Brevet FR2414719A1 — publié le 19790810

La présente invention a pour objet un procédé de mesure et d'affichage numérique stabilisé d'un taux de comptage d'évènements aléatoires ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Par taux de comptage d'évènements aléatoires, on entend notamment la débitmétrie appliquée aux rayonnements, nucléaires par exemple ; ce type de mesure trouve application dans les appareils de radio-protection, incorporés par exemple, à l'équipement de bord d'engins blindés. L'affichage numérique correspond alors à des roentgen Aeure. Il était connu de capter de tels rayonnements par des compteurs et de traduire l'intensité relevée par un affichage galvanométrique. Toutefois, s'agissant d'évènements aléatoires, affectés par les fluctuations statistiques, cette mesure impliquait une intégration avant affichage. Interviennent alors un certain nombre de paramètres dont, d'une part, la rémanence occulaire d'un observateur, et, d'autre part, le temps de reponse et la fréquence des fluctuations. Il est admis de trouver une solution de compromis quant à ces deux derniers paramètres mais demeure cependant l'inconvénient lié à la difficulté d'intégration par ltoeil dans le cas d'un affichage numérique. Le problème que l'invention vise à résoudre est donc d'assurer pour des phénomènes à caractère spécifiquement aléatoire tels que précités,-une stabilisation des résultats de lecture dans de bonnes conditions de précision et de fiabilité. A cet effet, le procédé de mesure et d'affichage numérique de la valeur image d'un débit à caractère aléatoire, notamment l'intensité d'un rayonnement, dans lequel, au cours de cycles répétitifs on saisit les signaux, image d'un taux de comptage instantané d'évé- neients aléatoires émanant d'un capteur, dans un organe de comptage pour les délivrer consécutivement à un dispositif d'affichage numérique de la valeur du débit correspondant à une période de temps prédéterminée T, est caractérisé en ce qu'en vue de la stabilisation dudit affichage, on compare en permanence la valeur I image du débit d'une période T du moment délivrée par ledit capteur à la valeur R image d'un débit de référence de l'une des périodes T précédentes et en ce que ledit affichage n'est modifié que si I diffère de R, dans le même sens, un nombre de fois consécutif m, où m est un facteur entier égal ou supérieur à 1. On notera que le procédé selon l'invention évite bien une va riation continuelle de l'affichage, en conservant la lecture précédente R correspondant à une période T, tant qu'on n'enregistre pas m inégalités dans le même sens entre cette valeur R et celles I relevées durant m périodes successives ; sous cette forme de réalisation, le procédé selon l'invention amortit les fluctuations en n'en modifiant la valeur affichée qu'après des points ou des dépressions se répétant un nombre de fois prédéterminé. En variante, l'invention prévoit de définir en outre un tintez valle de temps nAT, où n est un facteur entier etnT une fraction déterminée de la période de temps T, ledit affichage n'étant modifié que si l'égalité entre les valeurs respectives du débit I du moment et du débit R de référence se produit m fois dans le même sens à l'extérieur dudit intervalle de temps nnT, m étant un facteur entier égal ou supérieur à 1. On reviendra plus loin sur cette possibilité qu'offre l'invention de définir la stabilité de l'affichage par le jeu de trois paramètres, le temps de réponse admissible, le facteur n définissant la fraction de la période T durant laquelle doit se produire l'égalité de I et de R, et le facteur m définissant la fréquence de répétition de l'inégalité avant modification de l'affichage. Avantageusement, lesdits signaux image d'un aux de comptage instantané et délivrés audit organe de comptage ont une fréquence proportionnelle audit taux de comptage. Cette définition de l'intensité par une fréquence qui est fonction, comme on l'expliauera ci-dessous, de la nature du capteur mis en oeuvre dans le dispositif selon l'invention, permet d'établir une proportion directe entre le nombre d'évènements aléatoires