Brevet FR2662250A1 — publié le 19911122

L'invention concerne un capteur de rayonnement Comportant une diode sensible au rayonnement, un filtre de lumière dans la marche des rayons entre une flamme et la diode et un circuit amplificateur amplifiant le courant photoélectrique généré. De tels capteurs de rayonnement conviennent, par exemple, pour surveiller des flammes dans des dispositifs de contrôle d'installations de combustion, par exemple dans des contrôleurs de flammes d'installa- tions de chauffage. Un capteur de rayonnement comme indiqué ci-dessus est connu par le brevet DE 27 37 090 Le rayonnement infrarouge émis par une flamme, traverse un filtre et est amené à un transducteur photoélectrique. Le signal électrique est amplifié. Par le document EP-OS O 296 371, on connaît un photodétecteur pour l'ultraviolet, qui est constitué d'une photodiode recouverte d'un filtre d'interférence. Le but de l'invention est de créer un capteur de rayonnement dont la sensibilité spectrale soit adaptée de façon optimale à l'émission optique de flammes de couleur bleue de brûleurs de pétrole et de gaz modernes, de manière que la lumière parasite ne puisse pas simuler une flamme, et dont le signal de sortie soit largement insensible à l'égard d'influences extérieures. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que la diode sensible au rayonne- ment est une photodiode réagissant à la lumière ultra- violette, que le filtre de lumière est constitué d'une lentille en verre laissant passer les radiations ultra- violettes, d'un filtre en verre spécial laissant passer les radiations ultraviolettes et sensiblement opaque pour la lumière visible et la lumière infrarouge, et d'un filtre d'interférence, et que le circuit amplifi- cateur est disposé ensemble avec la diode et le filtre de lumière dans un boîtier fermé hermétiquement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma montrant la structure générale d'un capteur de lumière ultravio- lette; la figure 2 est une coupe transversale d'un tel capteur; la figure 3 représente des courbes de transmission spectrale de différents éléments du cap- teur; et la figure 4 montre une courbe de sensibilité spectrale du capteur. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une photodiode pour la lumière ultraviolette, que l'on connaît par exemple par le document EP-OS O 296 371 Sur la surface de la diode, on a disposé un filtre d'inter- férence 2 que l'on connaît également par ce document et qui possède sa transmission maximale à une longueur d'onde d'environ 300 nm Le rayonnement à détecter ou à contrôler, traverse une lentille 3 en verre laissant passer les radiations ultraviolettes, un filtre 4 en verre spécial laissant passer les radiations ultravio- lettes, mais largement opaque pour la lumière visible et la lumière infrarouge, de même que le filtre d'interfé- rence 2, avant de tomber sur la diode 1 Le très petit courant, généré par voie photoélectrique par le rayon- nement dans la diode 1, est converti au moyen d'un circuit amplificateur 5 en une tension. Le circuit amplificateur 5 est formé par exemple d'un amplificateur opérationnel 6 qui est rétrocouplé au moyen d'une résistance 7 et, éventuelle- ment, d'un condensateur 8 Outre les entrées pour le raccordement de la diode 1, le circuit amplificateur 5 présente des bornes pour la tension d'alimentation + U B et pour la masse M et une sortie S, à laquelle est appliqué le signal de sortie L'ensemble des éléments précités forme le capteur de rayonnement 9, lequel est logé dans un boîtier 10 fermé hermétiquement. L'amplificateur opérationnel 6 peut être du type OP 80 de la firme PMI par exemple et la résistance 7 peut avoir une valeur de résistance de 1 G&Ä par exemple. Le condensateur 8 a une capacité de 100 p F par exemple, mais on pourrait également s'en dispenser Ce condensa- teur réduit la largeur de bande de l'amplificateur, de sorte que les perturbations de haute fréquence et le bruit sont diminués Suivant le cas, il peut donc être avantageux de le prévoir. La figure 2 montre un capteur de rayonnement 9 en coupe transversale A l'intérieur du boîtier 10, servant de blindage, on a disposé une plaquette 11 formant substrat, sur lequel sont placés la diode 1, l'amplificateur opérationnel 6 et la résistance 7 Un porte-filtre 12 disposé au-dessus de la plaquette 11 supporte le filtre 4 Une ouverture formée dans le boîtier 10 est fermée par la lentille 3 Celle-ci peut être coulée par exemple. Le boîtier 10 est fermé hermétiquement, de sorte que du gaz et de l'humidité, lesquels pourraient affecter la durée de vie de la diode 10 et le f onction- nement du circuit amplificateur 5, ne peuvent pas péné- trer Il est avantageux que le boîtier 10 soit en métal pour qu'il constitue un blindage à l'égard de champs électriques qui pourraient perturber le circuit ampli- ficateur 5 à haute impédance Le blindage peut encore être amélioré par le porte-filtre 12 lorsqu'il est en métal, de sorte qu'une telle mesure est avantageuse. Il est avantageux que la plaquette 11 formant substrat soit en céramique On évite ainsi la présence de résistances parasitaires notables, lesquelles pourraient empêcher le fonctionnement du circuit ampli- ficateur 5 à haute impédance. Il est également avantageux que le filtre