Brevet FR2608753A1 — publié le 19880624

Dispositif de localisation bidimensionnelle d'évènements générateurs de courant sur une surface résistive. La présente invention concerne un dispositif de localisation bibimensionnelle d'évènements générateurs de courant sur une surface résistive. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un dispositif du type comportant des électrodes fixie? sur le pourtour de la surface résistive pour recueillir des courants engendrés en des points de la surface résistive, et un circuit relié aux électrodes pour élaborer, à partir des courants recueillis, des signaux représentatifs des coordonnées desdits points dans un système de coordonnées prédéterminé. Des détecteurs de position permettant la localisation bidimensionnelle d'évènements générateurs de courant, par exemple des impacts de particules éventuellement amplifiés par cascades électromagnétiques sur des fils, ou des injections de charges électriques, sont susceptibles d'applications dans de nombreux domaines tels que l'astronomie, la cristallographie, l'imagerie médicale nucléaire et les dispositifs graphiques informatisés utilisant des tables de numérisation, ou des pointés directs sur l'écran (dans le cas d'un dispositif transparent). Une des principales difficultés rencontrées pour la réalisation de dispositifs de localisation du type précité est d'obtenir une relation linéaire entre les signaux élaborés représentatifs des coordonnées des emplacements des événements et les valeurs réelles de ces coordonnées, ceci afin de pouvoir fournir une image des emplacements des événements sans distorsion. Pour résoudre cette difficulté, les amplitudes des courants recueillis sur les électrodes sont généralement convertis sous forme numérique, éventuellement après sommations et normalisation, et les valeurs numériques obtenues sont traitées par des moyens informatiques pour corriger les distorsions. Le recours à des moyens informatiques se traduit par un coût relativement élevé et le retard résultant du temps de traitement peut, dans certaines applications, être particulièrement gênant. De plus, la distorsion varie dans le temps et avec les conditions environnantes. La fonction de correction de non-linéarité déterminée à un instant donné n'est alors plus valable ultérieurement. Pour réduire la non-linéarité, il a été proposé d'utiliser une géométrie particulière des électrodes. Mais la non-linéarité n'est pas entièrement supprimée. Un raitement informatique de correction de distorsions est toujours nécessaire, avec les inconvénients indiqués plus haut qui s'ajoutent aux difficultés de réalisation des électrodes particulières. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de fournir un dispositif de localisation fournissant des signaux représentant une image sans distorsion, sans demander de traitements informatiques ou une complication particulière des électrodes. Ce but est atteint au moyen d'un dispositif de localisation du type défini en tête de la présente description et dans lequel, conformément à l'invention, le circuit d'élaboration des signaux représentatifs des coordonnées comprend au moins trois lignes de sommation reliées aux électrodes par des éléments résistifs discrets, chacune des résistances insérées entre les lignes de sommation et les électrodes ayant une valeur fixe prédéterminée en fonction de la ligne de sommation et de la position de l'électrode par rapport au système de coordonnées pour obtenir, sur les lignes de sommation, des signaux analogiques dont l'amplitude est une fonction sensiblement linéaire des coordonnées recherchées. Les inventeurs ont en effet pu mettre en évidence que des signaux fonctions linéaires des coordonnées recherchées peuvent être simplement obtenus par combinaison des courants recueillis sur les électrodes par un simple réseau de résistances discrètes. De la sorte, des informations de position sans distorsion sont disponibles directement sous forme analogique. A l'économie de moyens informatiques de correction de distorsion s'ajoute l'avantage d'une disponibilité quasi- immédiate des signaux permettant de fournir, par exemple sur un écran d'oscilloscope, une image fidèLe des évènements détectés. Dans une forme particuLière de réalisation de L'invention, La surface résistive a une forme de disque et les électrodes sont réparties Le Long de La circonférence du