Brevet FR2475741A2 — publié le 19810814

FR 2475741 A2 19810814 FR 8002968 A 19800211 Perfectionnements aux dispositifs de mesure de paramètres susceptibles de modifier la charge d'un électret. L'invention a pour objet des perfectionnements apportés aux dispositifs pour mesurer un paramètre susceptible de modifier la charge électrique portée par un électret, paramètre tel qu'un rayonnement ionisant, qu'une concentration de fluide ou qu'une température, dispositif comportant, en plus d'un électret, deux électrodes conductrices encadrant cet électret parallèlement à celui-ci, une pièce d'écartement maintenant l'une au moins de ces électrodes à une certaine distance de l'électret de manière à réserver entre eux une chambre, -des moyens pour permettre au paramètre à mesurer d'exercer son influence dans cette chambre en modifiant la charge de l'électret, et un circuit pour exploiter aux fins de mesure dudit paramètre la modification de champ électrique que cette modification de charge produit entre les électrodes. Les présents perfectionnements s'ajoutent à ceux qui ont déjà été apportés aux dispositifs de mesure du genre en question par le brevet principal et qui consistaient essentiellement à faire comporter en outre, à ces dispositifs, un volet conducteur, des moyens pour déplacer ce volet à l'intérieur de la chambre parallèlement à lui-meme et aux électrodes d'une position de veille à une position de mesure et inversement, et des moyens, compris par le circuit de mesure, propres à élaborer, lors de chaque déplacement du volet l'amenant en sa position de mesure, une information représentative de la décharge subie par l'électret depuis le précédent déplacement identique de ce volet, et de préférence propres en outre à afficher cette information. En d'autres termes, de tels dispositifs exploitent des différences entre des valeurs instantanées, mesurées successivement, de la charge progressivement décrois sante de l'électret. Ces dispositifs présentent de nombreux avantages, en particulier du fait qu'ils sont économiques et portatifs. Les présents perfectionnements permettent d'amé- liorer encore certaines de leurs caractéristiques. Dans les modes de réalisation,des dispositifs de mesure du genre ci-dessus, plus explicitement décrits au brevet principal, les déplacements des volets sont assurés manuellement à l'initiative des porteurs de ces dispositifs. Si les variations du paramètre à mesurer, au lieu d'etre prévisibles, régulières et lentes, sont imprévisibles, irrégulières et/ou rapides, il convient d'exercer à leur sujet une surveillance permanente. Les présents perfectionnements ont pour but, surtout, d'assurer une telle surveillance sans pour autant remettre en cause le caractère portatif des dispositifs de mesure considérés. A cet effet les dispositifs de mesure du genre en question sont essentiellement caractérisés en ce que, leur volet conducteur étant d'un type rotatif, ils comprennent un moteur électrique léger et consommant peu d'énergie électrique pour entrainer ce volet en permanence en rotation aux instants ou périodes de mesure de façon telle qu'au cours de chacune de ses révolutions, ce volet assure au moins un cycle complet de la suite de masquages et suppressions de masquage qu'il a pour rôle d'assurer alternativement entre l'électret et une électrode, ledit volet étant divisé en 2n secteurs circulaires identiques s'étendant chacun sur un angle de 1800/n autour de l'axe du volet, n étant un nombre entier au moins égal à 1 et de préférence inférieur à 4, secteurs qui sont alternativement opaques et transparents vis-à-vis du champ électrique, et l'électrode ci-dessus étant elle-même composée de n secteurs circulaires identiques aux précédents, décalés angulairement les uns des autres de 1800/n autour de l'axe. du volet. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - les secteurs circulaires transparents du volet sont des ouvertures pratiquées dans celui-ci, - la liaison électrique entre le volet rotatif et le circuit de mesure est assurée à l'aide d'une languette conductrice élastiquement appliquée contre l'arbre de ce volet, - le nombre n est égal à 3, - le moteur est un moteur à impulsions pas à pas du genre de ceux connus dans le domaine de l'horloge- rie et il est associé à un-réducteur, notamment à engrenages, - dans un dispositif de mesure selon les deux alinéas précédents, la fréquence du train d'impulsions de commande du moteur est de l'ordre de 10 Hz, le rapport du réducteur est de l'ordre de 10 et le nombre des impulsions nécessaires pour assurer chaque révolution du moteur est de l'ordre de 6, - le dispositif comprend des moyens pour élaborer, lors de chaque tour du volet, au moins une information relative à la position angulaire réelle de ce volet par rapport à l'électret et pour exploiter cette information dans le circuit de mesure à des fins de synchronisation, - le dispositif comprend des moyens pour afficher en permanence une information relative