Brevet FR2642520A1 — publié le 19900803

Dispositif de détection d'arc électrique pour guide d'ondes La présente invention se rapporte a un dispositif de détection d'arc électrique pour guide hyperfréquences. Les amplificateurs d'ondes hyperfréquences délivrent, dans les guides d'ondes qui sont connectés à leur sortie, des puissances qui peuvent être triés importantes, et qui peuvent malencontreusement etre génératrices d'arcs électriques dans ces guides. D'une façon générale, un arc électrique peut apparaître dans un guide d'ondes lorsque l'onde hyperfréquence qui s'y propage voit son champ électrique dépasser localement trente kilo-volts par centimètre (en air sec et à la pression atmosphérique moyenne), où lorsque de fortes pertes localisées entraînent un échauffement ponctuel intense se propageant arbitrairement l'ensemble de la section. Lors de l'ionisation accidentelle de l'air, il y a transfert de l'énergie micro-onde en énergie lumineuse. Tant que la puissance est présente, l'arc électrique continue d'etre alimenté, et il remonte vers la source à une vitesse de deux à trois mètres par seconde en détruisant malencontreusement tous les obstacles sur son passage. Afin.d'éviter la destruction par l'arc électrique des guides, des tubes amplificateurs, des filtres, des coupleurs, etc, il est courant de doter les amplificateurs hyperfréquences de forte puissance et leurs. branchements associés d'un dispositif de détection de présence d'arc électrique qui, associé a une logique de commande, coupe les sources de puissance concernées, c'est à dire essentiellement la haute-tension au niveau de l'amplificateur, avant que l'arc électrique naissant ait eu le temps d'effectuer son travail de destruction. La figure 1 jointe représente, schématiquement et en coupe transversale partielle, un dispositif détecteur d'arc de type connu. Ce dispositif consiste en deux petits orifices 2, 3 percés en vis-å-vis dans les deux petits côtés du guide d'ondes 1, et mettant en communication l'espace intérieur de ce guide d'ondes respectivement avec une première cavité opaque 4 qui abrite un photodétecteur 5 et son circuit électrique associé 6 ; et . une seconde cavité opaque 7 qui abrite une diode électroluminescente 8 ainsi que son circuit électronique associé 9. La diode électroluminescente 8 a pour rôle de permettre d'effectuer, à des instants choisis, des tests de bon fonctionnement du photo-détecteur 5 et son circuit de sécurité associé 6. Ces détecteurs d'arcs connus présentent quelques inconvénients. Ils sont très difficilement accessibles, de sorte que leur interchangeabilité et leur modularité sont pratiquement inexistantes. L'atmosphère régnant dans ces cavités opaques 4, 7 est la même que celle qui regne dans le guide d'ondes 1 ; il est dès lors difficile de travailler avec des guides fonctionnant sous gaz inerte, en raison du manque d'étanchéité au niveau de ces guides.Enfin et surtout, la température ambiante dans ces cavités 4, 7 peut atteindre, pour de fortes puissances dans le guide, des valeurs élevées, et souvent malheureusement trop élevées pour continuer d'assurer un fonctionnement normal de photodétecteur 5, de la diode électroluminescente 8, et de leurs circuits électroniques associés 6 et 9 qui ne sont pas des éléments électroniques aptes a fonctionner sous des tempèratures trop importantes. L'invention vise a remédier å ces inconvénients. Elle se rapporte a cet effet a un dispositif de détection d'arc électrique pour guide d'ondes hyperfréquences qui comporte au moins une fibre optique dont l'ame, qui est constituée d'un matériau réfractaire tel que la silice, traverse a son extrémité libre la paroi du guide d'ondes pour déboucher dans l'espace intérieur de ce guide d'ondes, l'autre extrémité de cette fibre optique étant connectée, à distance du guide d'ondes, à un. photodétecteur apte à fournir un signal de sécurité des qu'un arc électrique est amorcé dans ce guide d'ondes, et engendre un signal lumineux qui est capté par cette extrémité libre de la fibre optique est transmis par cette dernière a ce photodétecteur. L'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce détecteur d'arc pour guide.d'ondes, en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 2 est une vue d'ensemble de ce dispositif de détecteur électrique - Figure 3 est une vue agrandie montrant la .portion de ce dispositif qui est placée au niveau du guide d'ondes et à proximité immédiate; - Figure 4 montée, au niveau du boîtier électronique qui est placé a distance du guide d'ondes, le detail de la connexion entre l'autre extrémité d'une des deux fibres optiques ciutilisées et le photodétecteur qui lui est associé ;; - Figure 5 montre, dans une variante de réalisation, la possibilité de connecter plusieurs fibres optiques détectrices de lumière sur un seul et même photodétecteur - Figure 6 schématise, au niveau du guide d'ondes, une autre possibilité de réalisation du détecteur d'arc de la figure 2 - Figure 7 montre, toujours au niveau du guide, encore une autre variante de réalisation de ce-détecteur d'arc ; et - Figure 8 schématise, de la même façon, une dernière forme de réalisation. En se reportant tout d'abord å l'ensemble des figures -2 a 4, ce guide d'ondes auquel est associé ce dispositif détecteur d'arc est à nouveau désigné par la référence 1, tandis que sa bride est référencée 10. Le guide à section rectangulaire 1 comporte, sur un de ses petits cotés 11, deux orifices voisins 12, 13 qui sont situés côte à côte dans un même plan transversal. Sur sa face extérieure, ce petit coté Il porte une embase femelle 14 qui est apte a recevoir, en emmanchement étroit, une fiche male 15. Cette fiche 15 emprisonne étroitement les deux extrémités libres 18,19 de deux fibres optiques 16, 17, d'une longueur de quelques metres par exemple. Ces deux fibres optiques 16, 17 sont dénudées sur une faible longueur a leurs deux extrémités libres 18, 19, de sorte que leurs rames 20, 21 viennent dépasser de maniere protubérante de la fiche 15 et, en position d'enfoncement total de la fiche 15 dans l'embase 14 (figure 3), viennent s'enficher étroitement dans les orifices respectifs 12, 13 précipités, jusqu'à soit pénétrer légèrement dans l'espace -intérieur du guide 1 (cas de la figure 3), soit au moins venir a fleur de sa surface interne 22. A leurs deux autres extrémités (figures 2 et 4), les fibres optiques 16 et 17 sont reliées a des pièces réceptrices 23, 24 qui contiennent respectivement un photodétecteur et un photoémetteur, qui sont eux-memes connectés à un boîtier électronique 25 qui contient des circuits électroniques classiques de sécurité, aptes à couper la haute-tension des amplificateurs hyperfréquences en cas de réception d'une onde lumineuse, ainsi que d'alimentation du photodétecteur, avec circuits logiques associés. La figure 4 montre le détail d'une des deux pièces réceptives, dans cet exemple la pièce 23 : l'extrémité de la fibre 13 est coincée étroitement dans cette pièce 23, et son ame dénudée 20 vient aboutir à fleur du logement 26 du photodétecteur (non représenté). Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant En cas d'absence d'arc, le dispositif est testé à des intervalles de temps choisis. Pour ce faire, le photoémetteur est alimenté par l'ensemble électronique 25, et la lumière qu'il émet est transportée par la fibre optique 17, jusqu a l'extrémité de son ame 21 qui se trouve dans le guide d'ondes 1. Cette lumière éclaire donc à cet instant l'espace interne du guide et elle est captée par l'extrémité de 1'âme 20 de la fibre 16, qui la véhicule en retour vers le photodétecteur, de sorte que le signal de test alors reçu est analysé par le circuit électronique 25, pour vérifier le bon fonctionnement du dispositif. En cas de naissance d'un arc électrique, le signal lumineux émis par ce dernier est capté par l'ame 20 de la fibre 16, et transmise par cette dernière au photodétecteur, et donc au circuit de déclenchement de sécurité inclus dans le boitier 25. Le circuit de sécurité coupe immédiatement la haute-tension, ce qui supprime cet arc naissant. I1 est à noter que les fibres optiques 16, 17 sont des fibres dont l'âme, respectivement 20 et 21, est constituée en un matériau réfractaire, tel que préférentiellement la silice, apte à supporter des températures supérieures a largement supérieures à une centaine de degrés centigrade. Les fibres à âme plastique connues ne pourraient pas convenir car elles fondent à une température de l'ordre de 70 degrés centigrades, alors que la température des guides 1 peut facilement s'élever jusqu'à 100 à 150 degrés centigrades,- ou plus, selon la puissance véhiculée. Ce dispositif détecteur d'arc est d'utilisation très commode. Il permet par exemple, avec un seul et même boîtier 23, 24, 25 de grouper sur un meme photodétecteur et un même photoémetteur, des informations multiples recues ou émises en plusieurs points du guide. I1 suffit pour cela, comme le montre la figure 5, de faire aboutir sur un même logement 26 de photodétecteur, ou de photoémetteur, plusieurs fibres optiques 27 à 31 provenant d'autant de points de prise de lumière, ou d'émission de signal lumineux de test, placés en divers endroits du guide. I1 est à noter que les âmes 20, 21 des fibres débouchent préférentiellement sur un petit côté, tel que 11, du guide å section rectangulaire 1, afin de ne pas perturber la propagation et de ne pas coupler de champ électrique. Ces deux âmes pourraient ne pas être côte à côte, comme sur la figure 3, mais vis-å-vis sur deux petits cotés opposés. L'une ou l'autre d'entres-elles, ou les deux, pourrait aussi aboutir au milieu du grand côté supérieur 32. Toutefois, leur localisation