Brevet FR2648616A1 — publié le 19901221

Dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'élec- trons. La présente invention a pour objet un dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons. Les multiplicateurs d'électrons sont des composants qui ont une fonction d'amplification. Leur gain généralement très important, 4; 5 peut aller jusqu'à 10 ou 105. Ils sont utilisés dans des applications diverses o l'on traite des signaux très faibles. On citera, entre autres, la mesure d'énergie lumineuse (photomultiplicateurs) dans le visible ou l'invisible, les intensificateurs d'image, la mesure de rayonnement nucléaire (chambres à ionisation), la spectrométrie de masse et en particulier la détection de fuite à l'hélium. Dans ces applications, les signaux a traiter présentent dans certains cas une dynamique de l'ordre de 10. Il est donc nécessaire d'avoir une chaîne de mesure qui comprend le multiplicateur d'électrons, un amplificateur et un élément de compression du signal. Ces deux derniers éléments composent un amplificateur compresseur qui ne peut pas, à lui seul, réduire suffisamment la dynamique. Il est alors nécessaire d'intervenir sur le gain du multiplicateur d'électrons. Cela est obtenu par action sur sa tension d'alimentation. Dans des dispositifs connus, le gain de la chaîne de mesure, notamment par action sur ladite tension d'alimentation est commandé de manière discontinue, soit manuellement par l'emploi d'un commutateur soit dans des systèmes plus évolués, par commutation électronique automati- que. Cette discontinuité dans la commande du gain engendre des effets indésirables tels que des temps de réponse importants ou des instabilités lorsque le signal est à la limite de deux gammes d'amplification. La présente invention a donc pour objet un dispositif perfection- né de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons qui pallie ces inconvénients. Le dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons de l'invention, outre qu'il comprend, un collecteur d'électrons recevant le flux d'électrons généré par ledit multiplica- 2648 6 16 -- 2 -- teur d'électrons, une alimentation haute tension de ce multiplicateur d'électrons pourvue d'une commande et un amplificateur compresseur agissant sur le signal issu du collecteur d'électrons, se caractérise en ce qu'il comprend une voie de rétroaction du signal de sortie de l'amplificateur compresseur sur ladite alimentation haute tension, telle que le gain du multiplicateur d'électrons soit modulé de faQon continue en fonction du niveau dudit signal de sortie. Avantageusement, la voie de rétroaction comprend un amplificateur modulant la commande de l'alimentation haute tension de manière à diminuer le gain du multiplicateur d'électrons lorsque le signal de sortie augmente. En outre l'amplificateur compresseur du dispositif selon l'invention est un amplificateur logarithmique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le multiplicateur d'électrons est une galette à microcanaux. De plus, l'amplificateur de la voie de rétroaction est linéaire. L'invention trouvera application, notamment, dans la spectromé- trie de masse et particulièrement dans la détection de fuite d'hélium. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront de manière plus précise dans un exemple de réalisation, donné à titre non limitatif, illustré par les figures annexées qui représentent: - la figure 1, un multiplicateur d'électrons connu du type "galette à microcanaux", la figure 2, une coupe partielle de la galette à microcanaux représentée dans la figure 1, - la figure 3, un diagramme du dispositif de traitement du signal selon l'invention. Les éléments représentés dans différentes figures seront affectés d'une seule référence. La galette à microcanaux 1 représentée dans les figures 1 et 2 transforme un flux de particules ou de photons en un flux d'électrons incidents et agit sur ce flux d'électrons incidents comme un multiplicateur d'électrons. Elle peut donc être aisément -3- remplacée par un ensemble constitué d'une cellule de conversion de flux de particules ou de photons en un flux d'électrons incidents, suivi d'un multiplicateur d'électrons à dynodes. La galette à microcanaux comprend une multitude de canaux 2 disposés approximativement dans l'axe du flux incident. Chaque canal est un multiplicateur d'électrons élémentaire. Il est revêtu d'une couche à grande résistivité dont le coef- ficient d'émission secondaire est supérieur à l'unité. Une haute tension est appliquée entre ces deux extrémités. Ainsi, un électron incident par chocs successifs et progression dans le microcanal génère à la sortie de la galette un nombre d'électrons important. Ce nombre d'électrons correspond à un gain. L'ensemble des canaux est connecté électriquement par le revêtement d'une couche métallique 3 sur chacune des deux faces planes de la galette. La haute tension appliquée sur la galette est généralement comprise entre 400 et i 500 volts. C'est elle qui détermine le gain du multiplicateur d'électrons. Le dispositif selon l'invention sera maintenant explicité en se reportant à la figure 3. Le multiplicateur d'électrons 1 tel qu'une galette à microcanaux, est suivi d'un collecteur d'élec- trons 4 qui produit un courant électronique 5. Ce courant est injecté sur un amplificateur compresseur 6 qui amplifie le signal et en effectue une compression de manière à en réduire la dynamique. Le signal de sortie 7 de cet amplificateur compresseur sera ensuite exploité, notamment à des fins d'affichage. Avantageusement, l'amplifi- cateur compresseur