comptés et la fréquence en Hz mesurée. Pour la mise en oeuvre du procédé, l'invention définit un dispositif constitué par un moyen capteur et des moyens électroniques, coopérant entre eux, adaptés à délivrer des signaux image du débit d'une période T du moment et à traiter lesdits signaux pour leur visualisation sous forme d'affichage numérique stabilisé. Selon une caractéristique avantageuse, ledit moyen capteur est une chambre d'ionisation. Pour mettre en évidence les avantages offerts par l'utilisa- teur d'une chambre d'ionisation, on rappellera que les évènements à caractère aléatoire (désintégration par exemple) que vise à saisir, pour leur affichage numérique stabilisé, le procédé et le dispositif selon l'invention, sont régis par des lois statistiques fai- sant intervenir la variable N, définissant le nombre d'évènements moyen. Sans plus entrer dans le détail, on rappellera simplement au'en fonction de la loi de Gauss, appliquée à un échantillonnage N, il y a intérêt à augmenter la valeur de N pour resserrer de façon optimale la courbe en cloche illustrant la répartition des mesures. C'est précisément en vue d'accroître la valeur de N que le dispositif selon l'invention met en oeuvre une chambre d'ionisation, de-préférence au tube de Geiger-Muller. En effet, la chambre d'ionisation traduit par un courant l'ensemble des ionisations du gaz de la chambre provoquées par les particules incidentes. Ce point sera d'ailleurs évoqué plus en détail par la suite. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, les moyens électroniques mis en oeuvre dansb dispositif comportent des moyens générateurs de signaux d'horloge définissant le temps T de la période prédéterminée de comptage, et les temps T-nnT ainsi que T+nnT, limitant l'intervalle prédéterminé, des moyens de comptage des si- gnaux image du débit et définissant une valeur de ce dernier, des moyens de mémorisation associés auxdits moyens de comptage, des moyen. comparateurs de la valeur du débit du moment relevé par lesdits moyens de comptage et dudit débit de référence, des moyens de commande, des moyens séquenceurs et des moyens d'affichage numérique de la valeur du débit. La coopération mutuelle de ces divers moyens est définie dans le. revendications de la présente demande et sera d'ailleurs évoquée de même que d'autres avantages et caractéristiques de l'invention, dêns la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, d'une forme de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est un organigramme présentant sous forme simplifiée les différents moyens mis en oeuvre dans le dispositif de l'in invention les figures 2, 4 et 6 montrent toutes trois le même schéma de branchement fonctionnel des principaux modules du dispositif mais correspondant à trois états "logiques" différents (instant de l'apparition du signal d'égalité) les figures 3, 5 et 7 qui sont respectivement associées aux figures 2, 4 et 6 illustrent les formes d'ondes et la synchronisation des différents signaux d'entrée et de sortie la figure 8 donne des courbes image du nombre de changements d'affichage pendant un temps donné en fonction de N pour deux valeurs de n et quatre valeurs de m (répétitions avant modification d'affichage). On se réfèrera d'abord à la figure 1 pour définir les différents éléments logiques constituant le dispositif, éléments qui sont d'ailleurs regroupés sur des modules réalisés en technologie MOS et C MOS (semi-conducteurs et semi-conducteurs complémentaires à oxyde métallique). Les signaux de fréquence image de l'intensité du rayonnement arrivant par la ligne 1 sont délivrés au compteur 3 à travers une porte 2. Un comparateur 5 coopère avec ce compteur 3, d'une part, et une mémoire 4, d'autre part ; cette dernière est reliée à l'affichage 6 auquel elle peut transférer son contenu. En 9, on trouve le géndrateur de signaux horloge, en 10, le décodeur, en 7, le séquenceur et en 8, le circuit de réinitialisation. La procédure sera expliquée en référence aux figures 2 à 7 sur lesquelles sont représentés seulement ceux des modules intervenant au titre de la stabilisation de