Brevet FR2681949A1 — publié le 19930402

Analyseur de faisceaux d'électrons La présente invention concerne le domaine du mesurage et du contrôle, en particulier dans le cadre de phénomènes d'irradiation, et a.pour objet un analyseur de faisceaux d'électrons. Les techniques d'irradiation consistent essentiellement à exposer un produit à des rayonnements dans le but de préserver ou d'améliorer certaines de ces caractéristiques. Ainsi, dans l'industrie agro-alimentaire, cette technique a pour but d'augmenter la durée de vie des aliments traités. Dans les autres secteurs industriels, les effets recherchés peuvent être, par exemple, la stérilisation de produits ou d'instruments médicaux ou encore la réticulation de matériaux plastiques. Actuellement, les sources de rayonnements mettant en oeuvre un accélérateur d'électrons ont tendance à se généraliser du fait de l'amélioration de leurs performances en puissance et en fiabilité. Une station d'irradiation mettant en oeuvre un accélérateur d'électrons repose généralement sur le principe de la mise en forme du faisceau d'électrons dans un cône de balayage et du passage du produit à traiter dans le champ de rayonnement, perpendiculairement à la direction du balayage. Or, la caractérisation d'un traitement par irradiation est basée essentiellement sur la notion de dose, c'est-à-dire la quantité d'énergie absorbée par unité de masse du produit traité. A énergie constante, la dose recue par un produit est proportionnelle à I'intensité du faisceau et inversement proportionnelle à la longueur de balayage et à la vitesse de passage du produit dans le champ du faisceau. Si la vitesse de passage du produit sous le faisceau et I'intensité totale de ce dernier sont des paramètres aisément mesurables en continu, il n'en va pas de même , par contre, en ce qui concerne la longueur de balayage et, plus précisément, la forme géométrique et Ia répartition en intensité dudit faisceau. Les derniers paramètres sont actuellement déterminés au moyen de films présentant une coloration sous irradiation et disposés dans le champ du faisceau à analyser. Une analyse spectrophotométrique ultérieure de ces films permet de recueillir des informations relatives à la longueur et à la réparation en intensité du faisceau. Néanmoins, un tel procédé indirect d'analyse et de contrôle de ces paramètres du faisceau nécessite l'interruption du traitement des produits ainsi que de nombreuses manipulations pour sa mise en oeuvre. En outre, ce procédé permet de réaliser uniquement des analyses ponctuelles dans le temps et non pas en continu, et n'autorise aucune automatisation du contrôle des paramètres du faisceau analysé. La présente invention a pour but de pallier l'ensemble des inconvénients précités. A cet effet elle a pour objet un analyseur de faisceaux d'électrons issus notamment d'accélérateurs correspondants sous forme de faisceaux à balayage, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par un réseau de conducteurs pouvant être positionné dans le champ de balayage du faisceau à analyser, d'autre part, par un dispositif électronique de traitement des signaux électriques générés dans lesdits conducteurs dudit réseau sous l'action du faisceau d'électrons incident et, enfin, par un dispositif de visualisation de différentes caractéristiques dudit faisceau d'électrons, déterminées au moyen dudit dispositif électronique de traitement. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec références aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une station d'irradiation comportant l'analyseur conforme à l'invention, la figure 2 est un schéma synoptique de l'analyseur conforme à l'invention, la figure 3 est un schéma de construction représentant un mode de réalisation préférentiel du dispositif électronique faisant partie de l'analyseur représenté à la figure 2, et, la figure 4 est un diagramme représentant la répartition en intensité d'un faisceau d'électrons analysé. Conformément à l'invention, et comme le montrent les figures 1 et 2 des dessins annexés, l'analyseur de faisceau d'électrons est principalement constitué d'une part, par un réseau de conducteurs 2 pouvant être positionné dans le champ de balayage 3 du faisceau à analyser, d'autre part, par un dispositif électronique 4 de traitement des signaux électriques générés dans lesdits conducteurs 2 dudit réseau sous l'action du faisceau d'électrons incident et, enfin, par un dispositif de visualisation 5 de différentes caractéristiques dudit faisceau d'électrons, déterminées au moyen dudit dispositif électronique 4 de traitement. Au niveau de la station d'irradiation 6, le faisceau d'électrons généré dans un accélérateur 6' aboutit, après avoir traversé une cage de Faraday 7 et après avoir été, éventuellement, orienté au moyen d'un aimant 8, dans un cône de balayage 9, où il est dévié selon un mouvement de va-et-vient alternatif, dans une direction perpendiculaire à la direction de convoyage des produits à traiter (Fig. 1). Selon une première caractéristique de l'invention, le réseau de conducteurs 2 se présente sous la forme d'un arrangement plan de fils d'acier disposés parallèlement et à intervalles réguliers les uns des