Brevet FR2244325A1 — publié le 19750411

La présente invention a trait à des perfectionnements aus dispositifs à source lumineuse utilisés en association avec des moyens photo-électriques pour convertir la lumière issue de la source lumineuse en un signal électrique destiné à etre ultérieurement amplifié et traité. L'invention s'applique en particulier aux dispositifs à source lumineuse pour mesures d'absorption. Dans les dispositifs de ce genre, il est classique d'amplifier le signal électrique sous forme de courant alternatif ou pulsé. Une façon d'obtenir un courant de cette forme est de convertir la lumière en un signal à courant continu, puis l'interrompre ce dernier au moyen d'un découpeur. Cependant, ce procédé tend à donner naissance à un niveau de bruit élevé, et il rend difficile l'obten- tion d'une rétroaction du signal de sortie de l'amplificateur sur le dispositif de conversion photoélectrique pour corriger la distorsion de la caractéristique du dispositif et stabiliser le fonctionnement du circuit. Un autre procédé est d'interrompre les rayons lumineux par un obturateur rotatif. Du fait que le dispositif correspondant doit comprendre des pièces mécaniques mobiles, il est susceptible d'engendrer des bruits indésirables et des vibrations; de plus un tel dispositif est relativement encombrant, et son maniement est difficile.Une autre solution est d'exciter par intermit tence un tube à décharge gazeuse au moyen d'une source de courant alternatif du commerce. Cependant, cette solution est inappropriée aux mesures d'absorption, étant donné que la lumière fournie présente un spectre de fréquences relativement étroit. Un but de la présente invention est par conséquent de proposer un dispositif à source lumineuse perfectionné pouvant fournir de la lumière dans un large spectre defréquences s'étendant de l'ultra-violet proche à l'infra-rouge proche, tout en supprimant tous les inconvénients rappelés ci-dessus. L'invention permet d'atteindre ce but par l'excitation effective intermittente d'une lampe à incandescence sous un régime d'intensité lumineuse stable. A cet effet, le dispositif à source lumineuse selon l'invention, qui comprend une lampe à incandescence, une source de tension prepre à fournir une tension d'alimentation prédéterminée à ladite lampe, un générateur de signal destiné à engendrer un signal de fréquence, un générateur de tension de référence destiné à engendrer une tension de référence intermittente en synchronisme avec ledit signal de fréquence, un comparateur propre à comparer ladite tension d'alimentation avec ladite tension de référence et à engendrer un signal de comparaison correspondant à la différence entre ces deux tensions, ainsi qu un circuit de commande de tension destiné à régler ladite tension d'éclairage en réponse audit signal de comparaison, est caractérisé en ce que ledit signal de fréquence présente une fréquence inférieure ou égale à 1 inverse de la constante de temps thermique de ladite lampe à incandescence. D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée donnée ci-après à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels; - la figure 1 est un schéma représentant un circuit électrique équivalent à une lampa à incandescence - la figure 2 est un schéma électrique représentant un mode de réalisation du dispositif à source lumineuse selon l'invention ; - la figure 3 est un graphique représentant les profils de signaux apparaissant en divers points du circuit de la figure 2; - la figure 4 est un schéma-blocs illustant un dispositif utilisable pour la mesure de la constante de temps thermique d'une lampe à incandescence ; et - la figure 5 est un graphique destiné à faciliter la compréhension d'un procédé de mesure de la constante de temps thermique d'une lampe à incandescence. Comme illustré par la figure 1, une lampe à incandescence peut être représentée par un circuit équivalent consistant en une résistance R1 et un condensateur C1 montés en série entre les deux bornes d'entrée, et en trois résistances R2, R3 et R4 montées en parallèle aux bornes du condensateur C1. La résistance R1 simule la rés-istance électrique du filament de la lampe ou ampoule à incandescence, et le