Brevet FR2134570A1 — publié le 19721208

La présente invention concerne un dispositif de surveillance à tube à décharge qui fournit un signal distir.ctif dès qu'un faisceau lumineux éclaire ledit tube, utilisé comme élément photosensible . 5 Plus précisément, réalisant une application nouvelle, qui exploite dans un tube à décharge les propriétés particulières des aaz ionisés, ainsi que leur aptitude d'engendrer des oscillations haute fréquence, le dispositif, conforme à la présente invention, assure un signal puissant, même, quand l'intensité lumi-10 neuse incidente est très faible. De plus, étant dépourvu de fluctuations basse fréquence, le dispositif reste silencieux soit en l'absence de l'éclairement, soit quand le tube est court-circuité. La technique actuelle offre de multioles utilisations possibles de tels dispositifs de surveillance. Ils conviennent 1 ? particulièrement comme détecteur d'incendie, dispositif antivol, appareillage d'alai-me ou de régulation commandé à distance par un faisceau lumineux, dispositif contrôlant l'amorçage d'un arc dans un appareillage inaccessible à haute tension ou comme détecteur de lumière en général. Les appareils de surveillance peuvent réagir 20 à un éclairement, permanent ou non, du tube à décharge par des moyens sonores, tels que sonnerie, sirène, haut-parleur, ou visuels comme l'allumage d'une lampe à incandescence, la déviation d'un appareil à aiguille, inscription d'un enregistrement, soit encore de toute autre façon appropriée aux conditions particulières d'u-25 tilisation. Les détecteurs de lumière les plus répandus actuellement ne répondent pas d'une manière satisfaisante à un flux lumineux incident peu intense. En effet, la sensibilité de la classe de détecteurs photoconducteurs, les cellules au sélénium, ou à sulfure 30 de cadmium par exemple, est limitée par l'intensité, non négligeable, de leur coiuant d'obscurité, ainsi que r:ar le bruit intrinsèque basse fréquence qui accomoagne les passages des ^lpctrons de la bande de valence à 3a bande de conduction. Une autre classe de cellules, actuellement utilisées, 35 est celle des détecteurs à cathode «missive, telles les cellules à vide ou à aaz, ainsi que les photonultiplica teurs. Plusieui's causes contribuent à limiter leur sensibilité. Les plus importantes sont dues notamment a la nature statistique du flux électronique de la photoémission de la cathode ou de l'émission secondaire, à l'é-40 mission spontanée d'électrons parasites, non provoqués par le si- BAD original 72 14978 2134570 gnal lumineux, aux fluctuations importantes basse fréquence de la source d'alimentation, cette dernière, dans le cas de photomultiplicateurs, pouvant atteindre un ou deux milliers de volts. Les tubes à lueur qui pourraient être utilisés comme 5 éléments de transmission d'un signal, ou même, comme détecteurs de lumière, méritent une mention à part. Leur sensibilité est, toutefois, bien limitée par les fluctuations de la chute cathodique et de la différence de potentiel aux bornes, ainsi que par le courant d'obscurité, relativement important, entretenu par la 10 source électrique extérieure appliquée en permanence. Tous ces types de cellules sont ainsi limités en leurs sensibilités par le bruit et les fluctuations basse fréquence et, de plus, aucun n'exploite les oscillations haute fréquence, dites oscillations électrostatiques sonores, pouvant être engendrées dans 15 les gaz ionisés. Pour pallier ces inconvénients, la présente invention apporte une combinaison d'un élément photosensible et d'un accessoire électronique réagissant mutuellement l'un sur l'autre. L'élément photosensible comprenant un gaz qui absorbe facilement les 20 photons de lumière, assure d'une part un seuil de détection très bas et d'autre part, dans les conditions de montage approprié, l1 entretien des osc.illationsh.aute fréquence. Le faible courant électrique, fourni par l'élément, sollicite l'accessoire électronique qui, en traitant ce signal, le transforme, l'amplifie et le ré-25 applique audit élément photosensible. Ce dernier, transmettant le courant résultant aux étages suivants, assure ainsi 3 fonctions ; il convertit les quanta lumineux incidents en un faible courant électrique, puis reçoit les signaux amplifiés par l'accessoire, et transmet aux étages suivants soit son courant de décharge, soit les 30 oscillations