Brevet FR2685768A1 — publié le 19930702

Circuit détecteur avec amplificateur La présente invention concerne un circuit détecteur comportant des étages d'amplification et de filtrage, montés en aval d'un diviseur de tension sensible au rayonnement, pour un signal utile à délivrer. On connaît un circuit détecteur de ce type par la DE 24 56 162 Al, sous la forme d'un filtre passe- bande qui est actionné par un préamplificateur constitué d'un élément de détecteur optoêlectronique, lequel est monté, sous la forme d'une sonde optoélectronique, dans un diviseur de tension sensible au rayonnement. Selon la EP O 315 855 Ai, la prise centrale du diviseur de tension sensible au rayonnement commande un préamplificateur différentiel, afin de pouvoir réduire, en présence de plusieurs 61 ééments de détecteur, le nombre de passages à travers le bottier, par regroupement unipolaire à l'intérieur du boîtier Dans ce cas, les 61 éments du détecteur sont des sondes réagissant à un rayonnement thermique. Le circuit détecteur du type précité doit délivrer un signal utile en vue d'un traitement ultérieur dans un circuit d'exploitation, qui peut être par exemple un circuit de déclenchement d'allumage selon le brevet allemand 34 10 942 ou encore le brevet allemand 32 10 207. Le fonctionnement du diviseur de tension sensible au rayonnement repose sur le fait que le niveau du signal continu, existant à la prise centrale, oscille en fonction du rayonnement émis par l'élément du détecteur, et diminue en général par suite d'une grande conductibilité en cas de rayonnement plus intensif Cette chute du niveau, fonction du rayonnement, est désignée ici comme signal du détecteur, à partir duquel le signal du détecteur à délivrer est obtenu au moyen du circuit du détecteur. Le circuit détecteur de type connu a pour inconvénient en particulier que, dans l'étage de filtrage avec comportement passe-haut (pour séparer le niveau de signal continu du signal utile), il se produit notamment des inversions de charge capacitive gênantes, car de longue durée, dans les cas o une fréquence limite passe-haut, aussi faible que possible est recherchée, pour des raisons de détection de cibles, par exemple dans un capteur de détonateur chercheur Si donc, par exemple, il se produit une forte excitation momentanée de l'élément du détecteur due au rayonnement détecté (lumière éclair dans le cas d'un élément de détecteur optoélectronique ou embrasement dans le cas d'un élément de détecteur thermique), il en résulte, dans la capacité longitudinale du filtre passe-haut, le déplacement d'une très grande quantité de charge Il faut à nouveau réduire celle-ci, si l'excitation extrême de rayonnement provient de l'excitation d'une source normale de signaux Mais la constante de temps d'inversion de charge fait que l'état de charge de la capacité longitudinale de cette nouvelle excitation, ne peut suivre qu'avec une temporisation Si un amplificateur de signaux est monté en aval du passe- haut, cet amplificateur est surchargé par ce grand courant de déplacement et est maintenu dans cet état, jusqu'à ce que les inversions de charge soient à nouveau suffisamment atténuées, selon la constante de temps donnée L'amplificateur de signaux ne retourne donc dans son domaine de travail linéaire, en vue de délivrer un signal utile exploitable, que lorsque l'excitation extrême du détecteur s'est atténuée depuis