Brevet FR2663124A1 — publié le 19911213

PROCEDE DE MESURE DE CARACTERISTIQUES D'UNE BANDE ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DU PROCEDE L'invention concerne un dispositif pour mesurer des grandeurs données d'une bande en mouvement et concerne en particulier des grandeurs telles que la charge électrique, la résistivité, la pression, etc. La présente invention peut être utilisée notamment pour étudier le comportement des charges électriques présentes sur une bande, en contact avec un matériau donné, (écran, rouleaux d'entraînement de la bande, film) lorsque ladite bande est séparée dudit matériau. Des études réalisées jusqu'alors telles que celle de K.L. CLUM et R.J. PAZDA intitulée "Dispositif pour mesurer la densité de charges sur une bande photoconductrice en mouvement" (Journal of Electrostatics, 24 (1989) p. 21-32) ont montré que lorsqu'une bande en mouvement ayant une couche dont la résistivité est inférieure à 1011 2 ohm/cm2 et se déplaçant sur des rouleaux métalliques reliés à la masse, celle-ci porte une charge dont la distribution, selon la longueur de la bande n'est pas uniforme. Cette distribution dépend considérablement de la vitesse de la bande, de la résistivité de la bande et des variations de capacité par rapport à la masse le long du trajet de la bande. Lorsque l'on mesure la densité de charge sur une bande conductrice au moyen d'un cylindre de Faraday, ou tout autre dispositif isolé afin de représenter la charge de la bande en utilisant un élément de détection, le dispositif lui-même contribue à modifier la capacité par rapport à la masse le long du trajet de la bande et ainsi à modifier la valeur que l'on souhaite mesurer, à savoir la densité de charge sur la bande au voisinage de l'élément de détection. La densité de charge sur une bande non conductrice peut être obtenue indirectement en utilisant un mesureur de champ qui mesure le champ électrique entre la bande et la partie reliée à la masse du mesureur de champ. A partir de cette mesure on peut calculer la densité de charge sur la bande. Cependant ce type de mesure n'est pas appropriée pour des bandes conductrices et présente les mêmes inconvénients que le cylindre de Faraday à savoir les variations de capacité. La densité de charge sur des bandes conductrices ou non-conductrices peut être obtenue indirectement en utilisant un voltmètre de détection à distance dans lequel la tête de détection est maintenue au même potentiel que l'objet à mesurer. On peut alors calculer la densité de charge sur la bande à partir de la distribution de capacité dans la zone de la mesure. Cette méthode qui présente l'inconvénient d'être indirecte ne fournit pas de meilleurs résultats que les méthodes précédentes. L'étude théorique ci-dessus évoquée a montré également qu'une bande conductrice, se déplaçant à vitesse constante, présente selon sa direction longitudinale une zone de densité de charge uniforme lorsque la capacité entre la bande et la masse est uniforme et élevée comme dans le cas où la bande est en contact avec un rouleau conducteur relié à la masse. En partant du fait que la densité de charge moyenne est uniforme (selon la direction longitudinale) et égale à la densité de charge moyenne lorsque la bande et le rouleau sont en contact, il a été conçu des dispositifs permettant de mesurer la charge moyenne sur une bande conductrice en déplacement (pour une résistivité inférieure à il 2 101l ohms/cm2 et, plus particulièrement, permettant de mesurer la quantité de charges transférées d'un matériau vers un autre lorsque l'on sépare les deux dits matériaux. Ces dispositifs comme représentés en Fig. 1 se composent d'un cylindre métallique rotatif.La surface conductrice du cylindre 4 est divisée en deux secteurs 1, 2 isolés électriquement l'un par rapport à l'autre, l'un des deux secteurs 2 étant relié à la masse, l'autre 1, c'est-à-dire le secteur de mesure, est isolé par rapport à la masse et relié à l'entrée d'un électromètre 3 par un collecteur tournant disposé sur le rouleau. L'électrode peut être, par exemple, constituée d'un matériau identique à ceux avec lesquels la bande pourrait être mise en contact lors de sa fabrication ou de son utilisation. Lorsque l'on souhaite mesurer la quantité de charge transférée de la bande 5 sur le secteur de mesure 1 lors de la séparation des deux surfaces, on utilise un écran métallique 6 fixe, disposé de manière concentrique par rapport au rouleau 4, à proximité de sa surface et