condensateur C1 simule la capacité calorifique du filament et de sa monture. Les résistances R2, R3 et R4 simulent respectivement les résistances thermiques de rayonnement, de conduction et de convection dues au gaz de remplissage, Les symboles P1 et P2 indiquent respectivement les énergies d'entrée électrique et de sortie optique.On peut ainsi se rendre compte qu'une lampe à incandescence forme une sorte de circuit intégrateur présentant une constante de temps thermique qui est principalement déterminée par les valeurs de la capacité calorifique C1 et des résistances thermiques R2, R3 et R4. Soient MC -la valeur de la capacité calorifique C1 et R celle de la résistance composite formée par les résistances en parallèle R2 > R3 et R4, la constante de temps thermique a dans ces conditions pour valeur MC x R.Pour conférer l'amplitude maximum à la lumière pulsée émise par la lampe à incandescence, la fréquence f de la tension d'alimentation de la lampe ou tension d'éclairage peut être choisie de façon à satisfaire à l'équation MC x R lf (1) On se référera à présent à la figure 2, qui montre un circuit approprié à la mise en oeuvre de l'invention, lequel circuit comprend un transformateur I présentant un enroulement primaire 11 et des enroulements secondaires 12 et 13, une source auxiliaire 2 de tension continue stabilisée assurant le redressement de la tension aux bornes de l'enroulement secondaire 12 pour fournir une tension continue stable de 24 volts par exemple, une source 3 de tension d'éclairage de lampe destinée à engendrer une tension pulsée à une fréquence satisfaisant à l'équation 1, et une lampe ou ampoule à incandescence 4 conçue par exemple pour être alimentée sous 12 volts avec une puissance de 10 watts. La source auxiliaire 2 de tension continue stabilisée comprend un redresseur à double alternance formé de quatre diodes 14, 15, 16 et ly, dont les bornes d'entrée sont reliées à l'enroulement secondaire 12 du transformateur 1. Entre les bornes de sortie du redresseur et une ligne de masse 10 sont reliés en parallèle un condensateur 16, un ensemble de deux résistances 19 et 20 montées en série dont le point de jonction est relié par l'intermédiaire d'une diode 21 à la base d'un transistor NPN 22, ainsi qu'un branchement en série d'une résistance 23, d'une diode 24 et d'un condensateur 26. Le point de jonction de la résistance 24 et du condensateur 26 est relié au collecteur du transistor 22 et à la base d'un transistor PNP 25 dont l'émetteur est relié par l'intermédiaire d'une résistance 27 à la sortie du redresseur. Le collecteur du transistor 25 est relié à la base d'un transistor NPN 28 qui forme un montage Darlington avec un transistor NPN 29, le collecteur de ces deux transistors étant relié à la sortie du redresseur, tandis que l'émet- teur du transistor 29 est relié par l'intermédiaire de résistances 30 et 31 à la base du transistor 22, laquelle est également reliée à la ligne de masse 10 par l'intermédiaire d'une diode Zener 32. La base du transistor 28 est reliée au collecteur d'un transistor NPN 33 dont l'émetteur est relié, avec l'émetteur du transistor 22, à la ligne de masse 10 à travers une résistance 34. La base du transistor 3~est reliée au curseur d'un potentiomètre 35 monté en série avec des résistances 36 et 37 entre la jonction des résistan ces 30 et 31, elle-meSme reliée à une borne de sortie 38, et la ligne de masse 10. En fonctionnement, l'enroulement primaire 11 du transformateur 1 étant relié au réseau alternatif, il apparaît une tension continue stabilisée à la berne de sortie 38. La configuration des circuits de la source d'alimentation continue 2 étant en sol classique, son fonctionnement sera évident pour l'homme de l'art sans nécessiter de plus ample description. La source 3 de tension d'éclairage ou tension d'alimentation de la lampe comprend un ensemble redresseur 5, un ensemble de commande de tension 6, un ensemble générateur de signal 7, un ensemble générateur de tension de référence 8 et un ensemble comparateur 9, lesquels sont respectivement entourés par des rectangles ou blocs en trait interrompu sur le dessin. L'ensemble redresseur 5 comprend un circuit redresseur à double alternance