longtemps, avec pour conséquence que les données ambiantes ne peuvent être traitées pendant un certain intervalle de temps, juste après l'excitation extrême. Ce problème se pose dans la pratique de façon d'autant plus grave que le niveau élevé du signal continu, d O à l'égalisation, existant à la prise centrale du diviseur de tension sensible au rayonnement, n'autorise aucune préamplification élevée en amont du passe-haut, alors que d'autre part il faut rechercher une préamplification, afin d'améliorer le rapport signal-bruit dans le signal utile. Sur la base de ces données, l'invention se propose de perfectionner un circuit détecteur du type précité, comportant un nombre aussi réduit que possible de composants, de manière à raccourcir autant que possible un temps de rétablissement, d O au passe-haut, après une excitation extrême de l'élément du détecteur; l'invention a encore pour but de proposer des variantes permettant d'obtenir un signal utile tout particulièrement non perturbé. Ce but est atteint suivant l'invention en ce qu'il est prévu, par l'intermédiaire d'un passe-haut capacitif, è faible fréquence limite, une contre- réaction pour limiter la dynamique du signal du détecteur, superposé au niveau du signal continu du diviseur de tension. Suivant cette solution, une limitation de la dynamique du signal du détecteur intervient déjà en amont du passe-haut, ce qui fait que des variations extrêmes du signal du détecteur qui, d'une part, sont dues à des états irréguliers et qui, d'autre part, ne peuvent de toute façon être exploitées comme un signal utile à cause d'une surcharge de l'amplificateur, sont limitées en amplitude dès avant la barrière de courant continu, sous la forme du condensateur longitudinal passe- haut et de ce fait} ne peuvent entraîner d'inversions de charge extrêmes, critiques dans le temps, dans ce condensateur de couplage. La limitation du niveau s'effectue avantageusement en ce qu'à partir de la sortie du circuit du détecteur, derrière le passe-haut, on s'oppose, par une contre-réaction sur la prise centrale, en amont du passe-haut, à la variation de niveau qui se produit dans l'instant, à cet endroit, dès que le signal utile à délivrer dépasse un seuil défini à la sortie Etant donné qu'en raison de l'amplification totale élevée, en cas d'insertion d'un amplificateur de signaux à haute amplification pour le signal du détecteur, libéré du niveau continu, derrière le passe-haut, il ne se produit qu'un très petit courant de contre-réaction, qui ne suffit pas pour un fonctionnement direct, reproductible, d'une diode Zener servant de référence de tension de seuil, la diode Zener agit avantageusement séparément au point de travail et, avec la tension de seuil qui en est prélevee, elle applique la contre réaction à l'entrée d'un préamplificateur, par l'intermédiaire d'une diode de découplage. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit Un mode de réalisation préféré de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif sur le dessin. La figure unique représente de manière schématique un circuit détecteur à un canal, protégé contre une surcharge. Le circuit détecteur 11 constitue pour l'essentiel un montage en série, comportant un diviseur de tension 12, côté entrée, sensible au rayonnement, un préamplificateur 13, un passe-haut 14 et un amplificateur de signaux 15, en vue de commander un circuit d'exploitation 