Brevet FR2473201A1 — publié le 19810710

La présente invention concerne un détecteur de fumées destiné à produire une alarme lors de la naissance d'un sinistre et qui fonctionne sur le principe d'une variation de la constante diélectrique d'un condensateur à air. On connait de nombreux détecteurs d'incendie reposant sur le principe de la variation des propriétés d'une atmos phère ionisée soumise ou non à des émanations de fumées. Ces détecteurs comportent deux chambres, une de référence et une d'analyse, toutes deux soumises à l'ionisation intense d'un émetteur alpha, généralement constitué d'une source d'américium. Dans ce type de détecteur la chambre d'analyse est soumise aux émanations de fumées tandis que la chambre de référence conserve une atmosphère confinée. Pour apprécier les variations relatives de l'ionisation des deux chambres on utilise deux électrodes polarisées par un champ électrique continu. Cette variation peut eAtre appréciée soit sous forme d'un courant électrique soit sous forme d'une tension qui est amplifiée par un circuit électronique transistorisé. Lorsque la chambre d'analyse détecte des émanations de fumées, le courant d'ionisation diminue, la tension augmente. Ce signal est traité par un circuit électronique de détection à seuil. Ce type de détecteur présente de nombreux inconvénients inhérents au fait qu'il utilise des sources radio-actives de forte intensité ( 24 tu) et un circuit électronique d'amplification de haute impédance sensible aux parasites électriques. Parmi les inconvénients majeures, citons - un risque important de pollution radio-active - un danger de contamination du personnel chargé soit de construire le détecteur soit de le réparer - une réalisation délicate nécessitant des conditions particulières de protection du personnel chargé de la fabrication ainsi que des dispositions particulières relatives au stockage des sources radio-actives - une vitesse de réponse lente, la chambre d'analyse comporte souvent une protection avec l'extérieur pour éliminer les dangers de la radio-activité. La présente invention, en utilisant des mesures de constantes diélectriques, a pour but d'obvier à ces inconvénients et se caractérise par l'utilisation d'une source radio-active de très faible intensité ( 0,1 d curie ). Le détecteur est caractérisé par sa réalisation comportant deux armatures métalliques disposées de part et d'autre d'un plan parallèle et constituant un condensateur à air. La capacité de ce condensateur peut eAtre calculée par l'équation suivante C= & te ou C représente la capacité exprimée en microfarade s la surface des armatures, e la distance qui sépare les armatures. La constante diélectrique & est proportionnelle à la composition chimique de l'air situé entre les armatures du condensateur. Si l'on place sur une armature une source radio-active de très faible intensité ( 1 #curie ) émettant un rayonnement alpha par exemple, la constante diélectrique de l'air et l'impédance du condensateur diminueront et se fixeront à une valeur moyenne dépendant de l'intensité du rayonnement ionisant. La valeur du coéfficient diélectrique, et par conséquent l'impédance de la cellule, variera en fonction de la composition de l'air présent entre les armatures, compte tenu que l'ionisation n'est pas à saturation. Un changement provoqué par la présence de fumées fournira une variation d'impédance électrique qui pourra être détectée et servir à déclancher un signal d'alarme. Pour que les variations d'impédance du condensateur provoquées par la fumée puissent être mesurées et comparées à une impédance constante ou de référence, on a disposé, conformément à une caractéristique de l'invention, une électrode collectrice très près de la source radio-active, emprisonnant entre cette dernière et l'électrode un faible volume d'air ionisé jusqu'à saturation. Cette électrode collective, suivant une autre caractéristique de l'invention, est raccordée à un circuit électrique vélocimétrique de détection et d'alarme répondant à la norne française AFNOR (NFS 61950). Ce circuit de détection et de mesure vélocimétrique permet d'éliminer les risques de fausses alarmes provoquées par les variations lentes de la capacité du condensateur, de la cellule de détection, ou encore dtes à une anomalie de