formé de quatre diodes 39, 40, 41 et 42 et pourvu de bornes d'entrée reliées à l'enroulement secondaire 13 du transformateur 1, ainsi que d'un condensateur 43 monté entre ses bornes de sortie. L'ensemble de commande de tension 6 est composé d'un montage Darlington à deux transistors NPN 44 et 45 présentant une entrée de tension commandée en provenance de la sortie de l'ensemble re tresseur 5, une entrée de signal de commande en provenance de la sortie de l'ensemble comparateur 9 et une sortie de tension à destination de la borne de sortie.78 du système. L'ensemble générateur de signal 7 comprend un multivibrateur astable classique comportant une paire de transistors NPN 46 et 47, une paire de condensateurs 48 et 49 et deux paires de résistances 50, 51, 52 et 53. La tension de fonctionnement est appliquée à partir de la borne de sortie 38 de la source de tension continue 2 à l'une des extrémités de chacune des résistances 50, 51, 52 et 53, et le signal de sortie èst prélevé sur le collecteur de l'un des transistors 46 et 47. L'ensemble générateur de tension de référence 8 comprend un transistor NPN 55 dont la base est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 54 à la sortie de 1-' ensemble générateur de signal 7. Le collecteur du transistor 55 est relié par-une résistance 57 à la borne de sortie 38 de la source de tension continue 2, tandis que son émetteur est relié à la ligne de masse 10 par l'intermédiaire d'une diode 56. Un montage en série de diodes Zener 58 et et 59 est monté entre le collecteur du transistor 55 et la ligne de masse 10, et un montage série formé d'une résistance 61 et d'une diode Zener 60 est monté entre la borne de sortie 38 et la ligne de masse 10.Le collecteur du transistor 55, et le point de Jonction de la résistance 61 avec la diode Zener 60 sont respectivement reliés aux anodes de diodes 62 et 63 dont les cathodes sont reliées entre elles pour constituer la sortie de l'ensemble 8. L'ensemble comparateur 9 comprend une paire de transistors NPN 64 et 65 et une paire de transistors PNP 66 et 67. Les collecteurs des transistors 64 et 65 sont respectivement reliés à travers des résistances 68 et 69 à la borne de sortie 38 de la source de tension continue 2, et leurs émetteurs sont tous deux reliés à la ligne de masse 10 à travers une résistance 70. Les collecteurs des transistors 66 et 67 sont respectivement reliés à travers des résistances 71 et 72 à la ligne de masse 10, et leurs émetteurs sont reliés tous deux par une résistance 73 à la borne de s-ortie 38 de la source 2. Les bases des transistors 66 et 67 sont respectivement reliées aux collecteurs des transistors 64 et 65.L'entrée comparée est prélevée sur le curseur d'un potentiomètre 75 qui est monté en série avec des résistances 76 et 77 entre les deux bornes 78 et 79 de la lampe à incandescence 4, et elle est appliquée à travers une diode 74 à la base du transistor 65, tandis que l'entrée de référence, prélevée à la sortie de l'ensemble générateur de tension de référence 8, est appliquée à la base du transistor 64. La sortie de comparaison est prélevée sur le collecteur du transistor 66 pour être appliquée à la base du transistor 44 de l'ensemble de commande de tension 6. Lorsque 11 enroulement primaire 11 du transformateur 1 est alimenté par le secteur alternatif, une tension continue stabilisée de 24 volts apparaît à la borne de sortie 38 et est appliquée à l'ensemble générateur de signal 7, à l'ensemble générateur de tension de référence 8 et à l'ensemble comparateur 9. En vertu de son fonctionnement en multivibrateur classique, l'ensemble générateur de signal 7 fournit un signal rectangulaire tel que celui représenté sur la figure 3(A), disponible sur le collecteur du transistor 47, et ce signal est appliqué à la base du transistor 55. Le multivibrateur astable de l'ensemble générateur de signal 7 est préalablement réglé de telle façon que la fréquence f du signal qu'il fournit satisfasse à l'équation (1), sa valeur étant par exemple de 15 Hertz.Le transistor 55 de l'ensemble générateur de tension de référence 8 est rendu conducteur par le niveau haut du signal rectangulaire appliqué à sa base, et il est ramené à l'-état