Brevet FR2256462A1 — publié le 19750725

La présente invention concerne, de manière générale, un procédé des dispositifs devant déterminer la mesure d'un ou de plusieurs espaces de temps séparant deux ou plusieurs événements produits par un phénomène quantique ; chacun de ces événements est représenté par une variation, au cours du temps, du taux de répétition de micro-événements unitaires représentatifs d'un phénomène.L'invention concerne, plus particulièrement, un procédé électronique de mesure des espaces de temps séparant des événements successifs produits par un phénomène quantique, melon lequel on transforme les micro-événements constitutifs de chaque événement en impulsions électriques et on sélectionne, parmi ces impul Fsions,des impulsions représentatives dans un discriminateur d'amplitude (fonction 1) et on mesure le taux de répétition de ces impulsions sélectionnées. L'invention fait intervenir des moyens de traitement électronique de signaux électriques. Elle s'applique si chaque micro-événement est représenté par une impulsion de tension électrique, produite et reçue sans retard préjudiciable, dont l'amplitude caractérise la qualité ou naturedu micro-évenement détecté correspondant et dont le taux de répétitivité est fonction de l'intensité du phénomène produisant les micro-événements survenant de cette qualité. L'invention trouve notamment une application dans la détermination du temps de parcours d'un marqueur radio-actif se déplaçant d'une base de mesure vers une autre. Le phénomène physique utilisé est alors l'émission par ledit marqueur de rayonnements ionisants. Dans cette application, un choc entre une particule ionisante émise par le marqueur et un milieu ionisable quelconque peut être traduit en une impulsion électrique dans un détecteur quantique approprié,et constituer un micro-événement. L'amplitude de ladite impulsion est représentative de la qualité du rayonnement (de la particule ionisante) qui lui a donné naissance. La connaissance du taux de répétition des impulsions présentant cette amplitude -ou impulsions représentatives- permet la mesure de l'intensité dudit rayonnement. Le but le plus généralement poursuivi dans cette application est la mesure de la vitesse d'un fluide qui entraine dans son déplacement un marqueur radioactif préalablement incorporé audit fluide. D'une façon générale, la mesure d'un espace de temps sépa rant deux événements consiste à déterminer le nombre d'unités de temps qui sépare un instant d'origine d'un instant d'aboutissement ; ceci implique de déterminer ces deux instants de manière précise. Dans les besoins que recouvre la présente invention, un "instant" ne peut être connu qu'en traitant l'information de l'ensemble d'une évolution à trois phases que nous définirons schématiquement de 1a manière suivante r p dans une première phase, des micro-événements surviennent de manière aléatoire avec un taux de répétition moyen, constant et connu dans une seconde phase, le taux de répétition croit progressivement puis décroît ; et - dans unetroisième phase, le taux de répétition revient et se maintient au niveau de la première phase. Dans le cas de l'application du procédé de l'invention à des mesures de vitesses d'un fluide a l'aide de marqueurs radio-actifs, la première-phase correspond à des micro-événements parasites provenant de l'environnement proche et cosmique. La seconde phase détermine le passage du marqueur devant une base de mesure et la troisième phase représente le retour à la situation d'attente. Les procédés précédemment employés pour mesurer des espaces de temps séparant deux événements produits par un phénomène quantique sont les suivants - Enregistrement graphique de l'évolution du taux de répé tition des impulsions représentatives. Traitement manuel planimétrique pour définir sur l'échelle des temps l'abscisse du centre de gravité de la- surface de la courbe. - Utilisation d'un dispositif dé calcul en temps réel qui détermine un centre de gravité par unité de temps, puis traite les informa tions mises en mémoire pour définir l'instant à prendre en considération. - Enregistrement sur support magnétique, soit d'une valeur analogique représentative du taux de répétition, soit directement des impulsions et traitement adapté de ces informations. Ces procédés connus sont longs et croûteux. L'invention remédie à cet inconyénient et a notamment pour but de réaliser un procédé électronique capable d'assurer-les quatre fonctions suivantes 1) reconnaître chaque micro-événement comme représentatif du phénomène, c'est-à-dire re4t E toutes les-impt;lsions détectées qui ne rentrent pas dans une certaine fourchette d'amplitudes; 2) basculer automatiquement des moyens de comptage d'un état de veille à un état d'action au moment opportun et revenir à une situation de repos; 3) définir l'instant à prendre en compte pour la mesure de l'espace de temps séparant deux événements ; et 4) mesurer des espaces de temps séparant des paires d'instants précédemment recueillis. A cet effet, le procédé