disque. Toutefois, d'autres formes de surfaces résistives pourront être utilisées comme, par exemple, des surfaces rectangulaires ou carrées. La relation entre les signaux obtenus sur les lignes de sommation et les coordonnées recherchées est d'autant plus proche d'une fonction linéaire parfaite que le nombre d'électrodes est élevé. En pratique, ce nombre sera de préférence choisi au moins égal à 16. Par ailleurs, afin que le courant recueilli sur une électrode ne soit pas affecté par les résistances insérées entre cette électrode et les lignes de sommation, les valeurs de ces résistances et de la résistivité de surface résistive sont choisies de manière que, vues de l'électrode, la résistance de la surface résistive ne soit pas trop inférieure à celle du réseau de sommation. Les lignes de sommation sont au moins au nombre de trois. Dans ce cas, les résistances du réseau de sommation peuvent être déterminées pour disposer, sur une ligne, d'un signal fonction linéaire d'une seule coordonnée et, sur l'autre ligne, d'un signal fonction linéaire de l'autre coordonnée, la troisième ligne étant à la masse. Une ou plusieurs lignes de sommation supplémentaires peuvent être prévues pour, par une combinaison des signaux obtenus sur ces lignes, s'affranchir de coefficients existant dans les relations linéaires entre ces signaux et les coordonnées recherchées et/ou éliminer les signaux parasites en mode commun. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexes qui illustrent: - figure 1: une vue schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif de localisation bidimensionnelle conforme à L'invention, - figure 2: un motif formé par des points d'injection de courant sur la surface résistive d'un dispositif de Localisation du type de celui illustré par la figure 1, et - figures 3 à 5: les images du motif de la figure 2 obtenues au moyen de dispositifs de localisation du type de celui illustré par la figure 1, respectivement avec 32, 1 et 8 électrodes. Un mode particulier de réalisation d'un dispositif selon l'invention sera maintenant décrit en référence à la figure 1. Le dispositif de localisation comprend une surface résistive 10 sur le pourtour de laquelle sont fixées des électrodes E-1 à E-16 reliées à des lignes de sommation L-1 à L-4 pa- un réseau résistif 20. La surface résistive 10 est en un matériau présentant une résistivité de surface uniforme, par exemple en papier graphité placé sur un support rigide, la face conductrice du papier graphité étant bien entendu tournée vers l'extérieur pour laisser ouvert l'accès à la couche résistive de graphite.Dans l'exemple illustré, la surface résistive 10 a la forme d'un disque de rayon R. Le dispositif de localisation est utilisable comme détecteur de particules, par exemple en imagerie nucléaire dans le domaine médical, scientifique ou industriel, afin de fournir une image bidimensionnelle des emplacements des points d'impact sur la surface résistive des particules à détecter ou de charges dérivées de ces particules par avalanches électroniques. Le dispositif de localisation est également utilisable comme détecteur'de position pour la saisie de données graphiques, par exemple pour une table à numériser. Les données graphiques sont introduites au moyen d'un outil tel qu'un style injectant un courant électrique dans la surface résistive. On notera que la surface résistive et son support peuvent alors être réalisés sous forme de films souples et/ou transparents pour saisir des données graphiques sur une surface non nécessairement plane. Plusieurs électrodes sont fixées sur le pourtour du disque 10. Comme déjà indiqué, le nombre d'électrodes doit être relativement élevé. Dans l'exemple illustré, 16 électrodes E-1 à E-16 sont prévues, lesquelles sont disposées à intervalles réguliers. La disposition des électrodes à intervalles réguliers ou, à tout le moins, par paires d'électrodes diamétralement opposés, n'est pas une nécessité, mais permet de simplifier la définition du réseau résistif 20. Les courants recueillis sur les électrodes E-1 à E-16 par suite de la génération de courants électriques par des évènements localisés en des points de la surface résistive 10 sont combinés par le réseau résistif 20 afin de fournir des signaux dont l'amplitude varie linéairement en fonction des coordonnées de ces points dans un système de coordonnées prédéterminé. Dans