Brevet FR2356161A1 — publié le 19780120

La présente invention a pour objet un ensemble de mesure par scrutation pour détecteurs du type collectrons. Elle trouve une application notamment dans la mesure du flux de neutrons dans les réacteurs nucléaires. On sait que les collectrons sont des détecteurs de neutrons qui présentent la particularité de ne pas nécessiter d'alimentation électrique. Ils sont quelquefois désignés, en terminologie anglo-saxonne, par "self powered neutron detector". Le collectron est un détecteur fonctionnant en courant et non en tension. On connait des dispositifs de mesure, par exemple de flux neutronique d'un réacteur nucléaire, qui utilisent une pluralité de détecteurs de ce genre, qui sont répartis au sein du réacteur et reliés à des moyens de mesure. Comme le nombre de ces détecteurs peut être très élevé, ils ne sont généralement pas tous reliés en permanence aux moyens de mesure mais plutôt les uns après les autres grâce à un dispositif dit de "scrutation , qui effectue en quelque sorte un multiplexage entre l'ensemble des collectrons et l'entrée d'un système de mesure unique. Un tel dispositif est d'ailleurs applicable dans son principe à des détecteurs qui ne sont pas des collectrons, mais par exemple, des thermocouples. Cependant, en pratique, des différences sensibles séparent ces deux exemples d'application, car le thermocouple est un générateur de tension alors que le collectron, ainsi qu'il a été précisé plus haut, est un générateur de courant ; de plus, les thermocouples sont généralement isolés de la masse de l'installation alors que les collectrons ont un point à la masse. Les matériels de scrutation adaptés aux thermocouples sont donc difficilement utilisables lorsque les détecteurs sont des collectrons. L'invention a justement pour objet un ensemble spécialement conçu pour être utilisé avec des collectrons. La complexité d'un ensemble de scrutation classique augmente en proportion du nombre de collectrons utilisés. La présente invention a pour premier objet un ensemble de scrutation qui possède une relative simplicité due à une organisation originale qui consiste essentiellement à associer des niveaux de scrutation partielle qui ont tous le même type de structure, ce qui permet d'augmenter la capacité du système tout en évitant une complexité prohibitive. De façon plus précise, selon cette organisation, les sorties des collectrons sont groupées par paquets, chacun de ces paquets étant traité par un sous-ensemble multiplexeur appartenant à un premier étage, les différentes sorties des sous-ensembles multiplexeurs de ce premier étage étant à nouveau groupées par paquets traités par des multiplexeurs constituant un nouvel étage et ainsi de suite, En outre, cette structure spécialement adaptée à l'utilisation de collectrons par l'emploi, à chaque niveau de multiplexage d'un amplificateur en courant, de sorte que d'une extrémité à l'autre de la chaine de multipiexage, les commutations se font sur des courants et non sur des tensions. Pour relier la sortie de l'ensemble du dispositif aux moyens de mesure, qui sont généralement adaptés à la mesure de tensions, un amplificateur en tension peut être utilisé.Ces moyens peuvent comprendre, de manière connue, un convertisseur analogique-numérique suivi de moyens de mesure et d'affichage numérique de la valeur mesurée. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un ensemble de mesure par scrutation pour une pluralité de détecteurs du type collectrons, du genre de ceux qui comprennent d'une part un circuit multiplexeur à autant d'entrées que de collectrons et à une sortie reliée à des moyens de mesure et d'autre part, un circuit de commande dudit multiplexeur pour commander la scrutation, caractérisé en ce que le circuit multiplexeur est constitué par une suite d'étages de structures analogues, chaque étage comprenant une pluralité de multiplexeurs à plusieurs entrées et une sortie, chaque sortie étant reliée à un amplificateur de courant, la pluralité de sorties des amplificateurs d'un même étage constituant les différentes entrées pour les multiplexeurs de l'éta- ge suivant, les entrées du premier étage étant reliées chacune à l'un desdits collectrons et la sortie du dernier étage étant reliée auxdits moyens de mesure, Chaque multiplexeur comprend un certain nombre de voies de mesure consistant en des circuits de commutation aptes à