conforme à l'invention est .aractérisé en ce qu'on compare ce taux de répétition avec un taux de répétition de.référence,afin de déterminer un signal de début de mesure dès que le taux de mesure devient. supérieur au taux de référence et un signal de fin de mesure dès que ledit taux de mesure redevient inférieur audit taux de référence (fonction 2), on mesure, dès l'apparition du gnal de début de mesure et jusqu'à celle du signal de fin de mesure d'un même événement5 le temps séparant, dudit signal de début de mesure, chaque impulsion représentative, et on divise la somme de temps ainsi obtenue par le nombre des impulsions représentatives concernées afin d'obtenir un nombre Tn,représentant ledit événement (fonction 3), on mesure le temps T séparant le signal de début de mesure d'un premier événement avec le signal du début de mesure d'un deuxième événement et on effectue-l'opération T-T1+T2, T1 et T2 étant les nombres représentant, respectivrement, le premier et le deuxième événement (fonction 4). Les avantages présentés par l'utilisation du procédé objet deocette invention sont les suivants - l'ensemble du procédé permet la réalisation d'un appareillage simple,compactv homogène et autonome - la fonction 1 de discrimination d'amplitude peut être obtenue avec un minimum de composants et délivrer des signaux calibrés - la fonction 2 détermine l'origine et la fin de la période de mesure dans les conditions optimales. En effet, le temps de réponse du système est directement proportionnel au nombre de décimales élaborées par le quotientmètre et inversement propartionnel à la fréquence des impulsions. La première propriété permet, en choisissant le nombre optimal de décimales, d'obtenir le temps de réponse-le plus eourt tout en restant insensible-aux dépassements de courte durée. La seconde propriété ajuste automatiquement le temps de réponse à la rapidité du phénomène - - la fonction 3 précise l'instant représentatif de ltévdnement de la manière la plus directe en staffranchissant des traitements intermédiaires d'information habituellement utilisés ; et - -la fonction 4 délivre directement les espaces de temps en lecture claire et se prete facilement à la détermination d'une vitesse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de -la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique du dispositif permettant de réaliser la fonction 1 - la figure 2 est un schéma synoptique du dispositif permettant de réaliser la fonction 2 - la figure 3 est un schéma synoptique du dispositif permettant de réaliser la fonction 3 - la figure 4 est un schéma synoptique du dispositif permettant de réaliser la fonction 4 ; et - la figure 5 est un diagramme explicatif du procédé selon l'invention. La présente invention réalise la fonction 1 de la manière suivante - le dispositif discriminateur -d'amplitude est monté suivant la figure 1 et comprend un détecteur de seuil haut 1, un détecteur de seuil bas 2, trois mémoires dépositaires, respectivement, des fonctions logiques A, B, C, une unité de retard 3, et un générateur de la fonction logique A.B.C. Ce dispositif travaille de la manière suivante à l'origine les fonctions A, B, C, sont égales à 0. Le franchissement, par l'impulsion, du seuil haut, dans le sens de montée, fait passer la fonction A de O à 1. Le franchissement du seuil bas, dans le sens de montée, fait passer la fonction B de O à 1.Le franchissement du seuil bas, dans le sens de la. descente fait passer la fonction C de O à 1. Le front de transition -pu -créneau- du passage -ou basculement- de la fonction C est retardé par l'unité 3 puis réinjecté pour ramener à O les fonctions A, B, C5 c'est-à-dire pour les faire revenir à leur état initial. Le front de transition de 0 vers 1 ou celui de 1 vers 0 de la fonction A.B.C est considéré comme signal de sortie du dispositif. Trois cas peuvent se produire 1) L'-impulsion ne franchit pas le seuil bas. Il ne se passe rien et l'ensemble conserve son état initial. 2) L'impulsion dépasse le seuil bas sans parvenir jusqu'au seuil haut, puis repasse le seuil bas. La fonction A reste à 0, la fonction B prend la valeur 1) la fonction C passe à 1, la fonction A.B.C transite de 0 à 1 ; puis la fonction C ayant déclenché le dispositif de retard 3, ce dernier intervient et reconduit à la valeur 0 les fonctions A, B, C. Le dispositif produit donc un signal de sortie sous une forme rectangulaire. 