s'étendant sur un angle d'environ 900. Un tel écran permet, lorsque le secteur de mesure 1 est en regard dudit écran, d'éviter l'influence de charges parasites externes lors de la mesure de la charge électrique présente sur ledit secteur de mesure. Ainsi, on réalise une première mesure de la charge lorsque le secteur de mesure du cylindre est en contact avec la bande ; on réalise ensuite une mesure de la charge restante sur le secteur de mesure après séparation de la bande et du cylindre, lorsque le secteur de mesure est en regard de l'écran. On en déduit alors la charge transférée de la bande sur le rouleau lors de la séparation de leurs surfaces respectives. Un tel dispositif présente cependant un inconvénient majeur lors de la mesure de telles grandeurs électriques. En effet, les charges obtenues sont de l'ordre de 10 9C. Ces signaux sont envoyés directement vers l'électromètre et, en raison des pertes de signal entre l'électrode et l'électromètre, fournissent des résultats difficilement exploitables. Aussi, est-ce un des objets de la présente invention que de fournir un procédé et un dispositif permettant de mesurer de façon fiable des signaux de très faible amplitude représentatifs de grandeurs caractéristiques d'une bande mobile. C'est un autre objet de la présente invention que de fournir un dispositif fiable permettant de mesurer la quantité de charge transférée d'un matériau vers un autre lors de la séparation des deux dits matériaux. D'autres objets de la présente invention apparaitront au cours de la description plus détaillée qui suit. Les objets de la présente invention sont atteints en réalisant un dispositif de mesure de signaux de faible amplitude, représentatifs de caractéristiques données d'une bande en mouvement et comprenant - un cylindre rotatif sur lequel est entraînée ladite bande, ledit cylindre comprenant au moins un élément de mesure pour, lors de son passage devant ladite bande, générer les signaux représentatifs d'au moins une caractéristique donnée de ladite bande - une électronique destinée à amplifier et/ou traiter lesdits signaux - des moyens pour transmettre lesdits signaux vers un dispositif de traitement auxilliaire, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite électronique est solidaire dudit cylindre rotatif. De même, selon la présente invention, on réalise un procédé de mesure de signaux de faible amplitude représentatifs de caractéristiques données d'une bande en mouvement se déplaçant sur un cylindre rotatif pourvu d'au moins un élément de mesure pour, lors de son passage devant ladite bande générer des signaux représentatifs d'au moins une caractéristique de ladite bande et destinés à être envoyés vers un dispositif de traitement auxilliaire, le procédé étant caractérisé en ce que lesdits signaux sont amplifiés et/ou traités avant d'être envoyés vers le dispositif de traitement auxillaire, une électronique appropriée étant solidaire dudit cylindre rotatif. La description détaillée qui suit fait référence aux dessins parmi lesquels - la Fig. 1 représente un dispositif tel qu'existant dans la technique antérieure ; - la Fig. 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif selon la présente invention ; - la Fig. 3 représente un exemple d'électronique pouvant être utilisée dans le dispositif selon la présente invention - la Fig. 4 constitue une autre représentation du dispositif représenté à la Fig. 2 ; - les Fig. 5A-5C illustrent de façon schématique les étapes de fonctionnement du dispositif de la Fig. 4 - la Fig. 6 représente un autre mode de réalisation du dispositif de la présente invention. La Fig. 2 à laquelle il est maintenant fait référence représente un mode de réalisation du dispositif selon la présente invention. Selon ce mode de réalisation particulier, on utilise la présente invention pour mesurer la quantité de charges électriques présentes sur une bande en déplacement. Le dispositif se compose d'un cylindre rotatif 10 tournant autour d'un axe Il entraîné, soit par le mouvement de la bande, soit par un moteur (non représenté). Le cylindre se compose principalement de deux parties 12, 13 isolées électriquement entre elles par un matériau approprié 14 tel que du plexiglass (représenté par la zone hachurée). Le cylindre comporte une électrode amovible 12 qui peut être par exemple en inox.Si l'on veut utiliser le dispositif selon la présente invention pour étudier les transferts de charge électriques entre une bande telle qu'un film