établir la liaison entre l'un des collectrons et les moyens de mesure. Mais comme les collectrons sont des générateurs de courant, il est nécessaire de prévoir un circuit d'écoulement dudit courant même lorsque la voie est fermée. Les moyens de commutation du circuit multiplexeur doivent donc comprendre deux éléments, l'un qui permet d'ouvrir la voie pour la mettre en position de mesure et l'autre qui permet, lorsque la voie est fermee d'écouler les charges délivrées par le collectron. Si l'on utilise des transistors ordinaires pour réaliser les moyens de commutation, on se heurte vite7 du fait de l'importance du nombre de transistors qu'il faut employer, au problème des courants de fuite dont l'ensemble prend une valeur prohibitive. Pour réduire ce problème, les voies de commutation de chaque multiplexeur sont réalisées, selon l'invention, par des transistors à effet de champ dont-le courant de fuite est extrêmement faible. La présente invention a également pour objet un procédé de scrutation pour la mise en oeuvre de l'ensemble qui vient d'être défini et qui est caractérisé en ce que, les collectrons étant rangés le long d'une pluralité de cannes, la position de chaque collectron étant ainsi définie par la canne à laquelle il appartient et par le rang qu'il occupe dans cette canne, la scrutation s'effectue soit canne par canne, soit rang par rang. De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux après la description qui suit, d'un exemple de réalisation donné à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le schéma synoptique de l'ensemble de mesure par scrutation selon l'invention, - la figure 2 représente le détail de réalisation des voies de commutation, d'une voie de test.et d'un circuit de contrle de l'isolement. Sur la figure 1, sont représentés schématiquement une pluralité de collectrons A, B, C, etc.. X, Y, Z, dont l'un quelconque peut être relié à des moyens de mesure 10 par l'intermédiaire d'un circuit multiplexeur 12. Conformément,à l'invention, ce circuit a une structure en étages ; en l'occurrence et à titre explicatif et nullement limitatif, il comprend trois étages I, II, III de structures analogues. L'étage I comprend une pluralité de multiplexeurs M1, M2, M3, etc.., à plusieurs entrées et une sortie. L'état des multiplexeurs est déterminé par des signaux de commande véhiculés par les connexions C1, C2, C3, etc... Chacune des sorties des multiplexeurs est reliée à un amplificateur en courant, respectivement A1, A2, A3, etc... Les sortiés de ces amplificateurs sont reliées aux entrées de l'étage suivant II. Cet égage comprend lui aussi une pluralité de multiplexeurs M'1, M'2, M'y, etc... commandés par les connexions C'1 C'2, etc. -. et dont chaque sortie est reliée à un amplificateur de courant, A'1, A'2, etc... Les sorties de ces amplificateurs constituent les entrées pour le dernier étage III, qui est constitué par un multiplexeur M" unique, commandé par la connexion C" et dont la sortie est reliée à un amplificateur de courant A". A titre explicatif, le multiplexeur du troisième étage peut comprendre dix entrées, chacun des dix multiplexeurs de l'étage II peut comprendre dix entrées et les multiplexeurs de étage I, huit entrées, ce qui porte donc à 8 x 10 x 10 = 800 le nombre de collectrons pouvant être scrutés par un tel appareil. A la sortie du dernier étage, il peut être utilisé un amplificateur en tension 14 relié par exemple à un convertisseur analogique-numérique 16 et à des moyens d'affichage 18. De pareils moyens de mesure 10 sont bien connus et ne seront pas décrits ici. I1 va de soi que l'invention ne se limite pas à l'utilisation de trois étages mais qulil entre dans son cadre tout système à un nombre quelconque d'étages, supérieur à 1, chaque étage étant constitué par un nombre quelconque de sous-ensembles multiplexeurs, dès l'instant que ces étages ont des structures analogues et travaillent en courant La figure 2 représente un mode de réalisation privilégié des circuits de commutation utilisables dans le multiplexeur de la figure 1. Le circuit représenté correspond à titre explicatif, à l'un des multiplexeurs du premier étage. Mais comme les multiplexeurs des autres étages ont des structures identiques, cette figure illustre, en fait, la constitution de l'ensemble du dispositif. Le multiplexeur représenté est relié directement aux collectrons et, en particulier, aux huit