Brevet FR2437001A1 — publié le 19800418

La présente invention concerne un dispositif de linéarisation de la fréquence des signaux fournis par un détecteur de rayonnement tel qu'un compteur Geiger Muller en fonction de la dose ou du débit de dose d'un rayonnement tel qu'un rayonnement . Elle s'applique de préférence, mais non nécessairement, à la réalisation d'un radiamètre-dosimètre permettant la mesure d'une dose gamma ou d'un débit de dose gamma. D'une -maniere générale, on sait que les rayonnements gamma qui traversent un détecteur Geiger Muller provoquent l'émission d'impulsions de fréquence,fe variable en fonction du débit de dose, cette fréquence étant de la forme fe = 1 + pI tl) i +PI dans laquelle I est le débit de dose et &alpha; et ss sont des constantes. Le débit de dose I peut alors s'écrire On constate donc que fe n'est pas une fonction linéaire de I. Une telle non linéarité ne constitue pas un inconvénient dans le cas où l'on effectue une conversion de la fréquence fe en une tension que l'on affiche au moyen d'un système analogique tel qu'un volume classique å aiguille. Il suffit simplement dans ce cas d'étalonner convenablement la graduation associée à l'aiguille du voltmètre. Par contre, dans le cas où l'on désire un affichage numérique de la dose ou du débit de dose, par exemple en mesurant la fréquence par comptage des impulsions, cette non linéarité est une cause d'erreurs importantes, difficiles à corriger. Le système de linéarisation selon l'invention a pour but de supprimer cet inconvénient et comprend a' cet effet un convertisseur fréquence/fréquence possédant une fonction de transfert faisant &gamma; fe correspondre à la fréquence fe, une fréquence fs = 1 - 8 fe (3). s En prenant w = et 8 = l'expression f devient &alpha; Ainsi, selon une caractéristique de l'invention, pour obtenir ce résultat, le dispositif de linéarisation comprend essentiellement s - une chatne directe comprenant au moins en série un conformateur pour la mise en forme des impulsions délivrées par le compteur Geiger Muller, une résistance Rc, une résistance Re, une diode D, un premier intégrateur et un multivibrateur astable fournissant en sortie des impulsions de fréquence f s -Une première boucle de contre-réaction comprenant un second intégrateur reliant la sortie du multivibrateur monostable à la jonction de la résistance Rc et de la diode D (point A), cette boucle de contre-réaction ayant pour effet de limiter l'amplitude des impulsions fournies par le conformateur, a un niveau E +If , o E étant le taux de linéarisation et, -Une deuxième boucle de contre-réaction comprenant une résistance Rs reliant la sortie du multivibrateur monostable à la jonction entre la résistance Re et le premier intégrateur*cette contre-réac- tion ayant pour effet de décharger la capacité du premier intégrateur. Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels t La figure 1 est un schéma-bloc théorique du dispositif de linéarisation selon l'invention t La figure 2 est un diagramme représentatif de la tension à la sortie du conformateur, a la sortie du premier intégrateur et à la sortie du dispositif de linéarisation t La figure 3 est un diagramme représentatif de la fréquence des impulsions délivrées à la sortie du compteur Geiger Muller et à la sortie du dispositif de linéarisation t La figure 4 est un schéma-bloc d'un dosimètre numérique permettant la mesure d'une dose de rayonnement gamma. Avec référence à la figure 1 le dispositif de linéarisation comprend tout d'abord une channe directe comportant successivement, en série, un multivibrateur astable 1, qui reçoit les impulsions délivrées par un compteur Geiger Muller 2, un conformateur 3, une résistance Rc, une diode D, une résistance Re, un intégrateur 4 puis un second multivibrateur astable 5 dont la sortie constitue la sortie du dispositif de linéarisation. Ce dispositif comprend en outre une première boucle de contre réaction comprenant en série un intégrateur 6 et une diode 7, reliant la sortie du multivibrateur 5 à la jonction entre