l'affichage. On a simplement menionné les points d'entrée des différents signaux d'horloge et du signal d'égalité précité, les circuits utilisés pour engendrer ces signaux étant parfaitement connus de lthomme de l'art. De même, dans un but de simplification, on se limitera à décrire les boucles actives selon l'état logique des différents éléments sans entrer dans le détail du fonctionnement des modules qui sont du domaine courant du spécialiste. Sur les figures 2, 4 et 6, on a représenté en 1, 2, 3 et 4 les modules bistables de type D assurant des fonctions multiples se tra duisant le cas échéant au niveau du module 4 par la décision de changement de l'affichage. Les modules 5 et 6 assurent une fonction de mémorisation des signaux incidents, le module 7 étant le séquenceur et le module 8, le monostable de remise à zéro. Sont par ailleurs définies les bornes T, T-nT et T+nnT ainsi que T + 2 au niveau desquelles arrivent les signaux d'horloge du générateur de temps et la borne E à laquelle est délivré le signal d'égalité au moment de la cotncidence du débit du moment et de celui de référence. En définissant par No, la valeur de débit mémorisée au titre de référence et par N le débit du moment, les figures 2, 4 et 6 correspondent en association avec les figures 3, 5 et 7 aux trois cas sui vante figures 2 et 3 - égalité entre N et No avant le temps T-ntiT figures 4 et 5 - égalité entre N et No pendant l'intervalle T-niT et T+nAT figures 6 et 7 - égalité entre N et No après le temps T+n#T Ainsi qu'on l'a signalé, T est une fraction de T, 10 % par exemple, n pouvant être égal à 1 OLI 2 par exemple.L'intervalle de temps centré sur T peut donc se définir par + 10 o soit + 20 En fonction de l'arrivée dans le temps du signal d'égalité, les comptages et les mémorisations s'arrêtent donc à T si N > No, à T+nAT si N Les sorties 51, 52 et 53 respectivement 61, 62, 63 des mémoires 5 et 6 permettent, sur le plan de la stabilisation, de déclencher le changement d'affichage pour un, deux ou trois signaux d'égalité appliqués successivement au module considéré. Les références 0 et 0 indiquent le positionnement des bistables 1, 2, 3 et 4 après la remise à zéro préalable. Les lignes en traits appuyés des figures 2, 4 et 6 sont 'acti- vées" en fonction de l'état logique des modules dans le cas considéré ; les figures 3, 5 et 7 illustrent l'état en fonction du temps, des sorties marquées Q1, Q2, Q3, Q4 et rQ2 sur les modules 1, 2, 3 et 4 ainsi que celle du circuit de remise à zéro. En considérant les figures 2 et 3 et en supposant donc n = 1 et #T = 10 %, le cycle se déroule comme suit L'application successive au bistable 2 des signaux d'égalité E (d l'instant t de la figure 3) et d'horloge T-10%T entraîne les changements d'état qui sont mis en évidence sur la figure 3.Par le pas sage à l'état haut de Q2, la mémoire 5 est activée par le signal d'égalité ; à titre d'exemple, on a supposé que le changement d'affichage serait déclenché à l'apparition au premier signal d'égalité (liaison 51). Par la ligne 15, le bistable 4 reçoit un signal d'autorisation de changement d'affichage qui est validé à l'arrivée du signal d'horloge T (Q4 sur la figure 3) et se traduit par l'envoi sur la ligne 14 en direction du séquenceur 7 d'un signal d'ordre de changement. La séquence ainsi déclenchée provoque successivement l'arrêt du comptage, le transfert d'affichage, le chargement d'un registre (servant au transfert pour mémorisation), la remise à zéro des compteurs du nombre de changements (ligne 17) (suivant que l'une des liaisons 51, 52 ou 53 est réalisée) et remise à zéro générale des éléments précédemment activés (par la ligne 18). Le nouveau débit correspondant au comptage arrêté à l'instant T est donc affiché et mémorisé à titre de référence. Le cycle correspondant aux figures 4 et 7, cas où l'égalité ne s'est pas produite à l'instant T+10, c'est-à-dire que N L'égalité ne se produisant qu'après T+10%, en t par exemple, les niveaux en Q, Q1, Q4 demeurent en ltétat jusqu'à T+10, instant auquel la mémoire 6 est activée directement par le signal d'horloge correspondant et adresse