fonctionnement. C'est sur ces principes que l'on a réalisé le détecteur de fumées objet du présent dépôt. L'invention consiste donc dans la mise en oeuvre de moyens connus : - armatures métalliques constituant un condensateur électrique à air à double enceinte. - source radioactive émettrice alpha de faible intensité. - circuit de mesure électrique de type vélocimétrique permettant de différencier les signaux lents des signaux rapides. - circuit d'alerte visuelle et sonore. En vue d'obtenir un dispositif nouveau - détecteur de fumées vélocimétrique à faible source d'ionisation. Le détecteur de fumées à ionisation est caractérisé par le fait que le moyen d'ioniser l'air est une source radioactive émettrice alpha de faible intensité sertie ou collée sur l'une des deux armatures d'un condensateur à air polarisé électriquement; entre ces armatures on a fixé une électrode collectrice près de la source radioactive créant ainsi deux volumes, un grand soumis à une ionisation partielle dont la constante diélectrique varie avec l'absence ou la présence de fumées, et l'autre ionisé jusqu'à saturation a une constante diélectrique fixe; i'électrode collectrice détecte les variations de la constante diélectrique du grand volume d'air et les transmet à un circuit électronique vélocimétrique transistorisé qui différencie les variations lentes ou rapides, les amplifie, et les utilise pour commander une alarme; l'ensemble des condensateurs d'air ainsi que la source matallique sont, suivant une autre caractéristique de l'invention, contenus dans la cage perforée servant de cage de Faraday. La présente invention présente de nombreux avantages et notamment: - une grande fiabilité de fonctionnement, - une faible pollution radioactive, quels que soient les aléas subits par les détecteurs, - une grande facilité de fabrication, - un risque de contamination négligeable lors des opérations de réparation, - une plus grande précision dans la détection, - une diminution Importante de fausse alerte provoquée soit par des parasites de haute fréquence, soit par de faibles émanations accidentelles. Ajoutons à ces avantages que ce type de cellule,dont le fonctionnement est capacitif, permet d'adapter un montage de mesures vélocimétriques simplifié répondant à la norme française relative aux détecteurs de fumées référencée sous le nO NFS 61950 d'avril 1978. L'invention sera mieux comprise grâce aux figures et dessins annexés et qui ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. La figure 1 représente le fonctionnement de la cellule. La figure 2 représente une vue en coupe-de l'appareil de détection qui comporte, suivant une des caractéristiques de l'invention, un condensateur à air dont une paroi porte la source radioactive de faible intensité. La figure 3 représente, suivant une autre caractéristique de l'invention, le montage électronique de mesure vélocimétrique associé à un circuit d'alarme. Ce montage est simplifié, et suivant une caractéristique de l'invention, répond aux normes françaises AFNOR imposées aux matériels de détection d'incendie NFS 61950, d'Avril 1978. nn se reportant à la Figure 1, on a schématisé, suivant une caractéristique de l'invention, le principe de fonctionnement du détecteur. Le condensateur à air qui est représenté en coupe est constitué de deux armatures métalliques, l'une en forme de capot (1) emprisonnant un grand volume d'air, et l'autre en forme de disque de métal (2) supportant la source radioactive 34 L'électrode collectrice (48 placée très près de la source radioactive délimite deux espaces, l'un grand et constitué par l'électrode(4)et l'armaturet1} est soumis à une ionisation non saturante; l'autre, petit, constitué par l'électrodeL4) et l'armature(2), supporte la source radioactive et est soumis à une ionisation saturante. La constante diélectrique de ce dernier volume est constante quelle que soit la composition de l'air qu'il renferme. Le condensateur à air constitué des armatures (1) et (2) est polarisé par une alimentation électrique continue A. Une adaptation d'impédance représentée par(zApermet d'équilibrer le circuit et de déterminer les valeurs des tensions (U) et du courantlIlaptes au bon fonctionnement du détecteur. En se reportant à la figure 2 de la planche II/3 et suivant une caractéristique