16 avec le signal utile 17 Le diviseur de tension 12 sensible au rayonnement est essentiellement constitué du montage en série d'un élément de détecteur 18 et d'une résistance réglable 19 Cette dernière sert au réglage continu, lorsque le circuit d'exploitation 16 est commandé sur plusieurs canaux, si donc plusieurs de ces circuits de détecteur 11, 11 ' sont commandés en parallèle, comme représenté sur le dessin par le complément en pointillés (voir aussi brevet allemand 34 10 942). Suivant la caractéristique de travail de l'élément de détecteur 18, 18 ', * concrètement utilisé, la prise centrale 20 du diviseur de tension 12 sensible au rayonnement fournit un niveau de signal continu de repos 21, 21 ' * de l'ordre caractéristique de 10 m V à 300 m V, dans le cas o l'élément de détecteur 18, 18 ' n'est pas soumis à un rayonnement Ce niveau de signal continu 21 diminue si, par suite du rayonnement 22, la résistance de l'élément de détecteur 18, 18 ' s'abaisse Cette variation qui doit être convertie dans le signal utile 17, est en revanche de l'ordre de 1 m V environ seulement. Pour obtenir un bon rapport signal utile/signal de perturbation, le préamplificateur 13 est monté aussi près que possible derrière l'élément du détecteur 18 et donc sur la prise centrale 20 du diviseur de tension. Il s'agit ici d'un amplificateur opérationnel non inverseur avec un montage proportionnel 23 purement ohmique pour un facteur d'amplification relativement très faible, de l'ordre de 10 seulement, afin qu'il ne se produise pas de surcharge, malgré le haut niveau de signal continu 21 à l'entrée. L'amplification utile proprement dite ne s'effectue que dans l'amplificateur de signaux 15 inverseur, après que le signal de détecteur 24, oscillant en fonction du rayonnement, a été séparé du niveau de signal continu 21, au moyen du passe-haut 14, servant de barrière de courant continu Le passe-haut 14 peut être conçu comme un simple montage en série du condensateur 25 et de la résistance 26 Le produit de leurs dimensions détermine la constante de temps d'inversion de charge du condensateur 25 et donc la atu o ue a Ue LJ^A 5 aoiquaip LEU 6 LSa L enbsuo L Gn ULW Lp UO Lsseiddns ap sdwa@ ap a LL^e Aaeut qa 3 "ST Jlln 4 e Dto;L Ldwea L ap e 6 ieq Djns S E ap ae WLL e L Op snossap-ne en 4 Lsas Lnb nee ALU un e nbsnó aenuaqe qses a 6 Jeq Z ep UOLSJ@AUL,l Is anb eaenugae nea Anou e e Cep g UO Lqeq LO Xe L nea Anou P e JA Lns 4 nad au LT e Llqn Leu 6 Ls e L anb a@ nsai u L LL I 51 xneu 6 Ls ap Jneq EOLC Ltdwe L ap uowe ua e SZ ineqesuepuoo O H e L suep 'uo Ls Lnd Lu Lp sequ Lod seJoó ap que 4 Jed 4 a 6 jeqo ap SUOLSJA^UL sap au&eu L Da U zz " uewauuo Aeu np 4 eóóe; L snos 'lueamnbsn Jq kssne 4 no 4 ne A^nou e ass Leq uo Lqeq Loxa eoó et L enbsio L 'Z Jna@loqp P np Leu 6 Ls np aeoó qe ap Ldej Lssne 4 noq aaeuow aun aq Lnsua q Ua LA sz Àex Ló uo L 4 esuadwoo e L ap IZ n U Lq UOD Le U 6 LS np ne^ALU np aque;uodw L issne qnoq a 8 nq 3 aun jed q Lnpe; as Z inaqoeqpp np Le U 6 LS a L 'e S Ueq UL Iu@a Wa Jxa aea L Uew ap 9 a 4 Dxe 'sa 8 Jnae oegp ap 4 uea GL 9 un 'e S Uae UL Sal; quemauequemom ZZ z u@meuuo 4 ei unp aqlns jed LS oz 1 atl Ln LEU 6,Ls qjo; un e Aae g T uot 4 eqo Lodxgip -4 N 3 j Lo @L jaquaw LL Le Ào Atod ap u Lje se OOZ ap 9 up-Jo L ap a Lq Lssod anb apuei 6 Lssne UOL 4 e O Lc L Ldue aun Jnod n 5 uoo 4 se Lnb qa N a DL^Ais ap uo Lsuae el q Lo 6 e J Lnb 'dd 