s la surface du spot non occultée par la bulle, le dispositif de l'invention permet d'obtenir le rapport s/ao Anticipant sur la description qui va suivre, le spot illumine un photomultiplicateur et la sortie de ee photomultiplicateur est reliée à l'entrée d'un amplificateur ayant un gain variable G, Si l'on désigne par r(x,y3 la transparence du fond du cliché en l'absence de trace et par I(t,x,y) l'intensité du spot lumineux d'analyse, x et y étant les coordonnées du point courant du cliché et t le temps, on recueille, en l'absence de trace, à la sortie de l'amplificateur, un signal # : # = I(t,x,y).#(x,y) # s0 # G Conformément à l'invention, on fait dépendre, grâce à un asservissement, le gain G de t, de y et de y, de façon à ce que g soit constant, d'où # = e0 = I(t,x,y)# #(x,y) # so G ou encore G(t,x,y) = 1/I(t,x,y)# #(x,y) # eo/so (1) Ceci constitue la définition de G(t,x,y) valable sur le fond du film. Lorsque l'élément d'analyse est occulté partiellement par une trace, on recueille, à la sortie de l'amplificateur, un signal e tel que e = I(t,x,y). t(x,y) o s e G (2) En conservant pour G la valeur déterminée par (1) sur le fond du film au voisinage de la trace, l'égalité (2) peut s'écrire e = eO (s/sO) Le signal fourni par l'appareil analyseur est proportionnel au complément à 1 de l'occultation relative du spot par la bulle En se référant à la Fig. 2, on a représenté un tube à rayons cathodiques 11 devant lequel est placé un objectif 12 et le film 13 contenant le cliché à analyser. Derrière le film est située une lentille de cliamp 14 et un photomultiplicateur 15. Le courant de sortie du photomultiplicateur est converti en tension dans le circuit 32 et la tension obtenue est appliquée à l'entrée 241 d'un amplificateur à gain variable 24. Un compteur-décompteur en x, 16, et un compteur-décompteur en y, 17, reçoivent de circuits logiques non représentés des impulsions de balayage. Les compteurs-décompteurs 16 et 17 sont reliés à des convertisseurs numériques-analogiques, respectivement 18 et 19, eux-mêmes reliés aux organes de déflexion, bobines ou plaques, du tube à rayons cathodiques 11, à travers les amplificateurs de déflexion en x et en y non représentés. Il résulte de l'arrangement décrit que le spot balaie le cliché et que ses coordonnées actuelles sont contenues dans les compteurs-décompteurs. Les compteurs-décompteurs 16 et 17 sont également reliés à des registres en x et en y, 20 et 21, à travers des portes 22 et 23. Bien entendu, il y a autant de portes 22 et 23 que d'étages dans les compteurs-décompteurs 16 et 17 et dans les registres 20 et 21. La sortie 242 de l'amplificateur 24, asservi comme il va être expliqué, est reliée à un circuit 33 dit de centre de trace". Celui-ci détermine le centre de la trace (le maximum de l'impulsion si elle est symétrique) et transmet en sortie une impulsion tres brève vers les secondes entrées des portes 22 et 23. Il en résulte que, quand une impulsion, due au fait que le spot traverse une trace, apparaît à la sortie de l'amplificateur 24, les coordonnées du spot au point central de traversée sont enregistrées dans les registres 20 et 210 L'amplificateur 24 est un amplificateur opératiornlel à gain variable dont le gain est commandé par un transistor à effet de champ 26.Si p désigne la résistance dynamique du circuit sourcedrain de ce transistor à effet de champ et si R est la valeur de la résistance 25 insérée dans le circuit de contre-réaction de l'amplificateur, le gain est donné par l'expression G = R +i' si on néglige lsimpédance dentrée de l'amplificateur, ce qu'on peut toujours faire tant que le transistor 26 n'est pas bloqué. Le tableau suivant donne les valeurs du gain en fonction de l'amplitude en volts du signal Vgs appliqué entre la grille et la source du transistor à effet de champ Vgs 0 0,5 1 1,5 2 2,2 2,4 G 166 136 110 77 40 20 8 Ces valeurs correspondent à R + 150 k Q et à un transistor 26 du type 2 N 3376. La sortie de l'amplificateur 24 est reliée à un comparateur 30, à l'entrée 301 duquel on applique un signal de référence, et ce comparateur 30 est relié à un condensateur de mémoire 31 et à la grille du transistor à effet de champ 26, à travers une porte ET analogique 29 formant interrupteur. La sortie de l'amplificateur 24 est également reliée à un discriminateur de pente de signal 27 et ce discriminateur est relié à un basculeur monostable 28 dont le signal de sortie est appliqué à la deuxième entrée de la porte ET 29. On voit que le montage de la Fig. 2 réalise les conditions qui ont été exposées dans l'entrée en matière. En l'absence