essentielle de l'invention, on trouve le détecteur fonctionnant sur le principe d'un condensateur à air dont l'armature tI) a une forme de capot enfermant un grand volume d'air. La seconde armature de ce condensateur est constituée d'un disquet(2)supportant une source radioactive émettrice alpha (americum) t3; Cette source peut être fixée sur l'armaturet2Xpar collage ou soudage. On trouve ent4)une électrode collectrice divisant l'espace du condensateur en deux volumes : l'un, qui est constitué par l'électrode collectrice et l'armature 81} est de grand volumes Son ionisation est partielle et il reçoit éventuellement les fumées issues d'un incendie ( c'est une chambre d'analyse). L'autre volume, constitué de l'électrode collectrice et de l'armaturet2), est de faible volume et reçoit une ionisation saturante compte tenu de l'implantation de la source (3)sur sur l'armaturet2.) Quelle que soit la variation de la composition de l'air de ce dernier volume, l'ionisation sera constante et la valeur de la constante diélectrique sera prise comme une référence. Les fils souples (12) raccordent l'électrode conductricel4)et l'armature(2) au circuit imprimé(5)constitué d'une électronique vélocimétrique. L'armature )est raccordée au circuit imprimé (5) par une connection(9)vissée seulement sur la plaquette de ce circuit imprimé (5) Une entretoise(6\prmet d'une part d'alimenter le circuit imprimé(5f avec une alimentation de courant continu de faible tension (20v) suivant une caractéristique de l'invention, et d'autre part sert de point de fixation du circuit au socle du détecteur Le circuit imprimés (5) est fixé sur le corps du détec teur à l'aide de la vis (10). Ce corps de détecteur \11) constitue une cage de Faraday et est en outre aéré à sa partie inférieure. Un voyant lumineuxt8)visualise sur chaque détecteur sa mise en alarme ou son défaut de fonctionnement. En se reportant à la figure 3 on trouve le schéma simplifié de mesures vélocimétriques complété par le dispositif d'alarme. Suivant une caractéristique de l'invention, les armatures du condensateur(1)ett2)sont raccordées aux pôles + et - de l'alimentation électrique de courant continu de 20v. L'électrode collectrice,qui apprécie les variations du courant d'ionisation existant entre les armatures, est connectée au transistor à effet de champs Tî associé au transistor PNP : ?2. La capacité chimique d'entrée C3 stabilise la tension d'alimentation de la cellule de détection du condensateur à air. La source du transistor TI est raccordée au diviseur potentiométrique R2 113. Le point milieu de ce diviseur est relié à une capacité chimique C1 puis à la diode D1 et à la résistance R5. Cette capacité se décharge au travers du transistor unijonction programmable T3 accouplé à la résistance R6 L'action de T3 commande le thyristor 7 protégé par sa résistance R13 et sa capacité C2. Le circuit résistances R7, R8 et 119 fixe les potentiels haut et bas de la diode 92. Le circuit correspondant aux potentiels hauts du détecteur est constitué par les transistors T4, T5 et la résistance réactive 1110. Le circuit d'alarme est représenté par la résistance 1114, les diodes D9 et D6. La diode D6 est du type LbD, associée à la résistance R12, et visualise l'alarme. AI est une borne permettant une transmission à l'extérieur de l'alarme. A2 et A3 sont des bornes de transmission signalant soit une alarme, soit un dérangement. Elles sont associées à la diode D4 et au transistor 4. Le circuit constitué par les transistors T6, T4 et la diode D5 commande la diode LED D6. Fonctionnement 1/ Lorsque l'espace compris entre l'électrode collec trice(4)et l'armature(1)perçoit des fumées constituant une alarme, sa capacité diminue et le transistor T1 transforme en tension cette diminution. La variation rapide de la tension Tî obtenue lors d'une alarme est différenciée par le transistor 23 qui communte et commande T7, afin de transmettre cette information a la centrale, au travers du réseau R14 et D9. La capacité chimique C1 mémorise les variations lentes du potentiel de la cellule (bruit de fond) et permet d'éviter qu'elles interviennent dans le déclanchement intempestif d'une fausse alarme. Dans le cas ou la chambre de mesure subit un phénomène de saturation le transistor T3 peut basculer grâce à la tension imposée à la capacité C1 par le diviseur potentiométrique R7,R8, 119 et la diode D2. 