l'exemple illustré, le système de coordonnées est constitué par deux axes orthogonaux x'x et y'y ayant leur origine 0 au centre du disque 10, et le réseau résistif 20 est déterminé pour obtenir, sur les lignes de sommation L-1, L-2, L-3, L-4 des courants respectifs I1., I2, I3, 14 ayant pour valeurs: 11 = (IO0/4) + a Y (1) 12 = (IO/4) - a X (2) 13 = (Io/4) - a Y (3) 14 = (I0/4) + a X (4) et a étant des quantités fixes et X et Y les coordonnées du point d'impact ou d'injection dans le système de coordonnées (x'x, y'y). Les inventeurs ont montré que, pour arriver à ce résultat, chaque électrode doit être reliée à chaque ligne de sommation par un élément résistif discret dont la conductance est donnée par G (n, l) = 6 (1 + cos (e n - i)), o (5) 4 n G (n, L) est la conductance du circuit inséré entre la neme électrode E - n et la lme ligne de sommation L-l, c'est-à- dire l'inverse de la rsistance R (n l) reliant cette néme lectrode L'inverse de La résistance R (n, 1) reliant cette n électrode à cette lème ligne, G est une valeur fixe prédéterminée représentant la somme des conductances reliant une électrode quelconque aux lignes de sommation, 0n est l'angle que forme par rapport à Ox le rayon sur lequel est n située l'électrode E-n; dans le mode de réalisation illustré par le figure 1, On est égal à (n/N) 2 1, N étant le nombre total n. d'électrodes (16 dans l'exemple envisagé), n est un nombre entier prenant toutes valeurs de 1 à N, OL est un angle tel que le signal sur la ligne de sommation L-l est une fonction linéaire de la coordonnée le long de l'axe faisant l'angle Gl par rapport à Ox; dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, el est égal à (l/4) 2 Il, et I est un nombre entier prenant toutes valeurs de 1 à 4, ce qui donne pour Ql les valeurs 1/2 (coordonnée Y), Il (coordonnée -X), 3 n/2 (coordonnée -Y) et 2 11 (coordonnée X). Sur la figure 1, on voit que pour chaque électrode située sur les axes x'x et y'y, la valeur de la conductance insérée entre cette électrode et l'une des lignes de sommation peut prendre la valeur nulle; il n'y a alors pas de résistance branchée entre L'électrode et cette ligne de sommation. Bien entendu, il n'est pas nécessaire d'avoir des électrodes disposées sur les axes de coordonnées, ce qui conduit alors à avoir une résistance R (n, l) non infinie entre chaque électrode et chaque ligne. Les courants I1, I2, I3, 14 obtenus sur les lignes de sommation sont amplifiés par des amplificateurs de courant respectifs A-1, A-2, A-3, A-4 ayant même gain k. Les signaux amplifiés sont appliqués aux entrées d'un additionneur analogique 12 qui délivre un signal S0 = kIo0. Deux autres circuits analogiques 14-1, 14-2 fonctionnant en soustracteurs reçoivent, l'un les signaux amplifiés kI1 et kI3 et l'autre les signaux amplifiés kI4 et kI2 pour fournir les signaux: SX = k (I4 - 12) 2 k a X, et S.y = k (I4 -13) = 2 k a Y. On obtient de la sorte deux signaux analogiques SX, Sy proportionnels aux coordonnées X et Y. Les signaux Sx, Sy peuvent etre directement appliqués aux entrées d'un oscilloscope 16 pour obtenir, de façon quasi-instantanée, une image sans distorsion du motif formé par les emplacements des évènements sur la surface résistive 10. Les signaux SX, Sy peuvent être normalisés par division par SO afin de s'affranchir des fluctuations sur le si.ial I0 injecté. Les signaux SX, Sy, S0 et, éventuellement, les signaux k I1, k I2, k 1 3 et k 14 peuvent être appliqués aux entrées d'un enregistreur 18 en vue de traitements ultérieurs, par exemple de numérisation et mémorisation. Le coefficient de sensibilité a reliant les signaux obtenus aux coordonnées qu'ils représentent -équations (1) à (4)- est limité évidemment à (Io0/4R). Il s'en rapproche d'autant mieux que les courants recueillis sur les électrodes ne sont pas affectés par le réseau de sommation et par les impédances d'entrée Z des amplificateurs de courant A-1 à A-4. De plus, les valeurs de conductances du réseau de sommation données par l'équation (5) conviennent d'autant mieux que cette impédance d'entrée Z est plus faible. C'est pourquoi les relations suivantes doivent de préférence être satisfaites: I1 1 3 I (6) N G 16 Z le signe signifiant "supérieur ou de l'ordre de", et R étant la résistance d'un carré de la surface résistive 10 entre deux côtés opposés. Un dispositif du type de celui représenté sur la