de trace, lXasservissement dfl à la boucle 30, 31, 26 maintient le signal de sortie eO constant. En présence de trace, l'asservissement est interrompu par les circuits 27, 28, 29 et l'amplitude relative de l'impulsion de trace est conservée. La Fig. 3, ligne a, représente le signal g de sortie de l'amplificateur 24 quand la boucle d'asservissement est ouverte. La ligne b de cette meme figure représente le signal e0 résultant de la boucle d'asservissement. La boucle étant à action rapide, l'impulsion de trace 101 a, par rapport à l'impulsion de trace 100, de la ligne a, une amplitude très réduite. La ligne c de la Fig.3 représente le signal de sortie de l'amplificateur quand on interrompt l'asservissement pendant les traces; l'impulsion 102 a la meme amplitude relative que l'impulsion 100. Le discriminateur de pente 27 est un circuit qui doit faire la sélection entre les impulsions à pente raide et les impulsions à pente douce et ne laisser passer que les premières. Le fonctionnement de ce circuit va être expliqué sur un exemple pratique. Le spot d'un diamètre de 35 F se déplace sur 14 film à une vitesse constante de 12 P par microseconde. Les bulles sont d'un diamètre qui varie peu autour de 30 t. Les impulsions correspondant aux occultations partielles ont une durée qui varie entre 1 et 5 es vs et une amplitude relative (pourcentage de lumière occultée) qui est comprise entre 5 ffi et 80 * de l'amplitude du noir (occultation totale3. Un signal qui varie en 10 es ou plus ne peut donc entre une trace et doit Qtre compensé; pour cela, leasservlssemends doit votre assez rapide pour agir complètement en 10 ps. Or, Si le système est rapide, il va avoir le temps de réagir fortement au passage d'une trace; il convient donc de détecter la trace et d'interrompre l'asservissement en moins de 0,5 s. Il n'est pas possible de sélectionner les signaux de trace d'après leur amplitude ou leur durée, puisque lsorl doit agir dès le début de ces signaux. On sélecte donc les signaux en fonction de leur pente. Toutes les traces donnent une vitesse de montée supérieure à 7 % d'accroissement relatif amplitude par - . Le discriminateur de pente 27 peut consister simplement en un circuit différentiateur suivi d'un comparateur d'amplitude. En effet, l'amplitude de la dérivée est d'autant plus grande que la pente du signal est plus forte. On se référera maintenant à la Fig. 4 qui donne le schéma de détail de l'amplificateur à gain variable, des circuits de sa boucle d'asservissement et des circuits de la commande drinter- ruption de boucle. Seuls, les circuits dont le fonctionnement n'apparatt pas à ltévidence vont être décrits. En ce qui concerne l'amplificateur à gain variable 24, il est compensé en fréquence-pour éviter les risques d'oscillation. Cette compensation est faite au moyen de la résistance 243 et du condensateur 244. Il en résulte que la bande passante dépend de la fréquence. Dans l'exemple décrit, où la valeur de 243 est de 220 ohms et la capacité de 244 de 680 pF et où l'amplificateur 24 est du type & 02, la bande passante minimale correspondant au gain maximal est de 400 kllz et la bande passante maximale est de 5 Miz. Le comparateur 30 est un amplificateur différentiel à courant constant comprenant les deux transistors 303 et 304, tous deux de type n-p-n; à la base 301 du premier est appliqué le signal de référence e0 et à la base 3QZ du second le signal de sortie e de 1'amplificateur 24. Les émetteurs des deux transistors 30 sont reliés au collecteur d'un transistor n-p-n 305 utilisé comme source de courant. Le signal de sortie de ltamplificateur différentiel est appliqué à un étage inverseur formé du transistor 306. Le collecteur de ce dernier est relié à la porte 29 qui est ici constituée par un transistor à effet de champ. Il y a lieu de noter que, bien que l'entrée du discriminateur de pentes 27 puisse être connectée directement à la sortie 242 de l'amplificateur 24, on l'aen fait connectée à l'émetteur du transistor 304. Le transistor 304 joue donc en mtme tens le rtle d'adaptateur d'impédances pour attaquer le circuit 27 sous basse impédance. Le circuit discriminateur de pentes 27 comprend un circuit de différentiation formé du condensateur 271 et de la résistance 272 et un amplificateur opérationnel 273 dont une entrée est reliée à la sortie du circuit de différentiation 271-272 et l'autre à une tension de référence. Le circuit différentiateur 27 permet de détecter une pente supérieure à 7 % d'amplitude par microseconde en moins de 300 nanosecondes. Le circuit 28 n'est pas un basculeur monostable comme dans la Fig. 2 mais un amplificateur a courant constant à grand gain suivi dtun circuit à résistance et condensateur. L'amplificateur à courant constant est formé des transistors 283, 284, 285 et est exactement semblable à l'amplificateur 30. La tension de comparaison appliquée à la base de 283 est celle de la terre. L'amplificateur 28 a pour role de faire passer dans la gamme entre 0 et 10 volts le signal sortant du discriminateur 27 qui est compris entre 0 et 3 volts. 