par la ligne 16 au bistable 4 un signal d'autorisation de changement qui déclenche la séquence de transfert et la remise à zéro précédemment décrites. Dans ce cas également, la liaison 61 à la sortie de la mémoire 6 prévoit le transfert dès l'apparition de la première diminution du comptage, c'est-à-dire N tes figures 3 et 5 illustrent le cas où l'égalité se situe dans les limites de l'intervalle T + 10 , le fonctionnement demeurant identique si l'égalité apparaît dans la première ou la seconde moitié de l'intervalle. Ainsi qu'il ressort des figures, seul intervient le bistable 3 qui, par la ligne 13, provoque une remise à zéro (Q3) et inhibe le déclenchement de la séquence de transfert, l'affichage étant conservé Le signal T + 2 correspond au cas où le transfert d'affichage n'a lieu qu'après deux égalités successives après T+2z2T. La description qui précède traite essentiellement du cas selon lequel l'affichage n'est modifié que pour autant que l'égalité I = R se situe de 1 à m fois en dehors d'un intervalle de temps centré sur l'instant T ; pour la variation de m, on a signalé la présence de liaisons 51, 52, 53 respectivement 61, 62, 63 (figures 2, 4 et 6) tandis que les signaux d'horloge sont prévus aux temps T ainsi que T + nnT. Il va de soi que dans le cas où l'on préconise la stabilisation par répdtitionssuccessivesd'une pointe ou d'une dépression, c'est-à-dire n = o, m fixé à une valeur donnée, il suffit de prévoir d'autres sorties au-delà de 53 respectivement 63, en fonction de la valeur m choisie, et d'envoyer sur les modules concernés le seul temps d'horloge T. On se réfèrera maintenant à la figure 8 sur laquelle sont représentées les courbes de la variation du nombre Nc de changements d'affichage en un temps donné en fonction du taux de variation du nombre d'évènements aléatoires comptés par seconde N (c'est-à-dire de la fréquence du signal image du débit) pour différentes valeurs de n (longueur de l'intervalle) et de m (nombre de répétitions avant modification de l'affichage) (Nc étant en échelle logarithmique). Les groupes de droites AA1, Bibi, CC1 et 111 correspondent respectivement au cas ou n = t et n = 2, m variant de t (AA1) à 4 (du1). On remarque que le nombre de changements d'affichage varie notablement avec m, la pente des droites croissant avec m. Le dispositif offre ainsi la possibilité de moduler la stabilisation de l'affichage. Ces courbes illustrent l'intérêt que présente l'augmentation de m pour la stabilisation de l'affichage, étant entendu que pour conserver un temps de réponse admissible, il faut limiter n sinon le réduire à une valeur nulle. Il est évident que le temps de réponse croît également avec m mais la stabilité est néanmoins supérieure à celle correspondant à une augmentation du temps d'analyse, par exemple 2T au lieu de T. Un autre avantage du dispositif selon l'invention est lié au calcul, non pas sur la valeur de N mais sur un pourcentage de N, la précision demeurant ainsi égale sur toute la gamme du dispositif. On signalera encore que, pratiquement, le dispositif est provo pour une gamme de lecture de 0,1 R/h à 1 000 R/h. L'utilisation d'une chambre d'ionisation permet d'ailleurs un étalonnage commode par action sur le convertisseur transformant le courant d'ionisation instantané en une fréquence ; cette dernière peut alors être réglée pour que l'affichage corresponde effectivement à la valeur R/h. Pour finir, on indiquera encore que les différents éléments décrits ci-dessus constituant le dispositif selon l'invention sont, pour leur mise en oeuvre, groupés en trois sous-ensembles - une sonde, contenant lachambre d'ionisation et son électronique associée - un boîtier moniteur comportant l'affichage numérique par tubes à sept segments - un boîtier intermédiaire d'alimentation et d'interconnexion. Il est prévu une série préréglable de seuils d'alarmes provoquant, à leur apparition, le clignotement d'un voyant d'alarme et l'émission d'un signal sonore (ce dernier pouvant être inhibé). Un dispositif annexe de test permet de visualiser, pour une valeur préfixée de R/h, le défilement de la dose sur