Brevet FR2112473A1 — publié le 19720616

La présente invention est relative au perfectionnement des dispositifs de détection ou détecteurs de fumée du type à ionisation utilisant le phénomène constitué par le fait que le courant d'ionisation diminue lorsque les molécules de gaz ionisées s^Ôéplaçant dans le champ électrique entre des électrodes anta-5 gonistes viennent adhérer aux fines particules des produits de combustion apparaissant au moment où se déclare un incendie. Les dispositifs détecteurs de fumée du type décrit ci-dessus comportent, de façon caractéristique, une chambre d'ionisation ménagée au moyen d'une électrode possédant une source 10 de rayonnement radioactif de Ra-226 ou Am-24l, par exemple, conjointement avec une électrode opposée, une tension électrique étant fournie à partir d'une source d'énergie et par l'intermédiaire d'une résistance aux deux électrodes précitées, les molécules de gaz contenues dans la chambre d'ionisation étant ionisées 15 par l'irradiation de la source de rayonnement radioactif, lesdites molécules de gaz ionisées étant happées par les électrodes respectives, de telle façon que le courant d'ionisation engendre une tension aux deux extrémités de la résistance, toute variation de ladite tension étant détectée par un circuit de détection émet-20 tant un signal d'alarme. Lorsque des produits de combustion pénètrent dans la chambre d'ionisation d'un tel dispositif détecteur du type classique les molécules de gaz ionisées viennent adhérer aux fines particules desdits produits de combustion (à savoir par exemple de l'acide pyroligneux, de l'eau et du goudron de 25 bois, etc, dans le cas du bois), leur mobilité étant réduite à un niveau remarquablement bas, si bien que le courant d'ionisation se trouve réduit. En pareil cas, le volume de l'espace libre d'ionisation se trouve limité étant donné que la chambre d'ionisation doit demeurer petite, la résistance interne équivalente oppo-30 sée à la chambre d'ionisation par rapport à l'entrée du circuit de détection s ' établissant habituellement à environ lO^-fl- . Afin de pouvoir maintenir une résistance d'une valeur aussi élevée pendant une longue période, il est nécessaire de concevoir de façon particulière le matériau isolant, le circuit d'amplifica-35 tion, l'élément de commutation et analogues, sans compter le fait qu'il est difficile de maintenir la fiabilité requise du dispositif en tant que système d'alarme. En règle générale, afin d'accroître le courant d'ionisation il est tenu pour utile d'accroître le nombre d'ions 71 39529 2 2112473 produits ou d^enforeer le champ électrique. Alors que le volume de la chambre d'ionisation peut être élargi afin d'obtenir l'effet précité, étant donné que la sensibilité devient inférieure lorsque la densité d'ions est accrue, les dimensions du 5 dispositif de détection sont limitées dans la pratique. Par contre, si le champ électrique est renforcé, la sensibilité devient également inférieure et, partant, le courant d'ionisation s'établit habituellement à environ 10A • Afin de convertir ledit courant en line tension de 10Y, il devient nécessaire de pourvoir 10 à une résistance élevée, à savoir de l'ordre de 10^\ft- . Alors que ce problème peut être résolu en diminuant la valeur de la résistance série, la tension produite dans la résistance est extrêmement faible et, par suite, il devient difficile de pourvoir à un circuit d'amplification de nature stable. 15 La présente invention a pour objet de résoudre les -problèmes susmentionnés grâce à l'amélioration de la fiabilité du dispositif de déteotion de fumée du type à chambre d'ionisation, et ce en appliquant une tension périodique variable entre les électrodes mutuellement antagonistes dans la chambre d'ioni-20 sation et un courant d'ionisation d'amplification alternatif au moyen de ladite tension. La présente invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée en référence à un mode de réalisation spécifique, le tout conjointement aux dessins ci-annexés, sur lesquels : 25 la fig. 1 est un diagramme du circuit d'un disposi tif de détection de fumée du type connu; la fig. 2 illustre de façon schématique la structure d'une chambre d'ionisation; la fig. 3 est un schéma de principe du dispositif de 30 détection de fumée conforme à la présente invention; les fig. 4a, 4b et 4c représentent des formes d'onde destinées à expliciter le mode de fonctionnement du dispositif illustré sur la fig. 3» sur lesdites figures les abréviations suivantes signifient : en ordonnée C. = courant ou tension, et 35 en abscisse T.= temps. En référence tout d'abord à la fig. 1 se trouve -illustré un dispositif de détection de fumée d'un type connu, lequel comporte une chambré d'ionisation extérieure 1, une source de rayonnement radioactif 2, des électrodes 3 et 4, ainsi i|0 qu'une chambre 5 qui est munie d'ouvertures ou perforations 71 39529 3 2112473 destinées à permettre la pénétration de la fumée à l'intérieur de ladite chambre. Ledit dispositif comporte en outre une chambre d'ionisation intérieure 6, une source de rayonnement radioactif J, des électrodes 8 et 9, une chambre protégée 10, un transistor à 5 effet de champ électrique du type MOS 11 (soit en abréviation T.E.C.) un redresseur de commande au silicium 12 (soit en abréviation R.C.S.), ainsi qu'une résistance 13. La chambre d'ionisation intérieure 6 fait office de dispositif à résistance élevée, alors que la chambre d'ionisation extérieure 1 est munie d'ori-10 fices ouverts à 1'atmosphère en vue de détecter la fumée. Lorsque de la fumée pénètre dans la chambre d'ionisation extérieure 1, le courant d'ionisation se trouve réduit et la tension de la-porte du T.E.C. 11 est amenée à s'élever. Ladite élévation de la tension de la porte entraîne à son tour 1'élévation de la tension 15 de la source, si bien que le R.C.S. 12 est mis en circuit et qu'un relais 14 se trouve par conséquent actionné. Sur