10 volts sont en effet nécessaire pour attaquer la grille du transistor 29. Ltinterruption de l'asservissement soit durer 10 Fs chaque fois qu'une trace est détectée. Cette durée est obtenue grâce à la résistance 282, au condensateur 281 et à la diode 286. Le condensateur 281 est chargé par l'impulsion-apparaissant sur le collecteur du transistor 283 et se décharge dans la résistance 282. Les bornes 301, 274, 275 sont reliées à une source de tension de référence représentée sur la Fig. 5. Cette source doit débiter un courant continu d'une direction ou de la direction opposée et avoir une tension indépendante du courant débité. Elle comprend un diviseur de tension formé des résistances 51 et 52 et de la diode 53 connectée dans le sens direct. Le point commun à 53 et 51 est relié à la base d'un transistor 54 et le point commun à 53 et 52 est relié à la base d'un transistor 55. Les transistors 54 et 55 sont l'un n-p-n et l'autre p-n-p. Leurs émetteurs sont connectés entre eux et à la borne de sortie 50 et leurs collecteurs sont portés directement, l'un à la terre et l'autre à une tension de polarisation. La borne 50 est mise à la terre à travers un condensateur de grande capacité 56. Le fonctionnement est le suivant Les potentiels des points 57 et 58 sont très voisins l'un de l'autre, disons -3 volts et -3,2 volts. Si la tension aux bornes de 56 est égale à -3,1 volts, les émetteurs ne sont pas suffisamment polarisés par rapport aux bases et les deux transistors sont bloqués. Si le condensateur 56 se charge à une tension supérieure à -3,1 volts, -3 volts par exemple, 55 devient conducteur et la tension de charge ne peut monter au-dessus de -3,1 volts. Si le condensateur 56 se décharge à une tension inférieure à -3,1 volts, -3,2 volts par exemple, 54 devient conducteur et la tension de décare ne peut descendre au-dessous de -3,1 volts. La résolution du système analyseur n'est pas affectée par l'asservissement. En effet Si deux traces sont distantes de moins de 60 P sur le film (donc de 5 vs dans le temps), leur durée totale est inférieure à 10 s. La première coupe l'asservissement pour 10 s, ce qui fait que les deux impulsions passent sans être asservies. Si les deux traces sont à plus de 60 l'une de l'autre, les deux impulsions sont distinctes et chacune déclenche une coupure de 10 s qui empêche le système d'être asservi. REVENDICATIONS 1 - Système analyseur numérique de traces, notamment sur clichés transparents de chambres à bulles, comprenant des moyens de balayer le cliché avec un spot d'analyse, un photomultiplicateur recevant la lumière dudit spot et fournissant un signal qui9 quand le spot est au moins partiellement occulté par une trace, est une impulsion de trace, un amplificateur à gain variable recevant comme signal d'entrée le signal de sortie dudit photomultiplicateur, caractérisé en ce que l'amplificateur comprend une boucle d'asservissement formée d'un comparateur d'amplitude comparant le signal de sortie de l'amplificateur avec une tension de référence, des moyens d'appliquer le signal d'erreur sortant du comparateur à un condensateur de mémoire et à la borne de commande de gain de l'amplificateur et d'un interrupteur de la boucle d'asservissement et en ce qu'il est prévu un discrimina- teur de la pente du front avant des impulsons scrutant de l'amplificateur et des moyens de commander ledit Saterrupteur pendant un temps prédéterminé quand ladite pente est supérieure à une valeur prédéterminée. 2 - Système analyseur numérique de traces conforme a la revendication 1 dans lequel le discriminateur de la pente du front avant des impulsions est un circuit différentiateur suivi d'un comparateur du signal sortant dudit circuit différentiateur avec une tension de référence. 3 - Système analyseur numérique de traces conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'application du signal terreur à la borne de commande de gain de l'amplificateur comprend une boucle de contre-réaction incluant l'inter- valle source-drain d'un transistor à effet de champ, la grille dudit transistor à effet de champ recevant ledit signal d'erreur.