l'affichage et le fonctionnement des organes d'alarme. Il va de soi que le dispositif selon l'invention se prête à de nombreuses variantes d'exécution ou d'application comme, par exemple, l'emploi de tubes Geiger-Muller comme détecteurs ou,d'une fa çon générale, l'affichage numérique de toute grandeur à caractère aléatoire, variantes qui demeurent toutes comprises dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure et d'affichage numérique de la valeur ima- ge d'un débit à caractère aléatoire, notamment l'intensité d'un rayonnement, dans lequel au cours de cycles répétitifs on saisit les signaux, image d'un taux de comptage instantané d'évènements aléatoires émanant d'un capteur, dans un organe de comptage pour les délivrer consécutivement à un dispositif d'affichage numérique de la valeur du débit correspondant à une période de temps prédéterminée T, ledit procédé caractérisé en ce qu'en vue de la stabilisation dudit affichage, on compare en permanence la valeur I image du débit d'une période T du moment délivrée par ledit capteur à la valeur R image d'un débit de référence de l'une des périodes T précédentes, et en ce que ledit affichage n'est modifié que si I diffère de R dans le même sens un nombre de fois consécutif m, où m est un facteur entier égal ou supérieur à 1. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on définit en outre un intervalle de temps nT, où n est un facteur entier et AT une fraction déterminée de la période de temps T, ledit affichage n'étant modifié que si l'égalité entre les valeurs respec tives du débit I du moment et du débit R de référence se produit m fois dans le même sens à l'extérieur dudit intervalle de temps nnT, m étant un facteur entier égal ou supérieur.à 1. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits signaux image d'un taux de comptage instantané et délivrés audit organe de comptage ont une fréquence proportionnelle audit taux de comptage. 4. Dispositif de mesure et d'affichage destiné à la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications i à 3, caractérise en ce qu'il est constitué par un moyen capteur et des moyens électroniques, coopérant entre eux, adaptés à délivrer des signaux image du débit I d'une période T du moment et à traiter lesdits signaux pour leur visualisation sous forme d'affichage numérique stabilisé. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moyen capteur est une chambre d'ionisation. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques comportent des moyens. générateurs de signaux d'horloge définissant le temps T de la période prédéterminée de comptage, et les temps T-n%T ainsi que T+nnT, limitant l'inter- valle prédéterminé, des moyens de comptage des signaux images du débit I et définissant une valeur de ce dernier, des moyens de mémo risation associés auxdits moyens de comptage, des moyens comparateurs de la valeur du débit I du moment relevé par lesdits moyens de comptage et dudit débit R de référence, des moyens de commande, des moyens séquenceurs et des moyens d'affichage numérique de la valeur du débit. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens comparateurs sont adaptés, à la coîncidence de la valeur du débit I du moment et du débit R de référence, à délivrer un signal d'égalité. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mémorisation sont sensibles audit signal d'égalité et adaptés à délivrer un signal d'autorisation après la réception successive d'un nombre prédéterminé desdits signaux d'égalité. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que lesdits moyens de commande sont sensibles aux signaux d'horloge et aux signaux d'égalité et sont adaptés à délivrer, en présence dudit signal d'autorisation, un signal de validation. 10. Dispositif selon une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens séquenceurs sont sensibles audit signal de validation et adaptés à provoquer à sa réception le transfert de la valeur du débit du moment depuis lesdits moyens de mémorisation audit dispositif d'affichage et consécutivement la réinitialisation desdits moyens de commande et de mémorisation.