la résistance Rc et la diode D, et une seconde boucle de contre-réaction comprenant, en série, une résistance Rs et une diode -8, qui relie la sortie du multivibrateur S à l'entrée de l'intégrateur 4. Le multivibrateur astable 1 qui est prévu pour assurer la détection de la saturation du compteur GM2 a une fréquence propre légèrement inférieure à la fréquence maximum du compteur GM2. Sous l'effet des impulsions fournies par le compteur GM2, ce multivibrateur astable 1 délivre des- impulsions qui sont ensuite calibrées par le conformateur 3 en des impulsions pouvant avoir 4 > 18 de durée et une hauteur de 15 volts. Ces impulsions passent ensuite au travers de la résistance Rc. Au point A, l'amplitude de ces impulsions est définie par le niveau de sortie de l'intégrateur 6 et est égale à une valeur Eo qui correspond à une fréquence fe minimum, plus une- amplitude proportionnelle à la fréquence fs des impulsions de sortie qui a pour expression Ergs. E étant le taux de linéarisation (gain de l'intégrateur 6). Les impulsions d'amplitude E - Eo tl fs sont appliquées à l'entrée de l'intégrateur 4 qui reçoit également une tension impulsionnaire de contre-réaction par l'intermédiaire de la résistance Rs et de la diode Cette tension de contre-réaction qui est de polarité inverse de la tension E, a pour effet de décharger la capacité 9 de l'intégrateur 4. Le multivibrateur astable 5 qui présente un seuil, par exemple de 7,5 volts et possède une fréquence propre d'environ le double de celle du multivibrateur permet de délivrer, lorsque la tension à la sortie de l'intégrateur 4 est supérieure à 7,5 volts, des impulsions négatives par exemple d'une durée de 2 ps et d'une hauteur de 15 volts. Du fait qu'il ne passe pas de courant au travers de l'intégrateur 4, on peut considérer que les quantités de courant passant au travers du noeud B s'annulent, ce qui permet d'écrire l'équation: i(ie - is) dt = o (5) ie étant l'intensité passant au travers de la résistance Re et is, l'intensité passant au travers de la résistance Rs. Expression de laquelle on déduit l'égalité E Te fe = Ts fs (6) Re re = Rs Te étant égal à la largeur des impulsions émanant du conformateur t Ts étant égal à la largeur des impulsions émanant du multivibrateur astable 5 t S étant l'amplitude des impulsions émanant du multivibrateur 5. En substituant dans l'égalité 6 l'expression E par l'expression Eo + Efs, on obtient les égalités suivantes t Ts Ts fs = Te fe (EO + Efs (7) Rs Re fs (Ts S - #Te fe) = (Te fe Eo) (8) Rs (Ts Rs Re Re fe (1 Te fe Rs) = (Te Eo Rs fs (1 - #Te fe Rs) = (Te Ts S ) fe (9) En posant g = (Te Eo Rs) cette équation devient :: Re Ts S fs (1 - e g fe) = gfe (10) Eo dans laquelle &alpha;' = g et ss' = Eo g Par ailleurs, comme précédemment mentionné, la fréquence fe des impulsions délivrées par un compteur GM est de la forme t fe = fi + 1 + fiT (12) fi étant une fréquence rigoureusement proportionnelle au débit de dose ; étant le temps mort du tube GM. L'expression de fs devient alors En ajustant le circuit de telle manière que t- #' = O, cette équation devient : fs = &alpha;' fi La fréquence fe est donc proportionnelle à la fréquence idéale recherchée et donc, en conséquence au débit de dose I. Avec référence à la figure 2, l'amplitude E = Eo + Efs au point A se présente sous la forme d'une tension en créneaux (courbe 10) dont les impulsions ont une largeur de 4 ps. La fréquence est celle des impulsions émises par le compteur Geiger Muller. Cette tension en créneaux effectue la charge (en palier) de la capacité 9 de l'intégrateur 4 dont la tension de sortie est représentée schématiquement par la courbe 11. Dès que la tension de sortie de l'intégrateur 4 s'élève au-dessus de 7,5 volts qui est la tension de seuil du multivibrateur 5 celui-ci émet une impulsion ou un train d'impulsions (courbe 12) de la-rgeur 2 ps et de hauteur égale à -15 volts, ce qui provoque la décharge de la capacité 9 de l'intégrateur 4. De ce fait, la tension de sortie de l'intégrateur 4 redescend au-dessous de 7,5 volts et le