4 uem@I Jodlo D o Da O Ae axelduoo LZ a 6 equow un aeuesaid SI 1 xneu 6 Ls ap Anale-,LCL Ldwe L T n e-assed np awjo e L snos 'axa Ldwoo e Lua S aoues Lsg el ap asneo V @aueqs Lse J el ap ina Le A e L anb sdieu 9 watii ua Leusw 6 ne '5 L ae Lqn Leu 6 Ls el queqjnqlad 'enb Lweu Ap l Lngq ap eouess Lnd O O E e J 9 EZ a L S aoue's 4 sg LJ eq Lked aun ea Ae easseq Lssne 4 k Lw L L aouanbgai aun inod sdwal ap aqueqsuoo e L i Luaqqop u Lje a^e Aa L 9 sae J queA Lqe Lai a-4 Ledeo aun ov Ae SZ inaqesuepuoo np quemauuo Lsuew Lp a L auuo Lq Lpuoo loe 3 'z H 01 ap eapiot ap a Ldwaxa jed aleq Lssod anb @Lq Lke Lssne a@Lw LL aeu@nbijó eun J@qoaeqoe J qneó LI '@d az ap 11 Jnez 3 oeçgp z 4 nw JL 3 unp anb L 4 eid uo Q Lqo LIlEes Et Jnod *ao uneq-bssed o enp 96 eóLkn ap uo L:3 EL suep 9;lwut L a Duenbei 4 no ajna-pp Au L a:Duanbaij 99 ZS 59 Z d'impulsions, augmente moins, parce qu'alors le parcours tension-temps de la courbe d'inversion est redescendu plus rapidement à nouveau au-dessous du niveau qui correspond à la limite de surcharge de l'amplificateur de signaux 15 suivant Pour une sensibilité de réponse rapide du signal utile 17 à l'intensité variable du rayonnement 22 du détecteur, il se produit donc une limitation du signal du détecteur 24 dès avant le passe-haut 14, par la voie d'une contre-réaction 28 qui est prélevée à la sortie de l'amplificateur de signaux 15, par un transmetteur de tension de seuil 29 Celui-ci est constitué pour l'essentiel d'une diode Zener 30 Etant donné que par la contre-réaction 28, et à cause de la forte amplification de l'amplificateur de signaux 15, il ne s'écoule toutefois qu'un très petit courant, de l'ordre de quelques MA, la diode Zener 30 ne peut être montée directement dans la contre-réaction 28, pour donner la valeur de seuil, car pour des courants aussi petits on ne dispose pas de diodes Zener réagissant de manière définie C'est pourquoi la diode Zener 30 fonctionne ici, de manière fixe au point de travail, avec un signal utile 17 convenablement augmenté, à savoir par l'intermédiaire d'une résistance série 31. A partir de la tension de seuil 33 ainsi obtenue, c'est-à-dire lorsque le signal utile augmente jusqu'à atteindre presque la limite de linéarité, par une diode de découplage 34, on agit en contre réaction à l'entrée du préamplificateur 13 Si donc l'élément du détecteur 18 est excité par le rayonnement 22 détecté, si fortement que la tension d'entrée au préamplificateur 13 s'abaisse au-dessous de la tension de seuil 33, la diode de découplage 34 laisse passer le courant et de ce fait la commande (diffêrentiellement négative) du préamplificateur 13 est limitée dans sa montée à la tension de seuil 33 Ceci conduit à une limitation correspondante dans la dynamique de commande du condensateur 25, derrière le préamplificateur 13 et donc à la limitation de la surface courant-temps pour l'inversion de charge du condensateur 25, dans le cas d'une remontée de la tension d'entrée dans le préamplificateur 13 L'amplificateur de signaux 15 à haute amplification repasse donc rapidement d'une surcharge passagère au fonctionnement linéaire, et le signal utile 17 suit à nouveau aussitôt le rayonnement 22 diminuant, après seulement un intervalle de temps de suppression tout aussi court. Pour une tension de seuil 33 qui se situe juste au-dessous de la limite de linéarité de l'amplificateur de signaux 15, il est avantageux