Brevet FR2443674A1 — publié le 19800704

La présente invention relative a un dispositif de mesure de température a l'intérieur d'un système de ligne haute fréquence plein de champ, en particulier pour mesurer la température du conducteur intérieur d'un conducteur coaxial haute fréquence. La mesure de température dans les systèmes de lignes a haute fréquence est en particulier nécessaire dans les cas ou le système de ligne haute fréquence doit être utilisé dans des domaines proches de sa limite de puissance. Les mesures de la température du conducteur extérieur d'un système de ligne coaxiale ne permet pas de déduire directement la température du conducteur intérieur. De même, dans les systèmes de guide d'ondes, il est nécessaire de déterminer la température de pièces se trouvant a l'intérieur du champ haute fréquence, par exemple les atténuateurs, les écrans ou analogues afin d'éviter une surcharge thermique. En général, ces emplacements sont difficilement accessibles et en outre les méthodes de mesure de température usuelles ont une influence sur le champ haute fréquence. En outre, une mesure par contact pour des puissances haute fréquence élevées n'est pratiquement possible que lorsque la ligne est mise hors circuit afin d'éviter un endommagement des dispositifs de mesure et des risques pour les personnes pratiquant la mesure.C'est pour cette raison que l'on s'est jusqu'a présent contenté d'appliquer des jauges de chaleur sur le conducteur extérieur, ce qui comme indiqué ci-dessus n'est pas satisfaisant car on ne peut en tirer que des conclusions imprécises au sujet de la température à l'intérieur de telle sorte que pour des motifs de sécurité on ne pouvait prévoir une utilisation jusqu'à la limite de puissance. La présente invention se propose de réaliser une mesure de température sans contact de pièces se trouvant a l'intérieur d'un espace fermé sans influencer ou détruire de manière quelconque le champ haute fréquence et sans que le dispositif ni le personnel de service ne soient en danger, la mesure étant possible de manière continue ou intermittente sans mise hors circuit de la ligne. Le dispositif selon l'invention se caractérise esssentiellement par le fait qu'il comprend comme jauge de chaleur un détecteur de rayonnement disposé devant une fenêtre du conducteur extérieur et dirigé vers le conducteur intérieur. L'utilisation de détecteurs de rayonnement pour la mesure de température sans contact est connue dans différents domaines de la technique, mais jusqu'a présent ne s'est pas étendue a la technique haute fréquence. Grâce à la réalisation d'une fenêtre dans 11 enveloppe externe de l'espace haute fréquence un tel procédé de mesure peut être très avantageusement appliqué à la technique haute fréquence, et selon l'utilisation, la fenêtre peut être ouverte ou fermée par une substance susceptible d'être traversée par un rayonnement infra-rouge. A cet effet, il est seulement nécessaire de prévoir une petite fenêtre en forme de trou d'un diamètre de 2 à 3 millimètres par laquelle la transmission ou l'impédance caractéristique ne sont pas notablement influencées.En outre il est ainsi possible de munir des lignes existantes de tels dispositifs de mesure sans nécessiter de démontage, car il est uniquement nécessaire de percer une telle petite fenêtre dans le conducteur extérieur. Le diamètre faible du trou offre en outre la possibilité de prendre des mesures efficaces afin d'assurer l'étanchéité haute fréquence du système. Afin d'éviter une erreur par suite de signaux de fond, on doit veiller à ce que le détecteur de rayonnement ne reçoive que le rayonnement partant du conducteur intérieur (ou de la pièce à mesurer) et non pas le rayonnement partant en sens inverse de la paroi interne du conducteur extérieur. Cela peut être obtenu en prévoyant un détecteur de rayonnement avec un angle solide relativement petit. En général de telles cellules infra-rouges présentent un angle de sensibilité qui s'étend sur pratiquement 3600. Pour cette raison, on doit veiller à ce que le rayonnement partant de la surface explorée du conducteur intérieur soit différencié du rayonnement parvenant sur le détecteur depuis l'environnement.Cela est obtenu grâce à une caractéristique supplémentaire de l'invention par le fait que l'on dispose devant le détecteur un écran qui limite l'angle solide à la surface nécessaire, que l'on interrompt périodiquement le rayonnement arrivant dans cet angle solide et que l'on réalise