3) L'impulsion dépasse-le seuil bas puis le seuil haut dans le sens de la montée, puis de la descente. Les fonctions A, B, C,sont modifiées mais la fonction A.B.C ne prend pas la valeur 1 et le dispositif ne produit pas de signal de sortie. Le dispositif représenté ne produit un signal de sortie que dans le cas n 2. Il ne prend en compte que les impulsions d'amplitude cadrant dans la fourchette comprise entre le seuil haut et le seuil bas. La présente invention réalise la fonction 2 de la manière suivante - La figure n"2 représente le dispositif d'élaboration de signaux de début et de fin de mesure, Ce dispositif comprend : un quotient mètre numérique 4 recevant les impulsions représentatives d'une part, et des impulsions à un taux de répétition de référence d'autre part, ces dernières impulsions étant émises par le générateur 5. Le quotientmètre 4 délivre de manière continue le quotient Q du nombre d'impulsions représentatives par le nombre d'impulsions références. Le dispositif comporte en outre trois mémoires dépositaires respectivement des fonctions logiques A, B, C, et un dispositif 6 de remise à O. A l'origine, les fonctions logiques A, B, C, sont égales à 0.Le générateur de référence 5 est réglé de manière que la prise en compte des impulsions parasites entrant par l'entrée 4a du quotientmètre maintiennent en l'absence d'impulsions représentatives le quotient Q inférieur à 1. La fonction A prend et conserve la valeur 1 dès que Q dépasse la valeur 1. La fonction B prend et conserve la valeur 1 dès que Q dépasse une valeur prédéterminée K supérieure à 1 et choisie comme seuil-de sécurité, La fonction C prend la valeur 1 et la conserve lorsque Q devient inférieur à 1 si B est égal à 1 seulement. L'ensemble est remis à 0 après un cycle de fonctionnement. L'instant de transition 0/1 de la fonction A représente le signal de début de mesure, l'instant de transition 0/1 de la fonction C représente le signal de fin de mesure. Le seuil K et l'élaboration de la fonction C sont prévus pour éliminer les inconvénients d'une oscillation aléatoire du niveau parasite. La présente invention réalise la fonction 3 de la manière suivante, selon le schéma de la figure 3. Le dispositif d'élaboration d'un nombre représentant un événement comprend : un compteur 7, un chronomètre 8 et un registre mémoire 9. Lors de l'état de veille, c'est-à-dire avant l'émission du signal de début de mesure, parvenant au dispositif par la ligne 14, les unités 7, 8 et 9 contiennent toutes le nombre zéro. Dès le passage à l'état d'action, le chronomètre 8 cumule les impulsions d'une base de temps 10 et met constamment le nombre qu'il élabore à la disposition d'un additionneur 11. Chaque impulsion représentative qui parvient au dispositif de la figure 3 par la ligne 12 produit deux actions - elle fait progresser le compteur 7 d'un pas, elle déclenche une opération de l'additionneur 11 qui effectue la somme du nombre contenu dans le chronomètre 8 avec celui contenu dans le registre mémoire 9, et renvoie le résultat obtenu dans ce même registre 9. Ainsi, au cours de la phase active délimitée par les signaux de début et de fin de mesure le compteuri-totalise le nombre d'impulsions -N et le registre cumule la somme des temps Ti. L'apparition du signal de fin de mesure parvenant par la ligne 15 arrête le processus et fait apparaître, sur une sortie mémorisée, le quotient Tn du contenu du registre par le contenu du compteur, élaboré dans le quotientmètre 13. Ce nombre Tn définit l'espace de temps qui s'est écoulé entre l'instant début de mesure et l'instant à retenir comme représentatif de l'événement. Cette valeur Tn est égale à celle que l'on aurait obtenue par le procédé graphique du centre de gravité ou letraitement en ordinateur par programme définissant le centre de gravité. La présente invention réalise la fonction 4 de la manière suivante et selon le schéma de la figure 4. Le dispositif comprend un chronomètre 16 et une mémoire 17. A l'état de veille, les unités 16 et 17 contiennent chacune le nombre zéro.Dès l'apparition du signal de début de mesure du phénomène A (ligne 18), le chronomètre 16 cumule les impulsions d'une base de temps 19. Ce travail cesse dès l'apparition du signal de début de mesure du phénomène B (ligne 20). Le signal,représentant la fin de mesure du phénomène B (ligne 21),provoque l'addition par l'additionneur 22 du nombre contenu dans le çhronomètre 16 avec le nombre représentant l'événement B et parvenant par la ligne 23, puis la soustraction du total obtenu du nombre représentant l'événement A parvenant par la ligne 24, dans un soustracteur 25. Ainsi, le nombre Tx représentant l'intervalle de temps qui sépare l'événement B de l'événement A est disponible sur la sortie mémorisée 17. La figure 5 représente la succession des intervalles de temps. Les flèches fl et f2 indiquent les instants représentatifs, Rresctivem#nt, d'un premier et d'un deuxième évenement.Pour chaque événement, les créneaux A et C représentent, respectivement, les signaux de début et de fin de mesure. La description qui précède a ainsi défini a) un procédé de détermination d'un espace de temps séparant des événements produits par un phénomène quantique suivant l'utilisation des dispositifs décrits, b) un dispositif de discrimination d'amplitude d'impulsions entre deux seuils tel outil est décrit dans la fonction 1 du procédé, c) un dispositif de détermination de la présence d'un phénomène quantique évolutif coprésent avec un phénomène de même nature mais non évolutif, suivant la description de la fonction 2 du procédé, d) un dispositif de calcul de l'instant représentatif de la présence d'un phénomène quantique