haute fréquence provoquées par les ondes engendrées et rayonnées dans l'espace environnant. De plus, fonctionnant/sans source extérieure permanente, l'élément photosensible est dépourvu de la majeure partie de fluctuations parasites basse fréquence. De ce fait, l'ensemble de la combinaison assure, en circuit fermé, d'une 35 part un seuil de détection de lumière très bas et d'autre part, une pente de conversion, lumière-signal électrique, très élevée. En outre, là combinaison, utilisée en circuit ouvert, sert comme émetteur haute fréquence modulé à la fréquence déterminée par l'acces-soire0 40 Utilisant un élément sensible de quelques dixièmes de BAD ORigu 72 14978 2134570 cm3 et un accessoire en semi-conducteur pourvu du strict minimum d'éléments passifs nécessaires, l'ensemble matériel de la combinaison devient compact, d'un poids faible et d'une implantation aisée qui neut s'adapter aux exigences variées des applications. 5 Suivant une importante caractéristique de la présente invention, le dispositif de surveillance comporte une combinaison d'un élément photosensible à gaz et d'un accessoire électronique actif, de préférence en semi-conducteur ; ledit élément sollicite les circuits basse fréquence ou radio-fréquence des étages de dé-10 tection et de signalisation. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, l'élément photosensible est constitué par un tube à deux électrodes froides, identiques, rempli d'un gaz inerte pur, ou d' un mélange gazeux, les deux électrodes n'étant soumises à aucune 15 source continue extérieure,de sorte que le tube à décharge devient bi-directionnel, c'est-à-dire peut conduire dans un ou l1 autre sens. Suivant une caractéristique préférée, le gaz est mono-atomique, tel que Néon, Argon, Hélium, Krypton, Xénon, etc. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'ac-20 cessoire électronique et les éléments passifs afférents constituent un oscillateur bloqué au repos, une électrode de l'élément photosensible étant reliée audit oscillateur, tandis que l'autre électrode, lorsque le photoélément fonctionne en circuit fermé, est connectée à un détecteur électronique de sorte, qu'en état dy-25 namique, 1« cube à décharge couple l'entrée et la sortie de l'oscillateur,et que le détecteur électronique détermine le moment où l'élément photosensible inverse son courant de décharge. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, une électrode de l'élément photosensible est reliée indirec-30 tement à l'oscillateur bloqué, tandis que l'autre électrode est connectée à un fil ouvert à son extrémité éloignée, ledit fil agissant comme une antenne aux radio-fréguences. Les nouveaux moyens suivant l'invention permettent également d'obtenir un signal d'avertissement ininterrompu nécessi-35 tant une intervention manuelle pour arrêter l'alarme. D'autres caractéristiques apparaitront au cours de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins qui représentent : Fig. 1 un diagramme fonctionnel des réalisations con-40 formes à la présente invention ; 72 14978 2134570 Fig. 2, une réalisation en circuit fermé schématisée, assurant une alarme de durée finie ; Fig. 3, un schéma électrique d'une réalisation en circuit fermé, assurant un signal d'avertissement de durée prolongée 5 Fig. 4, un montage schématisé en circuit ouvert, as surant un rayonnement haute fréquence ; Fig. 5, une réalisation en circuit ouvert, assurant un signal d'alarme ininterrompu. La réalisation, définie dans les pages qui précèdent, 10 est illustrée par le sc'néma-bloc de la figure 1, où l'on remarque le tube à décharge 10 éclairé par le faisceau lumineux 12. L'une des deux électrodes de tube, A, est connectée à un accessoire élec tronique 18, tel un oscillateur, qui est alimenté, à travers la clé 26, par la source E1. Le courant circulant dans la connexion 15 14 déclenche l'oscillateur, dont le signal de sortie, transmis par la connexion figurée en pointillés, retourne vers l'électrode A. En réalité, les deux connexions aboutissant à l'électrode A sont confondues, elles ne sont séparées sur la figure que pour une meilleure compréhension du fonctionnement. L'électrode B du tube 20 à décharge alimente l'étage détecteur-amplificateur 32, dont le signal de sortie actionne l'appareillage d'avertissement de contrôle ou de signalisation 34. La clé 30, déconnectant la source