photographique et un matériau donné sur lequel défile la bande (ex. rouleau métallique, film... ) on peut alors réaliser l'électrode en utilisant ledit matériau donné ou en recouvrant ladite électrode dudit matériau donné. Afin d'optimiser le contact entre la bande et l'électrode, ladite électrode forme de préférence une surépaisseur (par exemple de quelques microns) par rapport à la surface du cylindre. La seconde partie du cylindre 13 se compose d'un matériau qui, de préférence, est un matériau conducteur. A titre d'exemple on peut également utiliser de l'inox.Cette partie du cylindre est reliée à la masse par un dispositif conducteur telle qu'une brosse 15, permettant également d'éliminer toute charge résiduelle présente sur l'électrode, lorsque ladite électrode passe devant ladite brosse avant d'effectuer une nouvelle mesure. Ladite électrode est, selon la présente invention reliée à une électronique 16 solidaire dudit cylindre rotatif. L'alimentation de ladite électronique est fournie, par exemple, au moyen d'un collecteur tournant 17. De même, les signaux provenant de l'électronique 16 sont transmis à un dispositif de traitement auxilliaire (non représenté) par l'intermédiaire d'un autre collecteur. D'autres moyens de transmission peuvent être envisagés, tels que par exemple, une diode infra-rouge placée au bord du cylindre. La Fig. 3 représente un exemple d'électronique pouvant être utilisée dans le dispositif selon la présente invention. Dans l'exemple représenté, l'électronique est constituée d'un étage d'amplification à très haute impédance d'entrée (ex. 15 Mohms) monté en amplificateur de tension, le gain en tension dépendant des valeurs R1 et R . Il est évident que l'invention ne se 2 limite pas à ce type d'électronique. Selon un mode de réalisation préférentiel on incorpore à l'intérieur du cylindre une électronique complète d'acquisation et de traitement du signal avec une transmission série RS-232, par l'intermédiaire d'une diode infra-rouge placée au bord du cylindre, vers un ordinateur central. A titre d'exemple, on peut prévoir d'incorporer un microprocesseur permettant de réaliser une moyenne sur un nombre donné de mesures. La Fig. 4 constitue une autre représentation du dispositif selon la présente invention. Un tel mode de réalisation est destiné en réalité à mesurer les transferts de charges électriques s'effectuant entre une bande 20 et un matériau sur lequel défile la bande lors de la séparation entre la bande et ledit matériau, l'électrode étant constituée dudit matériau ou, du moins, recouverte d'une feuille dudit matériau. L'électrode 21, ainsi que décrite précédemment est reliée à une électronique d'amplification et/ou de traitement 22, solidaire du cylindre rotatif. Dans ce mode de réalisation, le dispositif comporte en plus un écran fixe 23 relié à la masse et au niveau duquel on mesure la charge électrique restante sur l'électrode après la séparation de la bande et de ladite électrode. Cet écran fixe, disposé à proximité du cylindre rotatif et de manière concentrique par rapport audit cylindre rotatif, permet d'éviter l'influence des charges parasites externes lors de la mesure. L'angle défini par l'écran doit être suffisamment grand de manière à couvrir au moins l'angle défini par l'électrode 21. La Fig. 5 illustre de façon schématique les étapes de fonctionnement du dispositif représenté à la Fig. 4. En Fig. 5A, la bande 30 est au contact de l'électrode 31 ; l'électrode mesure alors la charge présente sur la bande, le cylindre et la bande se déplaçant dans le sens représenté par les flèches A et B, respectivement. En Fig. 5B, l'électrode 31 se trouve au niveau de l'écran 32 relié à la masse. A ce niveau, on mesure la charge restante sur l'électrode après la séparation de l'électrode et de ladite bande ; on en déduit alors la charge transférée lors de la séparation de la bande et de l'électrode. En Fig. 5C, l'électrode 31 est au niveau de la brosse reliée à la masse 33 ; les charges restantes sur ladite électrode sont éliminées en vue d'un prochain cycle de mesure. La synchronisation de l'électronique est, à titre d'exemple réalisée au moyen d'un capteur du type à réflexion. Ce capteur est, par exemple focalisé sur une bande sombre disposée à une extrémité#du cylindre, ladite bande sombre étant interrompue lorsqu'une impulsion de synchronisation doit être générée. La Fig. 6 représente un autre mode de réalisation possible du dispositif représenté à la Fig. 4. Le