multivibrateur 5 se bloque à nouveau. Un nouveau cycle, identique au précédent, s'établit à nouveau. Au cours de ce fonctionnement la quantité REe dt qui est matérialisée par la surface hachurée de la courbe 10 est égale à la quantité 1(s dt qui est matérialisée par la surface hachurée des impulsions 12 du multivibrateur 5. Sur la figure 3, on a représenté la courbe de fréquence f des impulsions à la sortie du compteur GM en fonction du débit de dose Dd. On constate.que pour de faibles valeurs du débit de dose la fréquence croit linéairement (courbe 13) puis s'incurve au fur et à mesure que le débit de dose augmente, et ce jusqu'à une fréquence f max. Au-delà de ce point, la fréquence se met à décroître et n'est plus significative du débit de dose (saturation du compteur GM). Afin d'éviter les erreurs qui pourraient être dues à cette saturation, l'invention prévoit un détecteur de saturation qui consiste en fait en le multivibrateur 1. Ainsi dès qu'il se produit une saturation du compteur GM, le multivibrateur 1 impose au circuit sa fréquence propre. De ce fait, la courbe fréquence linéaire/débit de dose (courbe 14), présente tout d'abord une zone de mesure proportionnelle au débit de dose, puis lorsqu'on arrive à une valeur du débit de dose correspondant au débit de la saturation, un palier 15 à fréquence constante. Avec référence à la figure 4, le dosimètre comprend un compteur GM 15 dont les impulsions sont transmises à un dispositif de linéarisation 16 tel que celui représenté figure 1 par l'intermédiaire d'un préamplificateur 17. La sortie de ce dispositif de linéarisation 16 est reliée à un premier diviseur de fréquence 18 relié, d'une part, à un organe d'affichage numérique 19 et, d'autre part, à un compteur mécanique 20 par l'intermédiaire d'un deuxième diviseur de fréquence 21 et d'un photocoupleur 22. REVEDICATI0NS 1. Dispositif de linéarisation de la fréquence des signaux fournis par un détecteur de rayonnement tel qu'un compteur Geiger Muller en fonction de la dose ou du débit de dose d'un rayonnement, tel qu'un rayonnement , caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur fréquence/fréquence possédant une fonction de transfert faisant correspondre à la fréquence fe des signaux générés par ledit détecteur, une fréquence fs de la forme s fs = &gamma;fe = 1 - # fe dans laquelle Xet S sont des constantes. 2.- Dispositif de linéarisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend t - une chaîne directe comprenant au moins en série un conformateur pour la mise en forme des impulsions délivrées, par le compteur Geiger Muller, une résistance Rc, une diode D, une résistance Re, un premier intégrateur et un multivibrateur astable fournis sant une sortie des impulsions de fréquence fs S - une première boucle de contre-réaction comprenant un second intégrateur et une diode reliant la sortie du multivibrateur monoastable au point Ade jonction de la résistance Rc et de la diode D, cette boucle de contre-réaction ayant pour effet de limiter l'amplitude des impulsions fournies par le conformateur a un niveau Eo + efs, étant le taux de linéarisation t - et une deuxième boucle de contre-réaction comprenant une résistance Rs reliant la sortie du multivibrateur monostable à la jonction entre la résistance Re et le premier intégrateur, cette boucle de contre-réaction ayant pour effet de décharger la capacité du premier intégrateur. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le compteur Geiger Muller et le susdit conformateur, un deuxième multivibrateur astable servant de détecteur de saturation. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les impulsions délivrées par le susdit premier multivibrateur astable sont de polarité inverse de celles fournies par le susdit conformateur. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce qu'aucun courant ne traverse le susdit intégrateur de manière à obtenir la relation : (ie - is) dt = O ie étant l'intensité traversant la résistance Re is étant l'intensité traversant la résistance Rs t étant le temps.