E2 coupe, s'il est nécessaire, les circuits d'alarme. La clé 28 rompant la continuité du fil BDf ou celle du fil de liaison E1-E2, 25 ou encore les deux à la fois, met en circuit ouvert le tube à décharge 10 qui, lorsqu'il est éclairé, émet alors des ondes haute fréquence. Le schéma détaillé de la figure 2 illustre un dispositif de surveillance assurant un signal, sonore ou visuel, dont la du-30 rée est égale à celle du flux lumineux 12 éclairant le tube à décharge 10, à gaz inerte monoatomique de préférence. Dans cette réalisation le tube fonctionne en circuit fermé. A l'état initial, en l'absence de tout éclairement, les transistors 16 et 36 sont bloqués, c'est-à-dire ne conduisent pas. 35 Les enroulements du transformateur 20 ne sont sollicités par aucun courant provenant du tube à décharge. Son électrode A est au poten tiel -E1. Il en résulte que le courant collecteur le est nul, de même que la différence des potentiels aux bornes du tube 10. Le potentiel de l'électrode B est au potentiel +E2 égal à -E1. Avec 40 les transistors 16 et 36 du type pnp, les sources de tensions E1 72 14978 2134570 et E2 sont de l'ordre de 9 volts. A l'apparition de 1'éclairement, les photons de lumière, absorbés par le gaz monoatomique inerte du tube 10, provoquent la formation d'un plasma où coexistent les atomes neutres et excités, ainsi que les électrons et les ions positifs. En l'absence d'une source permanente appliquée entre les bornes -E1 et +E2, les particules électrisées du plasma errent dans l'espace interélectrodes : un certain nombre d'électrons atteianent l'électrode A et la chargent négativement. Un courant IP prend naissance et il entraîne, dans le secondaire du transformateur 20, un courant IS qui abaisse le potentiel de l'électrode 24 du condensateur C et, par suite, diminue le potentiel de la base du transistor 16 en faisant apparaître le courant collecteur le. La réaction positive, produite par la connexion 14a, engendre la phase montante des courants. Ainsi, le courant LA croît, entraînant l'augmentation du potentiel de l'électrode A du tube à décharge. Un champ électrique h, de direction de A vers B, s'établit dans le tube 10 et, en accélérant les électrons, augmente les collisions entre les électrons et les atomes, ainsi que le nombre d'électrons frappant l'électrode A. Un nuage d'ions positifs se forme autour de l'électrode B, tant que le potentiel de cette dernière n'est pas trop élevé, les courants IP et IS croissent de pair avec la différence de potentiel aux bornes du tube 10. Les flèches simples, indiquant sur la figure 2 les sens des courants, correspondent à cette phase montante. L'accroissement du nuage d'ions positifs autour de 1' électrode B réduit le nombre d'électrons arrivant sur l'électrode A et, de ce fait, dininue le champ h, ainsi que les courants IP, 13 et IA. A un instant donné, les sens de ces grandeurs s'inversent et un courant IB prend naissance rendant conducteur le transistor 36. Pendant cet'e phase de fonctionnement, l'électrode 24 du condensateur C se charge, rendant positive la base du transistor.et annulant le courant le. Les ions positifs se rassemblent autour de l'électrode A et réduisent les électrons frappant l'électrode P. Le cycle recommence, et le tube à décharge 10 reste toujours éclairé. Le rythme est entretenu par le tube à décharge. La description effectuée montre notamment l'effet amplificateur de la combinaison du tube 10 et de l'oscillateur bloqué 18, l'importance d'un gaz inerte mono-atomique et l'intérêt de l'absence d'une 72 14978 2134570 source continue permanente, appliquée au tube à décharge. La description fait comprendre le fait que dans l'obscurité les transistors 16 et 36 restent au repos et qu'aucun courant ne sollicite l'ensemble de signalisation 32 et 34. La figure 3 représente schématiguement une réalisation, à circuit fermé, assurant un signal d'avertissement ininterrompu, même quand le flux lumineux incident 12 ne dure qu'un temps limité. A cette fin, un thyratron ou, de préférence, un thyristor au silicium par exemple, remplace le détecteur-amplificateur 36 de la figure 2. Dans ce cas, l'électrode B du tube a décharge 10 alimente l'électrode de commande du thyristor 46. Un signal, même bref, fourni par l'électrode B déclenche le redresseur et le courant permanent It alimente l'un des avertisseurs choisis : une lampe à incandescence 44, un appareil à aiguille 42, un avertisseur sonore 45 ou tout autre dispositif de signalisation à courant continu. La clé 48 permet d'arrêter le courant It et de rendre son efficacité à l'électrode de commande. Le schéma de la figure 4 illustre une réalisation à circuit ouvert rayonnant dans l'espace environnant des ondes haute-fréquence. Une antenne 50, pouvant être constituée par un simple fil, est connectée à l'électrode B du tube à décharge. Comme les potentiels des électrodes A et B ne sont pas fixés, les particules ionisées errent d'une électrode à l'autre en subissant des collisions, recombinaisons et des ré-ionisations. Ces fréquentes interactions ainsi que les glissements des ions positifs produisent une bande d'ondes haute fréquence modulées par les oscillations bas«re fréquence de l'oscillateur bloqué 18. Pour une densité ionique appropriée du plasma, les ono'es générées tombent dans la bande des radio fréquences usuelles. Un récepteur de radiodiffusion 52,_mis au voisinage de l'antenne 50 captera ces ondes du tube à décharge 10 et fera entendre par son haut-parleur 40 les vibrations de l'oscillateur bloqué 18. Pour isoler l'électrode A, le transformateur 54 est intercalé entre le transformateur 20, assurant le fonctionnement de l'oscillateur 18, et l'électrode A. Les enroulements primaires des transformateurs 20 et 54 sont connectés en parallèle. L'antenne 50 peut être longue, ce qui permet de placer le récepteur 52 à une très grande distance et, en particulier, dans un local différent de celui où se trouve le dispositif de surveillance. Il est, toutefois, possible de placer le tube 10 et l'oscillateur 18 a l'intérieur de 1'ébénisterie du récepteur 52 sans gêner 72 14978 i 2134570 en rien le fonctionnement normal de la radio. Pour écouter les émissions rr.d:ophoricuec. norirales, il suffit de court—circuiter le tube à d-'charge au moyen de l'interrupteur 56 et, de ce fait, supprimer l'action de surveillsnce. 5 Une réalisation à circuit ouvert assurant un signal inin terrompu est schématisée n.-.r la fïcure 5. Le montage de l'oscillateur 18 et du transformateur 54 aboutissant à l'électrode A du tube à décharge 1C est identique a celui de la figure 4. Pour assurer la surveillance, le thyristor 58, placé à l'intérieur du pos-10 te récepteur 52, est intercalé entre la borne positive de la source d'alimentation E3 et la fiche positive de la barrette d'alimentation 59 du poste lui-même. Le thyristor 58 fait office d'un interrupteur, ouvert, en l'absence du flux lumineux 12,et fermé, dès l'apparition de la lumière. Pour entendre, en cas d'infraction, 15 un son puissant, il est souhaitable de prendre la précaution de pousser au maximum le potentiomètre de commande du volume sonore et de régler la longueur d'onde du récepteur sur un émetteur de radiodiffusion puissant. L'électrode B du tube à décharae est directement connec-20 tée à l'électrode de commande du thyristur, l'émetteur de ce dernier est relié à la borne positive de la source E3, tandis que le collecteur du thyristor alimente la fiche positive de la barrette 59 du récepteur. Comme l'une des extrémités du transformateur 54 est 25 isolée, le potentiel de l'électrode A du tube 10 n'est pas fixé et, de ce fait, les oscillations haute fréquence du plasma sont renforcées, quand le tube a décharge est éclairé. Ces oscillations sollicitent l'électrode de corarsnde et le thyristor s'allume mettant en marche le récepteur 52, Le haut-parleur 40 diffuse, alors 30 bruyamment l'émission radicphonique captée. L'interrupteur 62 branché entre le collecteur et l'émetteur du thyristor permet, de désamorcer ce dernier, de couper le récepteur 52 et de restituer les fonctions de surveillance au dispositif entier. Dans l'obscurité le récepteur, n'étant pas alimenté, reste muet. 35 Dans toutes les réalisations décrites, le tube a déchar ge peut être muni d'un filtre le rendant invisible à l'oeil nu. Il est bien entendu que, lorsque la surveillance n'est pas nécessaire, les fonctions normales de l'écoute radiophonicue peuvent être rétablies. Il suffit alors de déconnecter le fil BD et de relier 40 par une connexion directe les bornes positives de la source E3 et 72 14978 2134570 de la barrette 59. On voit donc, qu'exploitant l'application nouvelle des tubes à décharge à gaz inerte, décrite ci-dessus, les dispositifs de surveillance assurent par leur grande sensibilité, tant en 5 basse fréquence qu'en haute fréquence, une protection ou un contrôle très efficace. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction des dispositifs décrits, sans sortir du cadre de la présente invention ; celle-ci 10 n'est pas limitée aux formes de réalisations représentées et décrites ci-dessus à titre d'exemple. 72 14978 9 2134570 REVENDICATIONS 1. Procédé de surveillance de 1'éclairement d'un endroit obscur par tube à décharge photosensible, caractérisé en ce que la lumière incidente, absorbée par le gaz nv'ta s table dudit tube, est convertie en un faible courant 'lectrique sollicitant un accessoire électronique amplificateur, dont le signal de sortie réappliqué au tube accroît l'ionisation du gaz ainsi que les charges électriques qui agissent sur les étages de détection et d'avertissement signalant que l'endroit surveillé est éclairé. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les dites charges électriques sont transmises aux étages soit par des connexions électriques transportant le courant de décharge du tube photosensible, soit par rayonnement radic-électrique portant les ondes haute fréquence qénérées dans le gaz. 3. Dispositif de détection de lumière comprenant des indicateurs visuels ou des avertisseurs, tant sonores qu'optiques ou mécaniques, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison, un tube à décharge à gaz métastable, en particulier un gaz inerte monoatomique, et un accessoire électronique amplificateur, pouvant être un oscillateur bloqué, de préférence en semi-conducteur, ces deux éléments actifs réagissant mutuellement l'un sur l'autre. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le tube à décharge comporte deux électrodes froides identiques. 5. Dispositif suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le tube à décharge comporte un circuit d'utilisation comprenant, au moins, un élément de couplage à l'accessoire électronique, ledit élément pouvant être passif tel un transformateur basse fréquence, dont l'un des enroulements est connecté, directement ou indirectement, audit accessoire, et l'autre enroulement à l'une des électrodes dudit tube. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit d'utilisation du tube à décharge est un circuit fermé comorenant, en série avec les éléments de couplage, un détecteur-amplificateur, de préférence en semi-conducteur, dont 1* entrée est connectée à l'électrode libre dudit tube à décharge et la sortie à l'entrée de l'étage de signalisation et d'alarme. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les électrodes dudit tube à décharge, utilisé en circuit fermé, sont polarisées par le même potentiel de la source d'alimentation. 72 14978 10 2134570 80 Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit d'utilisation du tube a décharge est un circuit ouvert comportant une antenne, éventuellement un fil rayonnant, branchée à la br.se libre de l'élément de couplage dont l'extrémité opposée est connectée à l'une des électrodes du tube de décharge, ledit aérien, par les ondes électromagnétiques émises, étant, lui-même, couplé à un radiorécepteur pourvu des étages de signalisation et maintenu en état^.'alerte. 9. Dispositif, suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'électrode libre du tube de décharge est connectée à un aérien supplémentaire très dégagé, ledit aérien pouvant être constitué par un fil rayonnant. 10. Dispositif, suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit d'utilisation du tube de décharge comporte un étage de détection constitué par un tube à arc,tel un thyratron ou, de préférence, un thyristor dont l'électrode de comrr.ande est connectée à l'électrode libre du tube de décharge, une autre électrode dudit tube à arc, pouvant être le collecteur du thyristor, étant branchée à la fiche positive de la barrette-interrupteur du circuit d'alimentation du radio-récepteur. 11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la fiche négative de ladite barrette-interrupteur est connectée à la borne négative de la source d'alimentation autonome du radio-récepteur, source, dont la borne positive est reliée à la troisième électrode du tube à arc,telle l'émetteur d'un thyristor, ledit tube à arc pouvant être incorporé dans 1'ébénisterie du radio-récepteur.