une modulation du rayonnement d'environnement, ce qui produit un signal proportionnel à la différence de température, c'est-à-dire à la température à laquelle se trouve le conducteur intérieur à mesurer ou l'environnement, l'environnement étant formé pour l'essentiel par l'écran. Si l'on ajoute au signal de différence ainsi obtenu un signal proportionnel à la température de l'environnement fourni par un détecteur séparé, on obtient alors un signal qui est proportionnel à la température intéressante du conducteur intérieur ou de l'objet à mesurer. La mesure peut s'effectuer de manière continue ou à intervalles déterminés car on n'a pas à redouter des brusques sauts de température. Cette mesure discontinue est avantageuse en ce qui concerne la valeur du MTBS (Temps moyen entre défaillances) du moteur entraînant le disque modulateur ou chopper, c'est-à-dire que l'on augmente son On va maintenant décrire dans ce qui suit un exemple de réalisation de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel La Fig. 1 est une vue en coupe d'un conducteur coaxial comportant une sonde de mesure de température mise en place, La Fig. 2 illustre schématiquement la construction de la sonde de mesure de température, La Fig. 3 est un schéma de circuit par blocs de l'électronique d'exploitation. On a représenté dans la Fig. I un tronçon de ligne coaxiale qui présente un conducteur extérieur 10 et un conducteur intérieur 12. Le conducteur extérieur est à la température 6 0 le conducteur intérieur à la température 6 1. Le conducteur extérieur 10 présente une fenêtre 14 qui par exemple peut être formée par un trou percé de 2 à 3 millimètres de diamètre. Cette fenêtre peut être fermée par un matériau laissant passer le rayonnement infra-rouge. En regard de la fenêtre 14 on a disposé à 11 extérieur du système de ligne coaxiale une sonde à infra-rouges 16 qui reçoit les photons émis par une surface F du conducteur intérieur.La dimension de cette surface dépend de l'angle solide fl et est choisie de telle manière que le diamètre de F soit toujours plus petit que le diamètre interne du conducteur intérieur afin que le résultat de mesure soit indépendant du diamètre du conducteur intérieur. La sonde délivre un signal électrique dont l'amplitude est proportionnelle au nombre de photons incidents par unité de temps. Le signal électrique est ensuite traité dans une electroni- que d'exploitation 18 qui est représentée en détail à la fig. 3. La température du conducteur intérieur peut être lue dans l'unité d'affichage 20. La construction de la sonde 16 est illustrée sur la Fig. 2. Devant le détecteur de chaleur infra-rouge 22 tourne un disque modulateur ou chopper 26 entrainé par un moteur 24, le disque présentant des orifices placés dans l'axe du détecteur de chaleur afin de moduler de manière rythmique le courant de photons émis par le conducteur intérieur du système coaxial. En variante, on peut prévoir un écran oscillant excité de préférence par la fréquence du réseau. Entre le disque 16 et le détecteur de chaleur 22 est disposé un écran perçé 30. Lorsque l'on souhaite une sensibilité élevée et un pouvoir de résolution important, l'écran 30, le disque modulateur 26 ainsi que le détecteur 22 peuvent être refroidis. Le détecteur 22 délivre un signal électrique proportionnel au courant de photons incidents par unité de temps, ce signal étant amplifié dans un amplificateur de fonction 32 dont le gain est modifié en fonction de la température du détecteur de chaleur 22 car la sensibilité du détecteur de chaleur 22 dépend de sa température propre. Dans ce but on a mis en place une jauge de température 34 sur le détecteur de chaleur 22, dont la sortie est reliée à l'entrée de commande de l'amplificateur de fonction 32.Le signal amplifié dans l'amplificateur 32 est amené à un filtre passe-bande 36 dont la fréquence moyenne est égale à la fréquence de modulation fournie par le disque modulateur ou chopper 26 et le signal est alors amené à un amplificateur final 38 dont le signal de sortie est désigné par A1. Le signal de sortie US=f (E 6) est proportionnel à la différence de température entre le conducteur intérieur et le conducteur extérieur du système, la température en fonctionnement 6 1 du conducteur intérieur étant toujours plus grande que la température 6 0 du conducteur extérieur. A la sortie A2 on dispose en plus d'un signal qui est proportionnel à la température 6 S de la jauge de température 34. Le diamètre d'orifice de