2/ En cas de perte d'impédance de la cellule, le potentiel du point S augmente et atteint un potentiel supérieur au point VA. Le transistor U5 commence à conduire et entraine la conduction du transistor T4. La conduction de l'ensemble est accélérée par la résistance R10. Cette perte d'impédance est alors transmise à la centrale par les plots A2 et A3 au travers de la diode D4. Dans le cas ou la perte d'impédance est simultanée avec une détection de fumées, il y a récouvrement d'information. L'information "alarme" est cependant normalement transmise, grâce au fonctionnement vélocimétrique du détecteur (montage différentiel). Après une alarme, la décharge de la capacité C1 est nécessaire afin de refaire une remise à zéro du détecteur. Cette fonction est réalisée grâce au transistor T3 qui bascule, devient conducteur jusqu'au potentiel de fonctionnement normal du circuit Cl T3. Notons que l'alarme nécessite de la part de l'observateur situé à la centrale, un arrêt du circuit général du détecteur qui commande le circuit C1 T5. Revendication 1 : Détecteur de fumées à ionisations caracté risé par le fait que le moyen d'ioniser l'air est une source radioactive émettrice alpha de très faible intensité, sertie ou collée sur l'une des armatures d'un condensateur à air polarisé électriquement, entre ces armatures une électrode collectrice disposée près de la source radioactive sépare l'espace en deux volumes, l'un grand soumis à une ionisation partielle et qui voit sa constante diélectrique varier avec la présence de fumées, l'autre, petit, soumis à une ionisation saturante, voit sa valeur diélectrique constante, l'électrode collectrice détecte les variations de la constante diélectrique de l'air du condensateur et les transmet à un circuit vélocimétrique transistorisé qui les différencie en variations lentes et rapides, amplifie ces dernières et les utilise pour commander un circuit d'alarme, l'ensemble des deux volumes, les armatures et la source, sont contenus dans une cage perforée servant de cage de Faraday. Revendication 2 : Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'ioniser et de fixer l'impédance du condensateur à air est une source radioactive émettrice alpha de très faible intensité évitant toute pollution. Revendication 3 : Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'apprécier une variation de la constante diélectrique du condensateur à air constituant la cellule est une électrode collectrice située d'une part près de l'armature supportant la source radioactive créant une atmosphère à ionisation saturée et à constante diélectrique fixe, d'autre part située loin de la seconde armature du condensateur générant un grand volume d'air, ou l'ionisation varie avec la composition de l'atmosphère. Revendication 4 : Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de polariser le condensateur à air est une source de tension continue de 20v environ. Revendication 5 : Dispositif suivant la revendigation 1 caractérisé en ce que le moyen d'isoler le condensateur à air de l'extérieur est une cloison métallique aérée jouant le rôle de cage de Faraday. Revendication 6 : Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les signaux à montées lentes et les signaux rapides sont diffcrenciés au moyen d'un montage de mesures vélocimétriques. Revendication 7 : Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'amplifier la mesure vélocimétrique est obtenu par l'association d'un transistor adaptateur d'impédance, d'un transistor amplificateur et d'une capacité chimique, cette dernière mémorisant les variations lentes de la capacité du condensateur à air. Revendication 8 : Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de détecter la perte d'impédance du condensateur à air constituant la cellule est un jeu de trois transistors dont l'un a un potentiel réglable constituant un seuil au-delà duquel il devient conducteur et bascule, entrainant l'alimentation d'une diode lumineuse d'avertissement. Revendication 9 : Dispositif suivant la revendication 1 Caractérisé en ce qu'un circuit constitué d'une capacité chimique C1 associée à un transistor Tl permet de détecter une alarme pendant une perte d'impédance de la cellule.