la fig. 2 se trouve décrit le mode d'agencement des électrodes utilisées dans la chambre d'ionisation, lesdites électrodes étant désignées par les références 16 et 17, respec-20 tivement, la référence 18 désignant un élément de protection. Sur la fig. 3 se trouve illustré le dispositif de détection de fumée conforme à la présente invention lequel comporte une chambre d'ionisation 19, une source de rayonnement radioactif 20, des électrodes 21 et 22 mutuellement opposées, 25 lesquelles forment par ailleurs la chambre d'ionisation 19. La source de rayonnement radioactif 20 est fixée sur l'électrode 22, de façon que les molécules soient ionisées dans l'espace libre ménagé à l'intérieur de la chambre. L'électrode 21 est connectée à une source d'énergie 23 au moyen, par exemple, d'un 30 dispositif engendrant une onde carrée périodique dont la tension varie de façon périodique ainsi qu'il est illustré sur la fig. 4A, l'autre électrode 22 étant mise à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 24 présentant une faible valeur de résistance. La tension destinée à la résistance 24 est fournie à un circuit 35 d'amplification à courant alternatif 25 conduisant à un circuit de commutation 27 par l'intermédiaire d'un circuit redresseur de régulation 26. L'on va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif conforme à la présente invention. Lorsque la tension 40 représentée sur la fig. 4A est appliquée par la source d'énergie 71 39529 4 21j2473 23 à l'électrode 21 dans la chambre d'ionisation 19, la forme d'onde du courant d'ionisation est telle que représentée sur la fig. 4b. La raison de la manifestation de courants de fuite parasites aux points haut et bas de ladite forme d'onde est due aux 5 courants de charge et de décharge de la capacité électrostatique. La résistance 24 présente une résistance relativement faible. En supposant que la résistance série s'établisse disons à 100 M-&, la tension engendrée sera de 10 mV. En conséquence, et en fonction des variations caractéristiques de l'élément amplificateur qui 10 sont dues aux variations de température ou analogues, il s'avère peu facile d'amplifier avec précision une tension aussi faible. Par contre, et conformément à la présente invention, la tension peut être instantanément amplifiée au moyen du circuit d'amplification à courant alternatif, de telle façon qu'un courant d'ionisa-15 tion alternatif soit amplifié à une valeur suffisante que pour pouvoir être converti' en un courant continu dans le circuit redresseur de régulation 26, une sortie à courant alternatif y afférente étant susceptible de détecter de façon appropriée n'importe quelle variation du courant d'ionisation, lequel se trouve alors 20 appliqué au circuit de commutation 27 qui déclenche la séquence opérationnelle du signal d 'alarme. Si la fumée parvient à la chambre d'ionisation, le courant d'ionisation décroît ainsi qu'il est représenté sur la fig. 4C. Toutefois, du fait que ledit courant d'ionisation se trouve déjà 25 converti en un courant alternatif, le courant d'ionisation affaibli peut être facilement amplifié dans le circuit d'amplification à courant alternatif 25. C'est ainsi que le courant d'ionisation alternatif qui est amplifié avec un gain élevé se trouve ensuite converti en courant continu dans le circuit redresseur de régula-30 tion 26, la sortie à courant continu y afférente actionnant le circuit de commutation 27, de manière à permettre le fonctionnement du signal d'alarme en présence de la fumée ou du feu. Ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, et conformément à la présente invention, une tension variant de façon pério-35 dique est appliquée entre les deux électrodes antagonistes, le courant d'ionisation étant converti en courant alternatif, ledit courant d'ionisation alternatif étant ensuite amplifié, de sorte que l'invention se caractérise par le fait que même un courant d'ionisation extrêmement faible peut être amplifié avec un gain 40 élevé, lui permettant de la sorte d'opérer avec certitude sa 71 39529 5 21:2473 fonction de signal d'alarme en présence de la fumée, et par le fait que le dispositif de détection peut être stabilisé de façon extrêmement simple. En outre, alors que dans les dispositifs du type classique l'on fait appel à un transistor à effet de champ ^ électrique du type MOS, la présente invention ne nécessite pas l'utilisation d'un tel élément à circuit spécial. La présente invention permet au contraire d'utiliser un transistor du type à jonction, lequel est d'un bas prix de revient, si bien qu'elle s'avère être des plus avantageuses tant sur le plan des coûts de fabrication que de l'entretien. En référence au courant de fuite parasite qui est dû aux courants de charge et de décharge de la capacité entre les électrodes respectives, il est possible d'éliminer tout effet y afférent en appliquant à l'électrode 22 une tension de phase 15 inverse à la tension appliquée à l'électrode 21, et ce par 1'intermédiaire ' une capacité extérieure distincte. 1 71 39529 6 2112473 REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de fumée destiné à détecter le courant d'ionisation circulant à travers une paire d'électrodes antagonistes, caractérisé par le fait qu^il comporte 5 une source d'énergie pour l'application d'une tension à variation périodique entre les électrodes précitées, un dispositif d'amplification à courant alternatif qui est destiné à amplifier le courant d'ionisation circulant entre lesdites électrodes, un dispositif pour redresser et régulariser la puissance de sortie du 10 dispositif d'amplification précité à courant alternatif, ainsi qu'un dispositif de signal d'alarme qui estybonnecté audit dispositif redresseur de régulation. 2. Dispositif de détection de fumée, suivant la revendication 1, dans lequel la source d'énergie précitée est cons- 15 tituée par un dispositif qui engendre périodiquement une onde carrée.