l'écran 30 est choisi de telle manière que pour une surface de détecteur donnée on obtienne un angle solide d'image Q qui élimine du détecteur tout rayonnement de fond de telle sorte que ce détecteur se rapporte uniquement à la température du conducteur intérieur. On voit sur la Fig. 3 l'électronique d'exploitation 18. Le signal US provenant de la sortie Al parvient par l'entrée El à un redresseur 40. Afin de déterminer la température propre du conducteur intérieur 12 il est nécessaire d'ajouter à la différence de température Q 6 mesurée, la température du détecteur de chaleur 22. Cela s'effectue dans l'étage d'addition 42 et la sortie de cet étage est reliée à travers un amplificateur 44 à la sortie A3 à laquelle peut être relié un dispositif d'affichage ou d'enregistrement. Du fait que dans un système quasi stable thermiquement d'une ligne il n'y a pas de saute brusque de température, il est avantageux d'effectuer les mesures de température à des intervalles plus ou moins longs. Cela est avantageux avant tout en liaison avec la valeur de MTBS du moteur d'entraînement 24. Pour commander la série de mesures on utilise une horloge 46. Afin de maintenir pendant les intervalles entre les mesures, la dernière valeur mesurée le redresseur 40 est combiné à un circuit de type "Sample-and-Hold" qui de la même manière est commandé par l'horloge 46, dont la sortie A4 est reliée à l'entrée E4 afin de commander le moteur d'entraînement 24 du disque modulateur. Le signal Us provenant de la sortie A2 de la sonde infra-rouge 16 est amené à l'entrée E3 de l'électronique d'exploitation 18 et y est appliqué à l'étage d'addition 42 après amplification dans un amplificateur 48. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de température à l'intérieur d'un système de ligne haute fréquence plein de champ, en particulier pour mesurer la température de conducteur intérieur d'un conducteur coaxial haute fréquence, caractérisé par le fait qu'il comprend comme jauge de chaleur un détecteur de rayonnement (22) qui est disposé devant une fenêtre (14) du conducteur extérieur (10) et dirigé vers le conducteur intérieur (12). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un écran (30) entre la fenêtre (14) et le détecteur (22) qui délimite un angle solide ( Q ) choisi de telle manière que le diamètre de la projection de la surface (F) est toujours plus petit que le diamètre du conducteur intérieur (12) et que les signaux amenés au détecteur (22) dans cet angle solide ( Q ) sont comparés avec des rayonnements incidents sur le détecteur (22) et provenant de corps de température connue. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le rayonnement à mesurer et passant à l'intérieur de l'angle solide ( Q ) est modulé. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend entre l'écran (30) et la fenêtre (14) du conducteur extérieur un écran perçé tournant (26) qui est entraîné par un moteur commandable (24). 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le rayonnement à mesurer est interrompu par un écran oscillant de préférence excité par la fréquence du réseau. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend une jauge de température (37) qui mesure la température du détecteur (22) et qui est reliée à l'entrée de commande d'un amplificateur de fonction (32) alimenté depuis la sortie du détecteur (22), pour réaliser une compensation des variations de température. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le signal de sortie fourni par le détecteur (22) et amplifié, qui correspond à la différence de température entre le conducteur intérieur et le conducteur extérieur est amené à l'étage d'addition (42) auquel est amené comme second signal d'entrée un signal proportionnel à la température du conducteur extérieur, ledit étage d'addition délivrant à la sortie un signal proportionnel à la température du conducteur intérieur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la mesure est effectuée de manière discontinue. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fenêtre (14) est constituée par un trou dont le diamètre est petit par rapport à l'épaisseur de paroi du conducteur extérieur (10). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fenêtre est remplie de matériau laissant passer le rayonnement infra-rouge. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'écran (30) et/ou le disque modulateur (26) et/ou le détecteur (22) sont refroidis afin d'accroître la sensibilité.