figure 1 a été réalisé en utilisant, pour la surface résistive 10, un disque en papier graphité collé sur un support isolant rigide, et de 260 mm de diamètre. La résistivité R c de surface du papier graphité est égale à environ 1,62 kohms. Les électrodes, au nombre de 32 (au lieu de 16 comme dans le cas de la figure 1) sont des pastilles circulaires de diamètre égal à 3,2 mm, fixées à intervalles réguliers le long d'un cercle de diamètre égal à 256, 8 mm et électriquement reliées au disque par une peinture à L'argent. Les résistances R (n, l) pondérant les contributions des courants recueillis sur les électrodes aux courants disponibles sur les lignes de sommation sont déterminées en choisissant une valeur de conductance équivalente G telle que 1/G = 135 ohms. Cette valeur satisfait aux conditions (6) cidessus, l'impédance d'entrée des amplificateurs de courant utilisés étant égale à 3 ohms. La valeur de G est aussi choisie pour aboutir à des valeurs de résistances R (n, l) les plus proches possibles de valeurs disponibles dans le commerce. Les valeurs théoriques calculées des résistances R (n,) et les valeurs réelles utilisées, car disponibles dans le commerce, sont données oar le tableau figurant à la fin de cette description. Le dispositif de localisation ainsi réalisé a été essayé en injectant des impulsions de courant successivement aux différents points de la surface résistive formant le motif représenté sur la figure 2. L'image de ce motif obtenue à partir des signaux SX, Sy recueillis en sortie du réseau de sommation est représentée sur la figure 3. On constate la quasiinexistence de distorsion y compris dans la zone marginale de l'image. En fait, les erreurs de localisation se révèlent être inférieures à la résolution spatiale du dispositif. A titre de comparaison, le même essai a été réalisé avec des dispositifs de localisation différents du précédent uniquement par le nombre d'électrodes. Les images obtenues avec 16 électrodes et avec 8 électrodes sont représentées sur les figures 4 et 5, respectivement. On constate que la distorsion reste encore acceptable avec 16 électrodes, mais devient relativement importante dans les zones marginales de l'image avec 8 électrodes. Pour cette raison, on choisira de préférence un nombre d'électrodes au moins égal à 16. D'une façon générale, la zone périphérique dc distorsion étant d'une largeur inférieure à la distance entre électrodes successives, on choisira le nombre d'électrodes de manière que ta distance entre deux électrodes voisines soit au plus égale à la largeur la plus admissible de la zone de distorsion à la périphérie de la surface résistive. Dans ce qui précède, on a envisagé l'utilisation de quatre lignes de sommation sur lesquelles les signaux sont des mêmes fonctions linéaires de X, -X, Y et -Y. Par combinaison entre ces signaux il est possible d'éliminer la quantité 10 et de s'affranchir des signaux parasites en mode commun. To 4efois, il apparait immédiatement que l'on peut se contenter de deux lignes de sommation pour obtenir des signaux fonctions linéaires de X et Y, une troisième ligne mettant à la masse le courant excédentaire de chaque électrode. On notera enfin que la surface résistive 10 pourra avoir une forme autre qu'un disque, par exemple une forme rectangulaire ou carrée, sans rendre impossible la détermination d'un réseau de sommation purement résistif donnant des signaux analogiques fonctions linéaires des coordonnées recherchées. Dans tous les cas de figure, on obtient une élimination des distorsions, par un ajustement convenable des résistances, sauf dans une zone périphérique de largeur inférieure à la distance entre électrodes. De plus, un choix différent du réseau résistif permet d'obtenir directement des coordonnées non seulement orthogonales, mais aussi bien obliques, triangulaires, etc. Tableau de valeurs de résistances R (n, l) 1 / R(n, l) = G (1 + cos ( 2 I - l 2 M)), Q5 4 N 4 avec 1/G = 135 ohms, n variant de 1 à N = 32, l suivant de 1 à 4. (n, l) R (n,l): R (n, l) théorique: réelle (ohms): (ohms) (1,1), (9,2), (17,3), (25,4): 452: 470 (7,4), (15,1), (23,2), (31,3): (1,2), (9,3), (17,4), (25,1): 28104: 27000 (7,3), (15,4), (23,1), (31,2): (1,3), (9,4), (17,1), (25,2): 671: 680 (7,2), (15,3), (23,4), (31,1): (1,4), (9,1), (17,2), (25,3): 273: 270 (7,1), (15,2), (23,3), (31,4): : ------__ (2,1), (10,2), (18,3), (26,4): 