sur les petits cotés reste préférentielle. Une intéressante variante de réalisation, parmi beaucoup d'autres, est schématisée sur la figures 7. Dans un tel cas, les extrémités libres 18, 19 des fibres optiques 16, 17 précitées sont collées sur un prisme à quartz 33, dont la pointe 34 est seule a pénétrer dans l'espace intérieur du guide 1. Ce prisme 33 est apte d'une part, comme indiqué pour les flèches, a réfléchir vers la fibre captrice 16 la lumière de test émise par la fibre emettrice 17, et d'autre part à transmettre à cette fibre détectrice 16 la lumière due å un arc électrique dans le guide. A noter que si l'on veut assurer une étanchéité suffisante pour travailler sous atmosphère inerte, il est tout à fait possible de sceller de façon étanche au niveau du guide 1 soit, dans le cas des figures 3 et 6, les extrémités libres des âmes 20 et 21 des fibres 16 et 17, soit, dans le cas de la figures 7, le prisme à quartz 33. I1 est aussi possible, comme le montre la figure 8, de prévoir une cavité optique 35 à proximité de l'espace intérieur du guide 1, afin que seule l'âme réceptrice 20 traverse la paroi de ce guide, le test étant alors effectué par une diode photoémettrice 36 placée dans cette cavité optique 35. Dans le cas de la figure 8, le dispositif ne comporte que la fibre réceptrice 16, et pas de fibre émettrice. Bien entendu, il serait concevable, mais plus difficile à mettre réellement bien au point, de remplacer le photoémetteur 36 par l'extrémité d'une fibre optique émettrice, telle que la fibre 17 précitée. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Elle est bien au contraire susceptible d'être réalisée selon de multiples autres formes d'exécution et dans des applications les plus variées. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de détection d'arc électrique pour guide d'ondes hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une fibre optique (16) dont l'âme (20), qui est en matériau réfractaire tel que la silice, traverse à son extrémité libre la paroi (11) du guide d'ondes (1) pour déboucher dans l'espace interieur de ce guide d'ondes, l'autre extrémité de cette fibre optique (16) étant connectée, à distance du guide d'ondes (1), à un photodétecteur apte à fournir un signal de sécurité apte à couper la haute tension dès qu'un arc électrique s'amorce dans ce guide d'ondes (1), et engendre un signal lumineux qui est capté par cette extrémité libre de la fibre optique (16) et transmis par cette dernière à ce photodétecteur. 2 - Dispositif detecteur d'arc selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme (20) de la fibre optique (16) traverse la paroi du guide d'ondes (1) de manière étanche. 3 - Dispositif selon la revendication l ou la revendication 2, caractérisé en ce que le guide d'ondes (lest muni, de son côté externe, d'une embase (14) et en ce que l'extrémité libre (18) de cette fibre optique (16) est prise dans une fiche amovible (15) complémentaire de cette embase (14). 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réceptacle (23, 26) du photodétecteur est apte à recevoir les extrémités de plusieurs fibres optiques (27 à 31) dont les autres extrémités debouchent respectivement en des endroits choisis du guide d'ondes (1). 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'âme (20) de la fibre optique (16) débouche sur l'un des petits côtés du guide d'ondes (1), s'agissant d'un guide d'ondes à section rectangulaire. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'âme (20) de la fibre optique (16) débouche au milieu du grand côté supérieur du guide d'ondes (1), s'agissant d'un guide d'ondes à section rectangulaire. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une autre fibre optique (17), similaire à la fibre détectrice (16) et positionnee de même façon, mais connectée, à distance du guide d'ondes (1) à un photoémetteur, afin de pouvoir réaliser des tests de fonctionnement de ce dispositif de detection d'arc. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'âme (20) de la fibre détectrice (16) et l'âme (21) de la fibre émettrice (17) débouchent toutes deux dans un même plan transversal du guide d'ondes (1). 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fibre détectrice (16) et la fibre émettrice (17) sont solidaires, à leurs extrémités libres (18, 19) d'un prisme (33) dont la tête (34) débouche dans l'espace interne du guide (1), ce prisme (33) étant conçu pour d'une part réfléchir vers la fibre détectrice (16) la lumière émise par la fibre émettrice (17), et d'autre part transmettre à cette fibre détectrice (16) la lumière émise par un arc électrique dans le guide (1). 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu, contre le guide (1), une cavité optique (35) qui est apte à recevoir un éclairage de test (36) et à le transmettre à la fibre réceptive (16).