nonconducteur par le niveau bas de ce signal. En raison de l'action unidirectionnelle des diodes 62 et 63, il est évident que la tension à la borne de sortie de l'ensemble 8, c'est-à-dire au point de jonction des diodes 62 et 63, est rendue égale à la tension de Zener de la diode Zener 60 pendant la conduction du transistor 55, et à la somme des tensions de Zener des diodes Zener 58 et 59 pendant la non-conduction du transistor 55.Les diodes Zener 58, 59 et 60 étant choisies de façon à avoir la même tension de Zener > de 6 volts, dans le dispositif présentement décrit, le signal de sortie de l'ensemble générateur de tension de référence 8 présente une forme rectangulaire alternant entre les niveaux de 6 et 12 volts à une fréquence égale à celle du signal de sortie de l'ensemble générateur de signal 7, comme illustré par la figure 3(B). D'autre part, une tension d'éclairage de la lampe à incandescence est fournie par l'ensemble redresseur 5 et appliquée par l'intermédiaire de l'ensemble de commande de tension 6 aux deux bornes 78 et 79 de la lampe à incandescence 4. Une partie de cette tension est prélevée par le curseur du potentiomètre 75, relié en série avec les résistances 76 et 77 entre les bornes 78 et 79, pour etre appliquée par l'intermédiaire de la diode 74 à la base du transistor 65 de l'ensemble comparateur 9. Le signal de référence de tension B, fourni par l'ensemble générateur de tension de référence 8, est appliqué à la base du transistor 64.En raison de l'action classique de comparaison exercée par l'ensemble comparateur 9, une tension correspondant à la différence des deux tensions respectivement appliquées aux transistors 64 et 65 est prélevée sur le collecteur du transistor 66 pour être appliquée à la base duotransistor 44 de l'ensemble de commande de tension 6. Sous la commande de cette tension différentielle, il est conféré à la tension d'éclairage de la lampe fournie par l'ensemble redresseur 5 un profil rectangulaire synchronisé avec le signal de tension de référence B, comme illustré par la figure 3(C). Dans le dispositif présentement décrit, les niveaux bas et haut du signal de sortie rectangulaire de l'ensemble de commande de tension 6 sont respectivement réglés à 8 et 16 volts par ajustement de la position du curseur du potentiomètre 75. Le niveau haut de 16 volts est considéré comme suffisant pour conférer assez d'énergie lumineuse au spectre dans le domaine des courtes longueurs d'onde, et, au niveau bas de 8 volts, l'intensité lumineuse est réduite presque à sa valeur minimum. Le niveau bas de la tension d'éclairage ne doit pas être réduit à zéro, afin d'éviter les phénomènes transitoires tels que le bruit que provoquerait une coupure franche. Sa tension d'éclairage étant engendrée comme indiqué cidessus, la lampe à incandescence 4 émet une lumière stable présentant une variation d'amplitude pulsée de valeur suffisante. La lumière émise présente le profil d'amplitude représenté sur la figure 3(D), qui correspond à une intégration du profil C de la figure 3. Ceci est dû au fait précédemment mentionné que la lampe à incandescence 4 forme une sorte de circuit intégrateur, comme représenté sur la figure 1. La fréquence f qui satisfait à l'équation (1) et correspond.à l'inverse de la constante de temps thermique de la lampe à incandescence peut être mesurée par exemple de la façon indiquée ci-dessous. La figure 4 montre un dispositif permettant d'effectuer cette mesure, lequel comprend un circuit oscillateur 81, un générateur de tension de référence 82, un circuit de commande de tension d'éclairage 83, une lampe à incandescence 84, une cellule photoélectrique 85 au sélénium/ un amplificateur à courant continu 86, un filtre 87 de suppression de composante continue et un détecteur 88 de composante alternative ou composante d'ondulation. Le circuit oscillateur 81 comprend un multivibrateur et fournit un signal rectangulaire dont la fréquence est réglable dans une plage comprise entre 1 et 50 Hertz. Le-générateur de tension de référence 82 est synchronisé avec la sortie de l'oscilla- teur 81 et fournit un signal rectangulaire de référence dont les niveaux haut et bas sont respectivement de 8 et 4 volts. Le circuit