premiers, désignés par les références A, B, C etâ. . G, H. Ce multiplexeur comprend donc huit voies de commutation identiques, dont une seule est représentée en détail et qui porte la référence 20. Le circuit repré senté peut comprendre en outre, une voie de test 22, et, associée au circuit amplificateur de sortie, une voie 24 de contrôle de 1 'isolement. Chacune des voies de commutation 20 comprend un premier transistor à effet de champ 30 et un second transistor à effet de champ 32. Le canal du premier est placé en parallèle entre un collectron et la masse et le canal du second en série entre ledit collectron et la sortie 34. Ce circuit de commutation est commandé par une connexion 36 qui véhicule le signal de commande délivré par le circuit de décodage 38. Ce signal est appliqué directement sur la porte du transistor 30, et, par l'intermédiaire d'un inverseur 40, sur la porte du second transistor 32. Ainsi, lorsque l'un des transistors est passant, l'autre est bloqué et inversement. De préférence, un circuit résistance-capacité 42 est associé au transistor 32 pour éviter les pics qui apparaissent lors de la commutation. Une diode 44 peut avantageusement être connectée en parallèle sur le premier transistor 30. Le circuit décodeur 38 reçoit un signal binaire à quatre digits et délivre des signaux de commande sur ses seize sorties, dont 1 'une provoque l'ouverture de la voie de commutation correspondante. Ce circuit de décodage est classique et ne sera pas décrit ici. De nombreux ouvrages sont consacrés à ces techniques de décodage, notamment, celui de H. LILEN intitulé "Circuits intégrés numériques" ou celui de P. NASLIN intitulé "Principes des calculatrices numériques automatiques". Les sorties du décodeur 38 ne sont pas toutes utilisées, en réalité puisqu'il n'y a que huit voies de mesure, seules les sorties 1 à 8 sont donc reliées aux voies de commutation proprement dites. Dans la position 0, tous les commutateurs sont bloqués et le courant à mesurer correspond aux fuites des transistors et au courant de polarisation de l'amplificateur. Dans la position 9, on envoie sur l'amplificateur de sortie un courant de test, par exemple de l'ordre de 50 nA, pour en vérifier le bon fonctionnement. Pour celà, on utilise une voie de commutation 22, identique aux précédentes, mais qui est reliée non pas à un collectron mais à une source de tension auxiliaire 44. Le principe de la détection d'un défaut d'isolement à l'aide du circuit 24 est le suivant. L'amplificateur de sortie 50 est totalement contre-réactionné par la résistance 52, et la tension à 1 'entrée de l'amplificateur est normalement nulle. Mais il est possible de faire une contre-mesure en décalant systématiquement le zéro de l'amplificateur d'une petite quantité, par exemple de 10 millivolts. On retrouve ce décalage sur la mesure et un décalage beaucoup plus fort pour les lignes défectueuses. A titre d'exemple, un isolement d'un mégohm entraîne une erreur sur la mesure de 100 % pour un décalage de 0 à 10 mV. Ce décalage est obtenu par le circuit 24 qui est relié à l'entrée positive de l'amplificateur 50, l'entrée négative étant reliée à la sortie 34 du circuit multiplexeur q Lorsque cette voie de contrôle doit être mise en oeuvre, un signal logique de - 12 V est appliqué sur l'entrée 52 du circuit 24. A titre purement explicatif, les caractéristiques suivantes peuvent être obtenues avec l'ensemble pour le tiroir de scrutation du niveau I : - étendue de mesure en courant 10 9 à 107A - courant minimal mesurable 10-10A - courant de sortie nominal 10 5A - tension de sortie minimale + 10 V - courant de fuite commutateurs bloqués 50 pA - courant de test + 50 nA - nombre de voies scrutées 8 L'amplificateur 50 peut avoir, par exemple, un gain de 100 en courant, de sorte que l'étage n" II ne diffère de l'étage I que par la valeur des courants qui y sont commutés, et qui sont donc, dans l'exemple envisagé, 100 fois plus intenses dans l'étage I. On peut, par conséquent, supprimer dans ce second etage les voies de mesure du courant de fuite et celles du contrôle de l'isolement. Le tiroir de mesure et de conversion analogique-numérique est classique et ne sera pas décrit ici. On pourra se reporter aux ouvrages précédemment cités. I1 peut être précédé d'un amplificateur à gain variable contre-réactionné par une résistance réglable permettant de régler le gain dans un rapport, par