d'avoir un fonctionnement de la diode Zener 30 à partir d'une alimentation 32 externe avec pré-tension négative -u, car ainsi la tension de seuil 33 est plus constante que dans le cas d'une connexion de la résistance série 31 à la masse; en effet la variation du courant dans ce transmetteur de valeur de seuil 29 est relativement plus faible dans le cas d'une différence de potentiel entre la sortie de l'amplificateur de signaux 15 et une pré-tension négative -u, comparée à la masse D'une part donc la tension de seuil 33 est maintenue plus constante en raison de la variation de courant plus faible dans ce montage en série et d'autre part, la composante de courant alternatif à travers ce transmetteur de tension de seuil 29 pourrait provoquer des effets de parasites de saturation plus importants, dans l'éventualité d'un branchement à la masse, dans le cas o ce circuit détecteur 11 serait réalisé sous la forme d'un circuit hybride compact. unp a L Js ua a 6 equo Um a L a Jodmoo (NT) qneq-gssed e L @nb @o uae s L Le Je Jqe 2 'E e I SUOL 4 e Lpuae Ae sap qe enbuoo 3 Lanb eun,lL uo Les unleoap 4 lnot 3 'S OI-) tio Lqe S Lie Lod ap uot S Uaq a-41 qad eun Ans s Lew l( 51 CT) Le U 6 LS ap Ine 4 EDLOLC Ldme L ap 9 Lq JOS e L @p JL 4 Jed e 'assemu e L e 94 Due Jq sed 4 sau ( 6 z) Linas ap uo Lsuet @p Jnet msue J e L enb eo Ue as L Jgoe Jeo l S O O UOL 4 e Lpue Ae 2 e L uo Les Jneqoel@p -LnoLD *N (PT) neuq-essed np ae Jue U L q@ quemeuuo AeÀ ne e Lqsues (ZI) uo Lsue I ep Jnas LA Lp np ( O) e Le-4 ueo ?s Lid e L aua qnqks qu Lod un e '(S) e 6 e Ldnoogp ap @po Lp aun DS Ae P z ( 8 Z) uooeg J-e Jluoo e L Jed 4 e@Ao A Ue 4 Sa (Eú) L Lnes ap UOLS Uae e L luop Jeuez ap O Lp ';Le^e J 4 ap l U Lod ne (j S) @L Je S 9 D Ue USL Sa J @un ied eauuo L:De ' (Oú) Jeuez apo Lp aun e UOL Ic DL Jk Ldute aq Joó q (ST) Le U 6 LS ap jnea 4 e:L Dt L Ldwe un P Le Ae ua a 9 uo O sa LL (PT) 4 neq-essed el eai L Ja@p oz enb ao u@a as Liqoeieo GZ no 1 suo L'eo E Lpuea^J sap anbuo D Lanb aun L uo Les Jnao Da ep q Lnoa LD ' oaa A Liap qsa ( 8 Z) uo Lqea J -a uoo e L Lanbe L a a Ldeap 'UO L eq Lv DL Ldme al oó oe Ae nas Jae Au L (qj) Leu Ls @ p Jnaqeo L Ck L Ldwe un '(pl) 4 neq ST - essed np Lehe ua @ 9 uo O qs@ L Lnb a@ ua 9 as Lj O Dee O el UOLD}e:Lp Ueae J e L uo Les Jn@ 4 Da-9 p -Ln Dj} 3 'Z UOLS Ue 4 ap Jna SL^Lp np (IZ) nu Luoo Leu 6 Ls np nea Lu ne asod Judns 'Jinaoeq:a Xp np (P}) Leu 6 Ls np enb Lmeuip e L e L p L Jnod ( 8 E) uo z oeai O -ajquoD @U 11 eaqk LUL a Duenbeij a Lq Lej eq 5;Lqk}edeo (Pl) ineq-essed unp ai Le Lppmjequ LL jed 'n^Aajd sa LL nb 8 o ue asp Lagoejaec J e JAL Lpp q (ZT) e Lkn Leu 6 Ls un Jnod luma@uuohe J ne a Lq Lsues (EI) uo}suat @p jnas AL p un p LE Ae ua sa;uom 'e 6 l LLó 3 p qe uo L eo L Ldule P S 6 e B 9 G- sap queqjodmoo ($) inaqoeqgp qlnoj L 3 -T SNOIIV 3 d IN 3 h A 3 99/9 9 Z condensateur ( 25) aussi grand que possible et d'une résistance ( 26) aussi petite que possible. 6 Circuit détecteur selon l'une quelconque des revendications i à 5, caractérisé en ce qu'en aval du diviseur de tension ( 12), sensible au rayonnement, il est monté, avant le passe-haut ( 14), un préamplificateur ( 13) non inverseur, à amplification relativement faible. 7 Circuit détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'en aval du passe-haut ( 14) il est monté un amplificateur de signal ( 15) inverseur, à forte amplification, avec montage PD ( 27) capacitif.