de commande de tension d'éclairage 83 est commandé par la sortie du générateur de tension de référence 82, et il fournit un signal rectangulaire synchronisé avec la sortie de chacun des deux circuits 81 et 82 précités. Les niveaux haut et bas du signal de sortie du circuit 83 peuvent être réglés tout en restant maintenus dans un rapport égal à DEUX.On a choisi ces deux niveaux de telle manière que la tension nominale de fonctionnement de la lampe à incandescence 4 testée corresponde à leur moyenne arithmétique, à savoir 8 et 4 volts pour une lampe de 6 volts, 16 et 8 volts pour une lampe de 12 volts, et 32 et 16 volts pour une lampe de 24 volts, pendant cette mesure. La lampe à incandescence 4 est excitée par intermittence par le signal de sortie du circuit 83, et la lumière ainsi émise est reçue par la cellule photoélectrique au sélénium 85 qui la convertit en un signal électrique pulsé. Le signal de sortie de la cellule 85 est amplifié avec un gain de 1000 environ par l'amplificateur à courant continu 86, et le signal de sortie de ce dernier est filtré par le filtre 87en vue d'éliminer sa composante continue.La composante alternative restante correspond à la quantité de lumière pulsée émise par la lampe 84, et elle est mesurée par le détecteur 88. On a effectué cette mesure à des fréquences différentes et pour diverses lampes. Lorsqu'on trace la courbe de variation de la valeur mesurée en fonction de la fréquence de la tension d'éclairage, la courbe obtenue présente un maximum unique conespondant à-la quantité maximum de lumière émise par la lampe testée. La fréquence correspondant à ce maximum peut être considérée comme celle satisfaisant l'équa- tion (1)J à savoir l'inverse de la constante de temps thermique de la lampe en question. La figure 5 montre les courbes obtenues à partir des mesures effectuées sur six lampes différentes en fonction de la fréquence, la quantité de lumière étant indiquée en valeur relative par rapport au niveau maximum. Comme visible sur le dessin, la fréquence correspondant au sommet de ces courbes varie en fonction des caractéristiques nominales d'utilisation de la lampe. Conformément à l'idée directrice de la présente invention, la lampe à incandescence doit être excitée par une tension d'alimentation, ou tension d'éclairage, de fréquence égale ou inférieure à cette fréquence de maximum. Comme décrit plus haut, le dispositif à source lumineuse selon l'invention peut émettre une lumière présentant une amplitude de pulsation suffisante et éviter ainsi, à l'entrée et à la sortie d1un équipement photo-électrique, la non-linéarité susceptible d'apparaltre lorsque le gain de l'amplificateur est augmenté en cas de faible amplitude de pulsation de la lumière incidente. Du fait que la stabilité de la lumière émise est presque identique à celle de la source de courant continu électroniquement régulée, le dispositif à source lumineuse selon l'invention permet d'améliorer remarquablement les caractéristiques et le rendement des équipements photo-électriques. De plus, le dispositif selon invention est d'une structure simple et il peut être réalisé d'une façon peu coûteuse, étant exempt d'obturateur mobile ou pièces mécaniques similaires. REVENDICATION 1. Dispositif à source lumineuse, du genre comportant une lampe à incandescence, une source de tension propre à délivrer une tension d'alimentation prédéterminée à ladite lampe, un générateur de signal propre à engendrer un signal de fréquence de référence, un générateur de tension de référence propre à engendrer un signal de tension pulsée présentant des niveaux de tension haut et bas de valeurs respectives prédéterminées, ledit signal de tension pulsée étant synchronisé sur ladite fréquence de référence, un comparateur propre à comparer ladite tension d'alimentation avec ledit signal de tension de référence pour engendrer un signal de comparaison correspondant à leur différence, et des moyens de commande de tension propres à commander ladite tension d'alimentation en réponse audit signal de comparaison, caractérisé en ce que ladite fréquence de référence est inférieure ou égale à l'inverse de la constante de temps thermique de ladite lampe à incandescence.