à la décharge totale subie par l'électret depuis un instant initial donné, - le dispositif selon l'alinéa précédent comprend des moyens pour déclencher une alarme, notamment visuelle à éclats, dès que la valeur de l'information affichée dépasse un seuil prédéterminé, - le dispositif est divisé en d'une part un boitier comprenant le volet rotatif, ses moyens d'en trainement, les moyens de mesure et d'affichage et-les moyens d'alimentation électrique et d'autre part une cassette emboitable dans le boitier et comprenant l'électret, les deux électrodes et leur pièce d'écartement, une face de cette cassette étant évidée part ;une fente propre à livrer accès à l'arbre du volet rotatif, - le moteur étant d'un type à impulsions, son circuit de commande comprend des moyens pour amortir les déplacements du volet après chaque sollicitation d'entrainement exercée sur lui en court-circuitant automatiquement l'enroulement du moteur dès la fin de chaque impulsion de commande. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se reférant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre très schématiquement en perspective un dispositif de mesure établi selon l'invention. La figure 2 montre en perspective extérieure un autre dispositif de mesure selon l'invention, divisé en un boitier et en une cassette mutuellement-emboltables. La figure 3 montre schématiquement un circuit de commande du moteur d'entrainement du volet compris par un dispositif de mesure selon l'invention. Comme dans le brevet principal, le dispositif de mesure comporte dans chaque cas - un électret 1 chargé electriquement, - deux électrodes conductrices parallèles 2, 3 encadrant l'électret 1 et maintenues écartées l'une de l'autre, - un circuit 6 propre à exploiter aux fins de mesure les modifications de champ électrique produites entre les électrodes 2 et 3 par les modifications de charge de l'électret 1 dues à l'intervention du paramètre à mesurer au voisinage de sa face chargée, - un volet conducteur 8, - et des moyens pour guider et déplacer ce volet 8 entre l'électret et l'une 3 des électrodes, parallèlement à cet électret et aux électrodes. En outre, le volet 8 est monté rotatif sur un arbre 36 et au lieu d'être déplacé manuellement comme dans les modes de réalisation décrits au brevet principal, ce volet est ici entrainé en permanence en -rotation à l'aide d'un moteur électrique 37 particulièrement léger et consommant peu d'énergie électrique. Cet entrainement permanent est assuré toujours dans le même sens de façon telle que chaque révolution du volet 8 assure au moins un cycle complet de la suite de masquages et suppressions de masquage que ce volet a pour role d'assurer alternativement entre l'électret 1 et l'électrode 3. L'entrainement en question du volet est effectué de manière continue ou intermittente de façon telle que le cycle complet en question soit effectué en un temps relativement bref, de préférence inférieur à la dizaine de secondes. L'ensemble peut être prévu de façon telle qu'à chaque révolution du volet corresponde un cycle complet unique du genre indiqué. Dans ce cas, le volet 8 présente la forme d'un demi-cercle admettant pour axe celui de l'arbre 36 et il en est de meme de l'électrode 3 : le masquage intégral de cette dernière à la vue de l'électret est alors assuré lorsque le volet oecupe, par rapport à l'axe ci-dessus, la même position angulaire que ladite électrode. Mais on préfère multiplier par un facteur n supé rieur à 1 le nombre des cycles complets réalisés pour chaque révolution du volet. Ce volet comprend alors une suite de n secteurs circulaires identiques s'étendant chacun sur un arc de 1800/n et décalés entre eux d'angles égaux à 180 con et il en est de même de l'électrode 3. Dans le mode de réalisation préféré qui a été schématisé sur la figure 1, le nombre n est égal à 3 le volet 8 comprend alors trois secteurs circulaires v de 600 d'ouverture décalés mutuellement de 600 et l'électrode 3 est également composée de trois secteurs circulaires e présentant également chacun une ouverture de 600 et décalés mutuellement de 600. Les intervales j compris angulairement entre les différents secteurs v du volet peuvent être totalement ajourés, comme représenté, ou au -contraire occupés par un matériau transparent au champ électrique. Le nombre n peut être différent de 3, étant par exemple égal à 2 ou à 4, mais on préfère qu'il ne dépasse pas 4 pour éviter les fuites et les effets de bords qui sont d'autant plus nombreux que ledit nombre n est lui-même plus élevé. Le moteur 37 peut être de tout type désirable, à faible poids et à faible consommation électrique. On peut envisager qu il assure un entranement continu du volet 8. Mais, selon une variante intéressante, on le constitue par un moteur pas à pas à impulsions tel que couramment utilisé dans le domaine des mouvements de montres. Chacune des impulsions en question est suffisamment longue pour que l'entralnement, de l'arbre du