comprendra un amplificateur logarithmique qui assure effectivement une fonction de compression. L'alimentation haute tension 8 du multiplicateur d'électrons est commandée par une voie de rétroaction 9 comprenant un amplificateur qui prend en compte le signal de sortie 7. Cette alimentation produit une tension qui est fonction du signal appliqué sur son entrée de commande, cette tension étant maximale quand le courant électroni- que 5 est minimal ou nul, et minimal lorsque le courant électronique est maximal. Il en résulte une compression supplémentaire de la dynamique de la chaîne de mesure. Cette voie de rétroaction comprend, par exemple, un amplificateur linéaire tel que la haute tension produite par l'alimentation soit une fonction linéaire du signal de sortie 7 de pente négative variant entre deux limites. Dans ce cas, en utilisant une galette à microcanaux dont le gain est une fonction exponentielle de la haute tension qui lui est appliquée, le signal de sortie 7 est une fonction logarithmique du flux d'élec- trons incidents. Il est possible évidemment, d'imaginer d'autres types de rétroaction sans pour autant sortir du cadre de l'invention. L'élément essentiel est que la fonction de transfert du dispositif (rapport entre la valeur du signal de sortie 7 et le flux d'électrons incidents) soit une relation connue et sans ambiguité entre la sortie et l'entrée du dispositif de manière à être exploitée. Le dispositif ainsi réalisé permet donc de traiter un signal d'entrée à forte dynamique. Le dispositif de traitement du signal selon l'invention trouvera application notamment dans un domaine particulier de la spectrométrie de masse qui concerne la détection de fuite à l'hélium. Il s'agit de mesurer la pression partielle d'hélium contenue dans l'atmosphère résiduelle d'une enceinte dont on désire vérifier l'étanchéité. Deux cas se présentent couramment. Si l'enceinte est d'un volume important, on utilise une pompe pour y faire le vide, on crée une atmosphère environnant cette enceinte enrichie d'hélium, gaz témoin, et on analyse le gaz pompé en vérifiant s'il est lui aussi, enrichi en hélium. Si l'enceinte est petite, un bottier par exemple, on commence par mettre ce bottier en surpression d'hélium dans une chambre, puis on la dispose dans une deuxième chambre o on fait le vide. On analyse le gaz pompé de la même manière pour vérifier s'il est enrichi en hélium. Un détecteur de fuite comporte donc un spectromètre de masse qui comprend un filtre dont le but est de dévier spatialement les molécules de gaz préalablement ionisées en fonction de leur rapport m/q, o m est la masse de la molécule et q sa charge. Le spectromètre 2648 6 16 -5-- est calé sur le pic d'hélium. A la sortie de ce filtre spatial est disposé une cellule qui convertit les ions d'hélium incidents en électrons. Les électrons sont ensuite multipliés dans un multipli- cateur d'électrons pour créer un courant électronique 5. Dans l'exemple considéré la cellule de conversion fait partie intégrante du multiplicateur d'électrons qui est une galette à microcanaux. Le dispositif de traitement du signal selon l'invention permet ainsi de convertir un flux incident d'ions hélium ayant 8 -16 une dynamique de 10 (variant approximativement entre 1016 et 10-8 ampère) en un courant électronique et d'amplifier ce courant électronique pour produire un signal de sortie 7, notamment destiné à un système d'affichage. L'application du dispositif à un détecteur de fuite à l'hélium sera aisément transposable à tout autre domaine utilisant un multipli- cateur d'électrons, en remplaçant uniquement la cellule de conversion, cette cellule ayant pour objet la conversion d'un flux de particules ou de photons en un flux d'électrons. -6- REVENDICATIONS: 1/ Dispositif de traitement dusignal reçu par un multiplicateur d'électrons (1) comprenant un collecteur d'électrons (4) qui reçoit le flux d'électron généré par ledit multiplicateur d'électrons, une alimentation haute tension (8) dudit multiplicateur d'électrons pourvue d'une commande et un amplificateur compresseur (6) traitant le signal issu dudit collecteur d'électrons caractérisé en ce qu'il comprend une voie de rétroaction 9 du signal de sortie (7) de l'ampli- ficateur compresseur sur ladite alimentation haute tension telle que le gain dudit multiplicateur d'électrons soit modulé de façon continue en fonction du niveau dudit signal de sortie. 2/ Dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite voie de rétroaction (9) comprend un amplificateur modulant la commande de ladite alimentation haute tension (8) de manière à diminuer le gain dudit multiplicateur d'électrons lorsque ledit signal de sortie (7) augmente. 3/ Dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons (1) selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit amplificateur compresseur (6) est un amplificateur loga- rithmique. 4/ Dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit multiplicateur d'électrons est une galette à microcanaux. / Dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons (1) selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit amplificateur modulant la commande de ladite alimentation haute tension est linéaire. 6/ Application du dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons selon l'une quelconque des revendications précédentes à la spectrométrie de masse. 7/ Application du dispositif de traitement du signal reçu par un multiplicateur d'électrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 à la détection de fuite utilisant l'hélium comme gaz témoin.