391: 390 (6,4), (14,1), (22,2), (30,3): (2,2), (10,3), (18,4), (26,1): 7095: 6800 (6,3), (14,4), (22,1), (30,2): (2,3), (10,4), (18,1), (26,2): 875: 910 (6,2), (14,3), (22,4), (30,1): (2,4), (10,1), (18,2), (26,3): 281 270 (6,1), (14,2), (22,3), (30,4): -- - -- - - - - - - - (3,1), (11,2), (19,3), (27,4): 347: 330 (5,4), (13,1), (21,2), (29,3): (3,2), (11,3), (19,4), (27,1): 3204: 3300 (5,3), (13,4), (27,1), (29,2): (3,3), (11,4), (19,1), (27,2): 1215: 1200 (5,2), (13,3), (21,4), (29,1): (3,4), (11,1), (19,2), (27,3): 295: 270 (5,1), (13,2), (21,3), (29,4): (4,1), (12,2), (20,3), (28,4): 316: 330 (4,4), (12,1), (20,2), (28,3): ---------------- ------------------ (4,2), (12,3), (20,4), (28,1): 1844: 1800 (4,3), (12,4), (20,1), (28,2): (8,1), (16,2), (24,3), (32,4): 270: 270 -----::------ (8,2), (16,3), (24,4), (32,1): 540: 560 (8,4), (16,1), (24,2), (32,3): (8,3), (16,4), (24,1), (32,2): 0: C>C) : : REVENDICATIONS 1. Dispositif de localisation bidimensionnelle d'événements générateurs de courant sur une surface résistive, comportant des électrodes (E-1 à E- 16) fixées sur le pourtour de la surface résistive (10) pour recueillir des courants engendrés en des points de la surface résistive, et un circuit relié aux électrodes pour élaborer, à partir des courants recueillis, des signaux représentatifs des coordonnées desdits points dans un système de coordonnées de référence prédéterminé, caractérisé en ce que: ledit circuit comprend au moins trois lignes de sommation (L-1, L- 2, L-3, L-4) reliées aux électrodes (E-1 à E-16) par des éléments résistifs discrets, chacune des résistances (R (n, l)) insérées entre les lignes de sommation et tes électrodes ayant une valeur fixe prédéterminée en fonction de la ligne de sommation et de la position de l'électrode par rapport au système de coordonnées pour obtenir, sur les lignes de sommation, des signaux analogiques (I1, 2 I2, I3, 14) dont l'amplitude est une fonction sensiblement linéaire des coordonnées recherchées (X, Y). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des électrodes (E-1 à E-16) est choisi de manière que la distance entre deux électrodes voisines soit au plus égale à la largeur admissible d'une zone de distorsion à la périphérie de la surface résistive. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes (E-1 à E-16) sont au moins au nombre de 16. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le signal obtenu sur une ligne de sommation varie suivant une fonction linéaire d'une coordonnée et le signal obtenu sur une autre ligne de sommation varie suivant une fonction linéaire de l'autre coordonnée. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend quatre lignes de sommation et les signaux (I1, I3, I2, 14) obtenus sur les lignes de sommation sont des mêmes relations linéaires respectivement d'une coordonnée, de l'opposé de cette coordonnée, de l'autre coordonnée et de l'opposé de l'autre coordonnée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (14-1, 14-2) pour engendrer deux signaux analogiques d'amplitudes proportionnelles aux coordonnées par combinaison linéaire des signaux obtenus sur les lignes de sommation. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la somme des conductances reliant une électrode quelconque à une ligne de sommation a une valeur fixe prédéterminée G telle que R. soit supérieur ou de l'ordre de: 1. 1 N G RM étant la résistance superficielle de la surface résistive et N le nombre d'électrodes. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les signaux obtenus sur les lignes de sommation (L-1, L-2, L-3, L-4) sont amplifiés au moyen d'amplificateurs (A-1, A-2, A-3, A-4) dont l'impédance d'entrée Z est telle que: 1 1 soit supérieure ou de l'ordre de 3 1 N G 16 Z 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface résistive a la forme d'un disque (10). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la conductance G (n, l) de la liaison résistive entre une électrode ayant une coordonnée polaire angulaire O0 dans ledit n système de coordonnées de référence, et une ligne de sommation destinée à fournir un signal fonction linéaire de la coordonnée d'un point de localisation d'évènement par rapport à un axe de coordonnée polaire eL dans ledit système de coordonnées de référence a une valeur choisie sensiblement égale à K ( 1 + cos (en - 0l)), K étant une constante prédéterminée.