moteur, qui en résulte, permette de lancer cet arbre de l'une de ses positions stables à sa position stable suivante et suffisamment courte pour que la puissance électrique correspondante soit faible : ces impulsions ont par exemple une durée de l'ordre de 10 ms et sont émises à une fréquence de l'ordre de 10 Hz. L'inconvenient d'un tel moteur étant qu'il assure un couple d'entrainement relativement faible, on interpose entre celui-ci et l'arbre 36 un réducteur à engrenages 38. A titre d'exemple purement illustratif, on indique que, si le rapport de ce train réducteur est de 10 et si chaque révolution de l'arbre du moteur exige l'émission de six impulsions, il faudra, dans le cas où les impulsions sont émises à la fréquence indiquée cidessus de 10 Hz, une durée de 6 secondes pour que le volet 8 exécute une révolution complète. Dans le cas préféré où le nombre n est égal à 3, le cycle complet de masquage de l'électret et de suppression de ce masquage est donc assuré en 2 secondes. La liaison électrique entre le volet rotatif 8 et le circuit de mesure 6 est assuré à l'aide d'une languette conductrice 39 appliquée élastiquement contre l'arbre 36. Le fonctionnement du dispositif est analogue à celui qui a été décrit au brevet principal à la différence près suivante - dans les modes de réalisation du brevet principal, seules les manoeuvres volontaires du volet par l'usager permettaient, soit de faire apparaitre sur l'électrode de mesure une charge fraiche ou "rénovée" induite par l'électret I à raison du dégagement du volet 8, soit de faire disparaitre une telle charge à raison de l'introduction de ce volet entre l'électret et ladite électrode, manoeuvres espacées dans le temps de durées importantes qui atteignaient ou dépassaient fréquemment une heure, - dans le cas présent, lesdites apparitions et disparitions de charges fraiches se succèdent cycliquement et automatiquement à un rythme relativement rapide qui est d'une fois toutes les 2 secondes dans l'exemple numérique donné ci-dessus. Le circuit de mesure 6 comprend des moyens de comparaison, de remise à zéro ou analogues permettant à celui-ci d'élaborer constamment une donnée D relative à la différence entre la valeur de la charge de l'électret telle que mesurée lors de chaque cycle ci-dessus et la valeur de cette charge correspondant à un instant initial donné. Dans le cas préféré où le paramètre à mesurer est le rayonnement ionisant émis dans une enceinte à surveiller au plan de la radioactivité, cet instant initial est celui correspondant à l'entrée du porteur du dispositif de mesure dans ladite enceinte. Ledit circuit 6 comprend en outre de préférence des moyens propres à afficher ladite donnée D et, de préférence encore, d'autres moyens pour exciter une alarme, notamment visuelle ou auditive, dès que la valeur de la donnée D dépasse un seuil prédéterminé. Des moyens peuvent- également être prévus pour assurer les détections respectives des franchissements de seuils successifs par la valeur de la donnée D, avec par exemple émission d'éclats dont la fréquence serait d'autant plus élevée que cette valeur serait elle-même plus élevée. L'électronique adoptée pour constituer le circuit de mesure 6, lequel fait appel de préférence à des composants de type C-MOS à faible consommation électrique, comprend en général un amplificateur d'entrée propre à recevoir la charge à mesurer, étant à cet effet notamment branché sur l'électrode 3 dans le cas de la figure 1. Cet amplificateur doit être fermé et remis à zéro après chaque mesure et sa réouverture ne doit intervenir ensuite qu'au début de la phase de mesure subséquente ce début correspond, dans le cas de la figure 1, à l'instant où le volet 8 commence à démasquer l'électrode 3. Pour éviter toute dérive entre cet instant de réouverture de l'amplificateur d'entrée et le début réel de démasquage ou analogue indiqué, on prévoit avantageusement des moyens pour détecter cycliquement la position angulaire réelle du volet ou plus précisément l'instant de chaque cycle qui correspond au début réel indiqué. Ces moyens peuvent etre de toute nature désirable, notamment - d'un type capacitif et sensibles alors par exemple aux variations d'une capacité liée à la rotation du volet, cette capacité pouvant être celle constituée par les deux électrodes 2 et 3 elles-mêmes, ladite capacité passant par un maximum chaque fois que les positions angulaires des lumières j correspondent à celles des secteurs de l'électrode 3, - d'un type optique et exploitant alors un rayon lumineux qui, ou bien traverse un trou de petite section percé dans le volet, ou bien est réfléchi par une plage réfléchissante de petite superficie prévue sur ce volet. Dans le cas signalé où l'on fait appel à un rayon lumineux, il est avantageux, pour réduire la consommation électrique de la source de ce rayon, d'adopter pour celle-ci un mode de travail impulsionnel sous une fréquence suffisamment élevée. Si le moteur 37 est d'un type pas à