exemple, de 1 à 10. Les informations une fois converties en numérique peuvent être gardées en mémoire dans un registre tampon puis affichées par un dispositif approprié, notamment à diodes électroluminescentes à sept segments. Les circuits permettant de commander la scrutation peuvent comprendre, de façon classique, un tiroir constitué essentiellement par une base de temps avec un commutateur pour la sélection de la cadence de scrutation; un compteur et un dispositif d'affichage avec son registre tampon et des décodeurs BCD. Le circuit de base de temps reçoit, par exemple, un signal 50 Hz, qui est d'abord mis en forme puis divisé pour obtenir toute une gamme de fréquences, par exemple 10 Hz, 5 Hz, 2 Hz, 1 Hz, 0,5 Hz, 0,2 Hz, et 0,1 Hz. La fréquence choisie peut être sélectionnée grâce a des portes logiques. La scrutation est alors commandée par un compteur qui avance pas à pas à chaque impulsion d'horloge, Toute cette technique est évidente pour l'homme de l'art. La scrutation peut s'effectuer de deux manières différentes. Les collectrons étant généralement rangés le long de cannes, la position de chaque collectron est définie, d'une part, par la canne à laquelle il appartient, et, d'autre part, par le rang qu'il occupe dans cette canne. Cette matrice de collectrons peut donc être analysée soit canne par canne, soit rang par rang. Lorsque ces cannes sont plongées verticalement dans le coeur d'un réacteur nucléaire, l'analyse rang par rang correspond, en fait, à une analyse couche par couche du réacteur, ce qui, dans certains cas, peut présenter de l'intérêt. -REVENDICATIONS 1. Ensemble de mesure par scrutation pour une pluralité de détecteurs du type collectrons, du genre de ceux qui comprennent, d'une part, un circuit multiplexeur à autant d'entrées que de collectrons et à une sortie reliée à des moyens de mesure et, d'autre part, un circuit de commande dudit multiplexeur pour commander la scrutation, caractérisé en ce que le circuit multiplexeur est constitué par une suite d'étages de structures analogues, chaque étage comprenant une pluralité de multiplexeurs à plusieurs entrées et une sortie, chaque sortie étant reliée à un amplificateur en courant, la pluralité de sorties des amplificateurs d'un meme étage constituant les différentes entrées pour les multiplexeurs de l'étage suivant, les entrées du premier étage étant reliées chacune à l'un desdits collectrons et la sortie du. dernierétage étant étant reliée auxdits moyens de mesure. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque multiplexeur de chaque étage est constitué par des voies de commutation comprenant chacune un premier transistor à effet de champ dont le canal relie l'entrée de la voie à la masse, un second transistor à effet de champ dont le canal relie l'entrée de la voie à la sortie, une connexion de commande provenant du circuit de commande susdit et reliée directement à la porte du premier transistor et, par l'intermédiaire d'un inverseur, à la porte du second. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une diode de protection est connectée en parallèle sur le premier transistor. 4. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un circuit résistance-capacité de neutrodynage est connecté en parallèle sur le second transistor. 5. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que, au moins dans le premier étage, chaque multiplexeur comprend en outre une voie de test de structure identique à celle des voies de commutation susdites mais dont l'entrez est reliée à une source de tension auxiliaire. 6. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que, au moins dans le premier étage, chaque amplificateur disposé la sortie d'un multiplexeur possédant une entrée négative et une entrée positive, la première est reliée à la sortie commune des voies de commutation dudit multiplexeur et la seconde à un circuit de vérification de l'isolement constitué par un circuit identique aux voies de commutation mais dont l'entrée est reliée à une source de tension auxiliaire. 7. Procédé de scrutation pour la mise en oeuvre de l'en- semble de la revendication 1, caractérisé en ce que les collectrons étant rangés le long d'une pluralité de cannes, la position de chaque collectron étant ainsi définie par la canne à laquelle il appartient et par le rang qu'il occupe dans cette canne, on scrute les collectrons soit canne par canne, soit rang par rang.