d'interférence 2 soit réalisé selon la méthode décrite dans le document EP-OS O 296 371 lors de la fabrication de la diode 1 et qu'il forme en même temps la couche de passivation de la diode 1 Le filtre d'interférence 2 est ainsi intégré sur la diode. La lentille est avantageusement en verre du type "Schott 8337 " dont la courbe de transmission en fonction de la longueur d'onde est représentée et désignée par la référence 21 sur la figure 3 La len- tille 3 laisse librement passer la lumière dont les longueurs d'onde dépassent 250 nm. Il est avantageux que le filtre 4 soit en verre du type "Schott UG 11 " dont la courbe de transmis- sion est désignée par la référence 22 Ainsi que le montrent les deux branches de la courbe 22, ce verre filtrant a une absorption particulièrement forte dans le domaine de 400 à 600 nm, mais laisse passer le rayonne- ment des longueurs d'onde entre 230 et 400 nm Une transparence existe également dans le domaine au-delà de 660 nm, mais cela est gênant Pour éliminer ce rayonne- ment gênant par filtrage, on a prévu en plus le filtre d'interférence 2 dont la courbe de transmission porte la référence 23 La combinaison de ce filtre d'interférence 2 avec le filtre 4 et avec le profil de dopage particu- lier de la diode 1, procure les propriétés désirées du capteur 9. La figure 4 représente la courbe de sensi- bilité 25 de l'ensemble du capteur 9, c'est-à-dire de la disposition optique en série de la lentille 3, du filtre 4, du filtre d'interférence 2 et de la diode 1 On voit que la courbe globale 25 présente un maximum à environ 300 nm, ce qui correspond de façon optimale au rayonne- ment de flammes de couleur bleue de brûleurs à pétrole et à gaz Par contre, la sensibilité aux longueurs d'onde supérieures à 400 nm est inférieure d'environ cinq puis- sance de dix, de sorte qu'un rayonnement parasite de telles longueurs d'onde ne peut pas provoquer un courant photoélectrique notable et ne peut donc pas simuler une flamme. On décrira ci-après quelques variantes d'exé- cution Il peut être avantageux par exemple, quant à la technique de fabrication, de disposer le filtre d'in- terférence 2 non pas sur la diode 1 mais sur le filtre 4. Le filtre d'interférence 2 est formé d'un certain nombre de couches minces appliquées par vapori- sation sur le matériau de support et qui réfléchissent ou transmettent la lumière de longueurs d'onde détermi- nées en conformité avec des lois physiques connues, suivant le matériau constitutif, le nombre, l'épaisseur et la disposition. Il peut également être avantageux, pour ce qui concerne le coût, de réaliser la lentille 3 non pas comme un corps de verre biconvexe, mais d'utiliser au lieu de cela un corps de verre plan et de prévoir en outre un élément d'optique holographique à effet de lentille et de filtre, qui peut être intégré sur le corps de verre Des éléments d'optique holographique de ce type sont connus A l'aide d'un faisceau laser divisé en deux faisceaux, un motif de diffraction est mémorisé dans un matériau de support Ce dernier peut être constitué, par exemple, d'une couche de résine photo- sensible formant un revêtement du corps de verre plan. Le motif de diffraction a les propriétés d'une optique conventionnelle, basée sur la réfraction, telle qu'une lentille ou un prisme de verre Par cette technique, on produit un motif de diffraction d'une lentille conver- gente qui, sous une lumière blanche parallèle incidente, focalise les différentes longueurs d'onde sous diffé- rents angles et en différents plans. REVENDICATIONS 1 Capteur de rayonnement ( 9) comportant une diode ( 1) sensible au rayonnement, un filtre de lumière ( 2, 3, 4) dans la marche des rayons entre une flamme et la diode et un circuit amplificateur ( 5) amplifiant le courant photoélectrique généré, caractérisé en ce que la diode ( 1) sensible au rayonnement est une photodiode réagissant à la lumière ultraviolette, que le filtre de lumière est constitué d'une lentille ( 3) en verre laissant passer les radiations ultraviolettes, d'un filtre ( 4) en verre spécial laissant passer les radia- tions ultraviolettes et sensiblement opaque pour la lumière visible et la lumière infrarouge, et d'un filtre d'interférence ( 2), et que le circuit amplificateur ( 5) est disposé ensemble avec la diode ( 1) et le filtre de lumière ( 2, 3, 4) dans un boîtier ( 10) fermé herméti- quement. 2 Capteur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre d'interférence (,2) est intégré sur la diode ( 1). 3 Capteur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre d'interférence ( 2) est disposé sur le filtre ( 4). 4 Capteur de rayonnement selon l'une des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le filtre ( 4) est en verre spécial du type "Schott U Gil". Capteur de rayonnement selon l'une des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que la lentille ( 3) est en verre du type "Schott 8337 ". 6 Capteur de rayonnement selon l'une des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que le boîtier ( 10) est métallique. 7 Capteur de rayonnement selon l'une des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que la lentille ( 3) est formée d'un corps de verre plan et d'un élément d'optique holographique intégré ayant un effet de lentille et de filtre.