pas, pour lequel chaque impulsion de commande assure l'entrainement du rotor depuis une position angulaire stable jusqu'à une position angulaire stable suivante, il convient de prévoir des moyens d'amortissement pour empecher le dépassement de cette position angulaire stable suivante par ledit rotor ainsi que d'éventuelles oscillations angulaires de ce rotor autour de cette dernière position. A cet effet, l'on a recours avantageusement à un circuit conforme au schéma de la figure 3, pour lequel l'enroulement du moteur 37 est automatiquement courtcircuité sur lui-même après chaque impulsion de commande. Dans ce circuit, le train d'impulsions, appliqué en un point M, est symbolisé par un commutateur 40 relié normalement au pôle positif d'une source de courant continu 41 et momentanément à son pôle négatif, lors de la création des impulsions. Le circuit en question comprend un transistor 42 d'alimentation du moteur 37 branché en série sur celuici et un transistor 43 de type V-MOS branché en parallèle sur ledit moteur : la création de chaque impulsion a pour effet de rendre conducteur le transistor 42 et de bloquer le transistor 43 alors qu'au contraire, dès la fin de chaque impulsion, le transistor 42 est bloqué et le transistor 43 est rendu conducteur, ce qui assure automatiquement le court-circuit désiré. Lorsque la décharge de l'électret 1 - sur laquelle sont basées les mesures conformes à l'invention est devenue trop importante et que donc la charge résiduelle de l'électret est devenue trop faible, cet électret est usé et il convient de le remplacer. La variante de réalisation schématisée sur la figure 2 rend possibles et simples de tels remplacements, tout en tenant compte des deux considérations suivantes - les distances respectives entre les deux électrodes 2 et 3 et entre l'électret 1 et ces électrodes doivent être respectées rigoureusement, - il convient de conserver pour le traitement de plusieurs électrets successifs aux fins de mesure cidessus l'ensemble du volet rotatif 8, de son moteur d'entrainement 37, de son réducteur 38, des moyens de commande dudit moteur, des moyens de mesure et d'affichage et des moyens d'alimentation électrique des différents circuits. Selon cettevariante l'ensemble de moyens en question est rassemblé dans un même boitier 44 alors que l'électret est disposé dans une cassette indépendante 45 contenant avec lui, en tout et-pour tout, les deux électrodes 2, 3 et la pièce d'écartement 4. Le bottier 44 et la cassette 45 se présentent avantageusement chacun sous la forme générale d'un parallélépipède rectangle plat, la cassette étant un peu plus petite que le boitier et dimensionnée de façon à pouvoir être emboîtée dans ce dernier, à travers l'une de ses petites faces obturable par un volet rotatif 46. L'une des parois de la cassette 45 est évidée par une fente rectiligne 47 propre à recevoir l'arbre 36 lors de l'emboltement indiqué, ladite fente s'étendant depuis la tranche libre de ladite paroi jusqu'au coeur de l'étoile formée par les secteurs constitutifs de l'électrode 3, ainsi que bien visible sur la figure 2. L'ensemble du boitier équipé de sa cassette forme un tout autonome qui peut être utilisé tel quel indépendamment de tout autre appareil. Son exploitation peut également être envisagée dans le cadre d'une surveillance plus complète telle que celle d'une zone ou enceinte susceptible d'être contaminée radioactivement ou soumise à des radiations ionisantes. Une telle surveillance fait intervenir des con tôles d'entrée et de sortie de zone par mise en place du boitier 44 dans des lecteurs appropriés : au cours de chacune de ces mises en place, l'identification du boi- tier, celle éventuellement de son porteur (préalablement enregistrée par exemple sur une carte magnétique indépendante), ainsi que la valeur de la charge de l'élec- tret 1 correspondant sont lues et mises en mémoire dans le lecteur concerné en vue notamment d'établir l'his- toire de chaque porteur au plan des doses globales d'irradiation reçues par lui pendant des périodes données. La plage 48 visible sur le boitier 44 de la figure 2 symbolise le transfert d"information ainsi réalisé depuis le boitier jusqu a un tel lecteur, ledit transfert étant assuré ici par liaison capacitive : ladite plage 48 peut en effet constituer une électrode d'un condensateur dont l'autre électrode est constituée par une plage, de chaque lecteur fixe, qui est automatiquement disposée parallèlement à la première et à une petite distance de celle-ci quand ledit boitier est mis en place dans ledit lecteur. Le transfert d'information en question pourrait bien entendu être réalisé de toute autre manière dési- rable, par exemple par induction magnétique ou même à l'aide de connexions électriques établies mécaniquement. Des moyens de sécurité peuvent être prévus pour interdire tout dégagement non controlé -de la cassette 45 hors du boitier 44, ou encore toute réintroduction de cette cassette dans ce boltier après son dégagement non controlé hors de celui-ci. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où le volet 8, au lieu d'être simple comme dans les réalisations décrites ci-dessus, serait double et propre à envelopper l'électret cycliquement en le masquant alors à la fois vis-à-vis des deux électrodes, conformément aux enseignements du premier certificat d'addition au brevet principal. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer un paramètre suscep tible de modifier la charge électrique portée par un électret, comportant, en plus d'un tel électret, deux électrodes conductrices encadrant cet électret parallèlement à celui-ci, une pièce d'écartement maintenantl'une au mains de ces électrodes à une certaine distance de 1 ' lectret de manière à réserver entre eux une chambre, des moyens pour permettre au paramètre à mesurer d'exercer son influence dans cette chambre en modifiant la charge de l'électret, un circuit pour mesurer les modifications de champ électrique produites dans la chambre par ces modifications de charge, un volet conducteur, des moyens pour permettre de déplacer ce volet à l'intérieur de la chambre parallèlement à lui-même et aux électrodes d'une position de veille à une position de mesure et inversement, et des moyens pour élaborer, lors de chaque déplacement du volet l'amenant en sa position de mesure, une information représentative de la décharge subie par l'électret depuis le précédent déplacement identique de ce volet, conformément au brevet principal, caractérisé en ce que le volet conducteur (8), d'un type rotatif, est divisé en 2n secteurs circulaires identiques s'étendant chacun sur un angle de 1800/n autour de l'axe du volet, n étant un entier au moins égal à 1 et de préférence inférieur à 4, secteurs qui sont alternativement opaques (v) et transparents (j) vis-à-vis du champ électrique, et l'électrode (3) disposée du même côté de l'électret (1) que le volet est elle-meme composée de n secteurs circulaires (e) identiques aux précédents, décalés angulairement les uns des autres de 1800/n autour de l'axe du volet, et en ce qu'il est prévu un moteur électrique (37) léger et consommant peu d'énergie pour entrainer ledit volet en permanence en rotation aux instants ou périodes de mesure de façon telle que, au cours de chacune de ses révolutions, volet assure au moins un cycle complet de la suite de masquages et suppres sions de masquage qu'il a pour rôle d'assurer alternativement entre l'électret et l'électrode ci-dessus. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secteurs circulaires transparents (j) du volet sont des ouvertures pratiquées dans celui-ci. 3. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que la liaison électrique entre le volet rotatif et le circuit de mesure (b) est assurée à l'aide d'une languette conductrice (39) élastiquement appliquée contre l'arbre (36) de ce volet. 4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le moteur (37) est un moteur à impulsions pas à pas du genre de ceux connus dans le domaine de l'horlogerie et est associé à un réducteur (38), notamment à engrenages. 5. Dispositif de mesure selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la fréquence du train d'impulsions de commande du moteur est de l'ordre de 10 Hz, le rapport du réducteur est de l'ordre de 10 et le nombre des impulsions nécessaires pour assurer chaque révolution du moteur est de l'ordre de 6. 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérise en ce qu'il comprend des moyens pour élaborer, lors de chaque tour du volet, au moins une information relative à la position angulaire réelle de ce volet par rapport à l'électret et pour exploiter cette information dans le circuit de mesure à des fins de synchronisation. 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour afficher en permanence une information relative à la décharge totale subie par l'électret depuis un instant'initial donné. 8. Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déclen cher une alarme, notamment visuelle à éclats, dès que la valeur de l'information affichée dépasse un seuil prédéterminé. 9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce qu il est divisé en, d'une part, un boitier (44) comprenant le volet rotatif, ses moyens d'entrainement, les moyens de mesure et d'affichage et les moyens d'alimentation électrique et, d'autre part, une cassette (45) emboitable dans le boitier et comprenant l'élec- tret, les deux électrodes et leur pièce d'écartement, une face de cette cassette étant évidée par une fente (47) propre à livrer accès à l'arbre du volet rotatif. 10. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérise en ce que, le moteur étant d'un type à impulsions, son circuit de commande comprend des moyens pour amortir les déplacements du volet après chaque sollicitation d'entrai nement exercée sur lui en court-circuitant automatique ment l'enroulement du moteur dès la fin de chaque im pulsion de commande (figure 3).