autres, dans une direction perpendiculaire à celle du balayage 3 du faisceau, c'est-à-dire dans la direction de convoyage des produits à traiter. Les fils d'acier 2 mis en oeuvre sont avantageusement de section carrée et du type inoxydable, et pourront soit être fixés à demeure au niveau de la station d'irradiation 6, soit faire partie d'un ensemble amovible, déployé au niveau de la station d'irradiation 6 uniquement au cours des phases de contrôle et de réglage du faisceau d'électrons. La résolution et la précision des mesures effectuées par l'analyseur 1 dépendront, bien entendu, du nombre, de l'espacement et de la taille de la section desdits conducteurs 2. En effet, chaque conducteur 2 constitue un canal ou une voie d'analyse, le faisceau d'électrons intercepté, pendant une durée déterminée, par un conducteur 2 au cours de son balayage, générant au niveau dudit conducteur 2 un courant de charge dont l'intensité et, notamment, la valeur maximale de cette dernière, est directement proportionnelle à l'intensité de la partie du faisceau d'électrons interceptée au niveau dudit conducteur 2. Comme le montrent les figures 2 et 3 des dessins annexés, le dispositif électronique 4 est essentiellement composé, d'une part, d'une pluralité de modules 10 d'extraction de l'amplitude maximale des signaux électriques générés dans les conducteurs 2, associés chacun à l'un desdits conducteurs 2, d'autre part, d'une unité i1 de multiplexage des valeurs déterminées par lesdits modules 10 commandée par un dispositif séquenceur 12 associé à des unités 13, 14, 15 de synchronisation et d'initialisation dudit dispositif électronique 4 et, enfin, d'au moins un circuit d'interface 16 avec le dispositif de visualisation 5. Ce dernier se présente avantageusement sous la forme d'un oscilloscope à deux voies (A et B), permettant de visualiser directement et en continu la répartition de l'intensité du faisceau d'électrons dans une direction perpendiculaire à celle des conducteurs 2. Néanmoins la visualisation pourra également être effectuée sur l'écran d'un dispositif informatique pilotant, éventuellement, l'ensemble de la station d'irradiation, ce par l'intermédiaire notamment de dispositifs d'interface adaptés. Conformément à une caractéristique de l'invention, représentée aux figures 2 et 3 des dessins annexés, chaque module 10 comprend un circuit convertisseur courant-tension 17 suivi d'un détecteur 18 de l'amplitude maximale du signal résultant, relié à une voie d'entrée de L'unité de multiplexage 11. Le circuit convertisseur courant-tension 17 pourra avantageusement être réalisé au moyen d'un amplificateur opérationnel du type connu sous la désignation IF 355 par la société National Semiconductor et le détecteur 18 se présenter sous la forme d'un détecteur de pic à mémoire du type connu sous la désignation PKD-01 par la société Monolithics INC (Figure 3). Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif séquenceur 12 est essentiellement constitué par un circuit de comptage 19, incrémenté au moyen d'un générateur d'impulsions 20 et adressant successivement les différentes voies d'entrée de l'unité de multiplexage 11, le cas échéant par l'intermédiaire d'un circuit décodeur 21, ce en fonction notamment du nombre de voies d'entrée de l'unité de multiplexage 12. Le circuit de comptage 19 pourra se présenter sous la forme d'un compteur synchrone du type connu sous la désignation 4520 par la société National Semiconductor, comportant, dans le cas d'une unité de multiplexage 12 constituée de plusieurs circuits multiplexeurs dont les sorties sont reliées entre elles, des lignes d'adressage de poids faible pour la sélection de la voie d'entrée dont la donnée est à transmettre au dispositif de visualisation 5 et des lignes lignes d'adressage de poids fort, éventuellement décodées au moyen d'un décodeur 21 par exemple du type connu sous la désignation 4515 par la société National Semiconductor, pour la sélection du circuit multiplexeur dont les données sont à visualiser. En ce qui concerne le générateur d'impulsioris 20, il pourra être réalisé, par exemple, autour d'un circuit d'horloge du type connu sous la désignation NE555 par la société Texas Instruments. Comme le montrent également les figures 2 et 3 des dessins annexés, les unités de synchronisation et d'initialisation consistent, notamment, d'une part, en un circuit 13 de remise à zéro du dispositif séquenceur 12, d'autre part, en un circuit 14 de détection de l'adressage de la dernière voie d'entrée du dispositif de multiplexage 11 et, enfin, en un circuit 15 de temporisation et de remise à zéro des modules 10 d'extraction de l'amplitude maximale et, le cas échéant, du circuit décodeur 21. Conformément à une caractéristique de l'invention, les deux voies A et B (fig. 2 et 3) de l'oscilloscope 5 sont reliés, respectivement, à la sortie du dispositif de multiplexage 11 et à une ou plusieurs lignes d'adressage de ce dernier, par l'intermédiaire d'un circuit générateur d'impulsions 22, le déclenchement dudit oscilloscope 5, au niveau de son entrée D, étant réalisé par l'adressage de la première voie d'entrée dudit dispositif de multiplexage 11 par le dispositif séquenceur 12. Ainsi la courbe visualisée (fig. 4) correspondra effectivement à la répartition en intensité du faisceau d'électrons balayé dans la direction du balayage 3 et il sera possible, connaissant les différents facteurs de proportionnalité, d'effectuer directement des mesures quantitatives de longueur de balayage L et d'intensité de rayonnements I sur l'écran dudit oscilloscope 5. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la remise à zéro des modules d'extraction 10 de l'amplitude maximale est effectuée à une fréquence plus faible que la fréquence de la modulation intrinsèque éventuelle du faisceau d'électrons à analyser. A cet effet le circuit 15 de temporisation et de remise à zéro se présente avantageusement sous la forme d'un montage électronique constitué d'une bascule monostable 23, du type connu sous la désignation 4538 par la société National Semiconductor associé à un compteur-décompteur 24, du type connu sous la désignation 4029 par la société Semiconductor et à un compteur binaire 25, du type connu sous la désignation 4020 par la société National Semiconductor. Grâce à l'invention il est donc possible de concevoir un analyseur de faisceau d'électrons permettant de visualiser directement et en continu la répartition géométrique en intensité de faisceau correspondant et de régler les paramètres dudit faisceau en conséquence. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éIéments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Analyseur de faisceaux d'électrons issus notamment d'accélérateurs correspondants sous forme de faisceaux à balayage, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par un réseau de conducteurs (2) pouvant être positionné dans le champ de balayage (3) du faisceau à analyser, d'autre part, par un dispositif électronique (4) de traitement des signaux électriques générés dans lesdits conducteurs (2) dudit réseau sous l'action du faisceau d'électrons incident et, enfin, par un dispositif de visualisation (5) de différentes caractéristiques dudit faisceau d'électrons, déterminées au moyen dudit dispositif électronique (4) de traitement. 2. Analyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réseau de conducteurs (2) se présente sous la forme d'un arrangement plan de fils d'acier disposés parallèlement et à intervalles réguliers les uns des autres, dans une direction perpendiculaire à celle du balayage du faisceau. 3. Analyseur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif électronique (4) est essentiellement composé, d'une part, d'une pluralité de modules (10) d'extraction de l'amplitude maximale des signaux électriques générés dans les conducteurs (2), associés chacun à l'un desdits conducteurs (2), d'autre part, d'une unité (11) de multiplexage des valeurs déterminées par lesdits modules (10), commandée par un dispositif séquenceur (12) associé à des unités (13, 14, 15) de synchronisation et d'initialisation dudit dispositif électronique (4) et, enfin, d'au moins un circuit d'interface (16) avec le dispositif de visualisation (5). 4. Analyseur selon la revendication 3, caractérisé en-ce que chaque module (10) comprend un circuit convertisseur couranttension (17) suivi d'un détecteur (18) de l'amplitude maximale du signal résultant, relié à une voie d'entrée de l'unité de multiplexage (11). 5. Analyseur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le dispositif séquenceur (12) est essentiellement constitué par un circuit de comptage (19), incrémenté au moyen d'un générateur d'impulsions (20) et adressant successivement les différentes voies d'entrée de l'unité de multiplexage (11), le cas échéant par l'intermédiaire d'un circuit décodeur (21). 6. Analyseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les unités de synchronisation et d'initialisation consistent, notamment, d'une part, en un circuit (13) de remise à zéro du dispositif séquenceur (12), d'autre part, en un circuit (14) de détection de l'adressage de la dernière voie d'entrée du dispositif de multiplexage (11) et, enfin, en un circuit (15) de temporisation et de remise à zéro des modules (10) d'extraction de l'amplitude maximale et, le cas échéant, du circuit décodeur (21). 7. Analyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation (5) se présente sous la forme d'un oscilloscope à deux voies (A et B). 8. Analyseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux voies (A et B) de l'oscilloscope (5) sont reliés, respectivement, à la sortie du dispositif de multiplexage (11) et à une ou plusieurs lignes d'adressage de ce dernier, par l'intermédiaire d'un circuit générateur d'impulsions (22), le déclenchement dudit oscilloscope (5) étant réalisé par l'adressage de la première voie d'entrée dudit dispositif de multiplexage (11) par le dispositif séquenceur (12). 9. Analyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation consiste en un écran de visualisation d'un dispositif informatique. 10. Analyseur selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la remise à zéro des modules d'extraction (10) de l'amplitude maximale est effectuée à une fréquence plus faible que la fréquence de la modulation intrinsèque éventuelle du faisceau d'électrons à analyser.