évolutif suivant la fonction 3 du procédé, et e) un dispositif de détermination des espaces de temps séparant des paires d4 instants représentant la présence de phénomènes quantiques évolutifs suivant la description de la fonction 4 du procédé. REVENDICATIONS 1. Procédé électronique de mesure des espaces de- temps séparant des événements successifs produits par un phénomène quantique, selon lequel on transforme les micro-événements constitutifs de chaque événement, en impulsions électriques et on sélectionne, parmi ces impul sions, des impulsions représentatives dans un discriminateur d'amplitude (fonction 1) et on mesure le taux de répétition de ces impulsions sélec tionnées, caractérisé en ce qu'on compare ce taux de répétition avecm taux de répétition de référence5 afin de déterminer un signal de début de mesure dès que le taux de mesure devient supérieur au taux de référence et un signal de fin de mesure dès que ledit taux de mesure redevient inférieur audit taux de référence (fonction 2), on mesure, dès l'apparition du signal de début de mesure et jusqu.'à celle du signal de fin de mesure d'un même événement, le temps séparant, dudit signal de début de mesure, chaque impulsion représentative, et on divise la somme de temps ainsi obtenue par le nombre des impulsions représentatives concernées afin d'obtenir un nombre Tn représentant ledit événement- (fonction 3), on mesure le temps T séparant le signal de début de mesure d'un premier événement avec le signal de début. de mesure d'un deuxième événement et on effectue l'opération T-T1+T2, T1 et T2 étant les nombres représentant, respectivement, le premier et le deuxième événement (fonction 4). 2. Dispositif discriminateur d'amplitude pour impulsions électriques émises par un détecteur de rayonnement caractérisé en ce qu'il comprend trois mémoires dépositaires, respectivement, des fonctions logiques A, B et C, une unité-de retard dont l'entrée est reliée à la sortie de la mémoire C et dont la sortie est reliée à l'entrée de remise à zéro de chacune des mémoires A, B, C, un détecteur de seuil haut relié à l'entrée positionnée de la mémoire A, un détecteur de seuil bas relié, par une sortie, à l'entrée positionnée de la mémoire B et,par par son autre sortie, à l'entrée positionnée de la mémoire C, et un générateur de la fonction logique A.B.C. 3. Dispositif d'élaboration de signaux de début et de fin de mesure associé à un détecteur quantique de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend un quotientmètre numérique recevant, d'une part, les impulsions du détecteur quantique et, d'autre part, des impulsions de référence, et délivrant un signal quotient à l'entrée de commande de chacune de trois mémoires dépositaires Aa B et C, la sortie de la mémoire B étant reliée à une entrée de déclenchement conditionnel de la mémoire C et étant susceptible d'appliquer sur cette entrée un signal de déclenchement dès que le signal quotient devient supérieur à une valeur prédéterminée K)1, la mémoire A étant susceptible de fournir un signal de début de mesure dès que le signal quotient devient supérieur à 1, et la mémoire C étant susceptible de fournir un signal de fin de mesure dès que son entrée de déclenchement reçoit un signal et son entrée de commande reçoit un signal quotient inférieur à 1. 4: Dispositif d'élaboration d'un nombre représentant un événement, associé à un détecteur quantique de rayonnement auquel est adjoint un dispositif d'élaboration de signaux de début et de fin de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend : un compteur comptant les impulsions du détecteur quantique pendant toute la période délimitée entre les signaux de début et de fin de mesure, un chronomètre cumulant les impulsions d'une base de temps et mettant constamment le nombre qu'il élabore à la disposition d'un additionneur qui entre en fonctionnement puis qui revient à zéro à chaque réception, par le compteur, d'une impulsion, un registre mémoire fournissant un nombre à additionner à l'additionneur à chaque fonctionnement de ce dernier et recevant ensuite dudit additionneur llinfor- mation somme élaborée par ce dernier, cette information annulant l'information précédemment contenue dans ledit registre mémoire, et un quotientmètre recevant, d'une part,l'information du registre mémoire et, d'autre part, l'information du compteur. 5. Dispositif de mesure d'un espace de temps entre deux événements, associé à un détecteur quantique de rayonnement auquel sont adjoints un dispositif d'élaboration de signaux de début et de fin de mesure bôur chaoue événement. et un dispositif d'élaboration d'un nombre représentant chaque événement, caractérisé en ce qu'il comprend un chronomètre mesurant le temps T séparant le signal de début de mesure du premier événement du signal de début de - mesure du deuxième événement, un additionneur additionnant ce temps T au nombre T2 correspondant au deuxième événement et un soustracteur soustrayant de la somme T+T2 ainsi obtenue le nombre T1 correspondant au premier événement.