cylindre rotatif comprend, ainsi que représenté à la Fig. 6 deux électrodes 40, 41 reliées à une électronique 42 et disposées de telle sorte que lorsque l'une des électrodes est en contact avec le film, l'autre est en regard de l'écran relié à la masse. On obtient ainsi deux fois plus de données pour une même longueur de bande. La même impulsion de synchronisation peut ainsi être utilisée pour les deux électrodes. Il est en fait possible d'utiliser autant d'électrodes que l'on souhaite, la seule contrainté étant la taille du cylindre. Selon un mode de réalisation, le diamètre du cylindre rotatif est d'environ 70 mm. Lorsque l'on utilise plusieurs électrodes sur le cylindre, il peut être souhaitable d'utiliser des électrodes différentes (matériaux différents, rugosité différente... ) afin d'étudier différents types de contacts auxquels la bande peut être soumise lors de sa fabrication ou de son utilisation. Un tel dispositif n'est pas limité à la mesure de charges électriques sur une bande et s'applique de manière générale à toute grandeur dont les signaux représentatifs sont de faible amplitude. Il peut s'agir à titre d'exemple de la résistivité de la bande. De même il est possible de remplacer les électrodes par des capteurs tels que des capteurs de température ou des capteurs du type piezzo-électriques pour des mesures de pression. Selon la présente invention, il est également possible de combiner différents éléments de mesure sur un même cylindre ; ainsi il sera possible d'étudier en même temps plusieurs caractéristiques de la bande. REVEND I CAT IONS 1 - Dispositif de mesure de signaux de faible amplitude, représentatifs de caractéristiques données d'une bande en mouvement et comprenant - un cylindre rotatif sur lequel est entraînée ladite bande, ledit cylindre comprenant au moins un élément de mesure pour, lors de son passage devant ladite bande, générer les signaux représentatifs d'au moins une caractéristique donnée de ladite bande ; - une électronique destinée à amplifier et/ou traiter lesdits signaux - des moyens pour transmettre lesdits signaux vers un dispositif de traitement auxilliaire, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ladite électronique est solidaire dudit cylindre rotatif. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux sont représentatifs des charges électriques présentes sur la bande, ledit cylindre rotatif comprenant au moins deux secteurs isolés électriquement entre eux, l'un au moins de ces secteurs définissant une ou plusieurs électrodes destinées à mesurer les charges électriques présentes sur la bande lorsque celle-ci est au contact de ladite électrode. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en plus a) un écran fixe relié à la masse, disposé à proximité du cylindre et de manière concentrique par rapport audit cylindre rotatif, ledit écran permettant de mesurer la charge transférée de la bande mobile sur l'électrode lors de la séparation de leurs surfaces respectives, b) un moyen destiné à éliminer les charges restantes sur ladite électrode avant d'effectuer un nouveau cycle de mesure. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le cylindre rotatif comporte deux électrodes disposées de telle sorte que lorsque l'une des électrodes est en contact avec la bande, l'autre est au niveau de l'écran relié à la masse. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits signaux sont représentatifs de la résistivité de la bande. 6 - Procédé de mesure de signaux de faible amplitude représentatifs de caractéristiques données d'une bande en mouvement se déplaçant sur un cylindre rotatif pourvu d'au moins un élément de mesure pour, lors de son passage devant ladite bande générer des signaux représentatifs d'au moins une caractéristique de ladite bande et destinés à être envoyés vers un dispositif de traitement auxilliaire, le procédé étant caractérisé en ce que lesdits signaux sont amplifiés et/ou traités avant d'être envoyés vers le dispositif de traitement auxillaire, une électronique appropriée étant solidaire dudit cylindre rotatif. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits signaux sont représentatifs des charges électriques présentes sur la bande, ledit cylindre rotatif comprenant au moins deux secteurs isolés électriquement entre eux, l'un au moins des secteurs définissant une ou plusieurs électrodes destinées à mesurer les charges électriques présentes sur la bande lorsque celle-ci est au contact de ladite électrode.