Brevet FR2797961A1 — publié le 20010302

Dispositif et procédé de mesure d'intensité lumineuse à l'aide photomultiplicateur comportant une source de calibrage. L'invention concerne la mesure d'intensité lumineuse à l'aide de photomultiplicateurs. Le gain d'un photomultiplicateur est soumis à des fluctuations à court terme, comme celles résultant de variations de température de ce photomultiplicateur, et à des fluctuations ou dérives à long terme, comme celles résultant de l'usure et de l'âge de ce photomultiplicateur. Ces fluctuations ou dérives du gain entachent d'erreurs les mesures délivrées directement par le photomultiplicateur. L'invention a pour but d'éviter cet inconvénient. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure de l'intensité lumineuse rayonnement comprenant un photomultiplicateur comportant une fenêtre principale d'entrée dudit rayonnement et une photocathode d'entrée disposée dans le champ de ladite fenêtre, caractérisé en ce qu'il comprend également source de calibrage adaptée pour émettre un rayonnement d'intensité constante orienté vers ladite photocathode. L'invention peut également présenter une plusieurs des caractéristiques suivantes : - ladite source de calibrage est une diode électroluminescente. - la longueur d'onde de l'intensité maximale d'émission de ladite diode appartient au domaine de longueurs d'onde de sensibilité maximale dudit photomultiplicateur. - le dispositif comprend un élément scintillateur disposé en travers de la fenêtre principale d'entrée et adapté pour convertir le rayonnement à mesurer en un rayonnement de longueur d'onde adaptée à sensibilité dudit photomultiplicateur, la source de calibrage émettant directement vers ladite photocathode sans traverser le scintillateur. Comme l'élément scintillateur n'est en général soumis à aucune fluctuation ou dérive, le rayonnement de calibration peut être appliqué directement au photomultiplicateur sans passer par le scintillateur. L'invention a également pour objet un dispositif de mesure d'interaction d'un rayonnement avec un matériau comprenant une source principale de rayonnement, dispositif de mesure de l'intensité lumineuse rayonnement ayant interagi avec ledit matériau selon l'invention, et moyens pour disposer ledit matériau sur le trajet du rayonnement entre ladite source principale et ledit dispositif de mesure. Ladite source principale de rayonnement peut être source de rayons X. De préférence, le dispositif selon l'invention comprend également : - des moyens pour éteindre la source de rayonnement ou obturer le rayonnement à mesurer, - des moyens pour activer ladite source de calibrage uniquement pendant les périodes d'extinction ou d'obturation dudit rayonnement, - et moyens pour rapporter la mesure effectuée par le photomultiplicateur soumis au rayonnement à mesurer pendant une période où ce rayonnement n'est ni éteint ni obturé à la mesure effectuee par le photomultiplicateur dans les mêmes conditions pendant une période où la source de calibrage est activee. Dans le d'une source de rayonnement X, de préférence, on utilise une source de rayonnement X pulsée pour assurer l'extinction périodique de ladite source ; de préférence, cette source pulsée comprend alors un tube d'émission de rayons X comportant un filament, une anode et une cathode, et des moyens pour appliquer une haute tension alternative entre ladite anode et ladite cathode. Une telle source de rayonnement X est robuste et économique. L'invention a également pour objet un procédé de mesure de l'intensité lumineuse rayonnement à l'aide du dispositif selon l'invention dans lequel on rapporte mesure du rayonnement à mesurer à celle du rayonnement de la source de calibrage ; plus précisément, ce procédé comprend étapes dans lesquelles, successivement : - la source de calibrage étant éteinte ou obturée, à l'aide du photomultiplicateur, on mesure l'intensité du rayonnement à mesurer, - puis, le rayonnement à mesurer étant éteint ou obturé, à l'aide du photomultiplicateur maintenu dans les mêmes conditions de réglage, on mesure l'intensité du rayonnement de la source de calibrage, et on déduit la valeur finale d'intensité du rayonnement en rapportant mesure du rayonnement à mesurer à celle du rayonnement de source de calibrage. L'invention a enfin pour objet l'utilisation du dispositif ou du procédé selon l'invention pour mesurer l'épaisseur d'un matériau interagissant par absorption avec ledit rayonnement à mesurer. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est un schéma simplifié d'un dispositif de mesure d'épaisseur de matériau comprenant le dispositif de mesure d'intensité lumineuse selon l'invention, - figure 2 est un diagramme des séquences successives de mesure procédé selon l'invention, - figures 3A et 3B sont des schémas électriques simplifiés de source rayonnement X respectivement pulsée et continue. Selon cette description non limitative, l'invention est mise en #uvre dans un dispositif pour mesurer l'épaisseur d'un matériau 3 ; la mesure d'épaisseur repose d'une manière classique sur celle de l'absorption d'un rayonnement par ce matériau. Le dispositif de mesure d'épaisseur comprend une source principale 1 rayonnement, un dispositif 2 de mesure de l'intensité lumineuse rayonnement ayant interagi par absorption avec le matériau 3 et des moyens non representés pour disposer le matériau 3 sur le trajet du rayonnement entre la source principale 1 et le dispositif de mesure 2. Le dispositif de mesure 2 comporte un photomultiplicateur 4. Le photomultiplicateur 4 comporte d'une manière classique une fenêtre principale d'entrée du rayonnement à mesurer et une photocathode d'entrée non représentée disposée dans le champ de ladite fenêtre, Selon l'invention, le dispositif de mesure 2 comprend une source de calibrage 5 adaptée pour émettre un rayonnement d'intensité lumineuse constante orienté vers la photocathode. D'une manière classique, ce dispositif 2 comporte également des moyens 6 de préamplification et de codage du signal délivré par le photomultiplicateur et des moyens 7 de décodage reliés à la fois aux moyens de préamplification et à la source de calibrage 5. Comme source principale 1, si le matériau 3 est opaque au rayonnement visible, on utilise une source de rayons X qui émet dans un domaine longueurs d'onde adapté à la mesure d'épaisseur de ce matériau ; comme photomultiplicateurs sont en général peu sensibles pour la détection rayonnement X, le photomultiplicateur 4 est doté d'un élément scintillateur disposé en travers de sa fenêtre principale d'entrée et adapté pour convertir rayonnement à mesurer en un rayonnement de longueur d'onde adaptée à la sensibilité du photomultiplicateur. On remarque que la source de calibrage est disposée de façon à émettre directement vers la photocathode du photomultiplicateur 4, sans traverser le scintillateur 8. En référence à la figure 3A, comme source principale 1, on utilise préférence une source de rayons X pulsée, qui comprend un tube d'émission de rayons X - ou tube X - comportant un filament, une anode et une cathode, et moyens pour appliquer une haute tension alternative entre ladite anode ladite cathode : la figure 3A représente le schéma d'une telle source pulsée, sans redresseur sur le circuit de haute tension, par opposition au schéma d'une source dite continue représentée en figure 3B, qui comporte un redresseur le circuit de haute tension. Le mode pulsé d'émission de cette source forme avantageusement des moyens pour éteindre périodiquement la source principale 1 de rayonnement. Comme source de calibrage 5, on utilise de préférence une diode électroluminescente. Le dispositif de mesure 2 comprend enfin des moyens pour activer source de calibrage 5 uniquement pendant les périodes d'extinction de source de rayonnement 1 et les moyens de décodage 7 sont adaptés pour rapporter la mesure effectuée par le photomultiplicateur 4 soumis rayonnement a mesurer pendant une pulsation d'émission de la source principale 1 à la mesure effectuée par le photomultiplicateur 4 dans mêmes conditions pendant une période d'émission de la source de calibrage On va maintenant décrire le procédé pour mettre en #uvre l'invention. En référence à la figure 2, se succèdent alternativement les deux séquences de mesure d'intensité lumineuse suivantes : - pendant l'alternance positive (+) d'alimentation du tube X correspondant à l'émission de la source 1 (phase B sur le diagramme de figure 2), la source de calibrage 5 n'émet pas et est éteinte, et, à l'aide du photomultiplicateur, on mesure l'intensité du rayonnement provenant de cette source 1 au travers du matériau 3, - puis, pendant l'alternance négative (-) d'alimentation du tube X , qui correspond à l'alternance inverse de polarisation anode-cathode où la source 1 n'émet pas et est ainsi éteinte (phase C sur le diagramme de la figure 2), la source de calibrage 5 émet (mode allumee ) et, à l'aide du photomultiplicateur maintenu dans les mêmes conditions de réglage, on mesure l'intensité du rayonnement de la source de calibrage 5. Les moyens de décodage 7 sont adaptés pour séparer les signaux délivrés par photomultiplicateur pendant les phases B (mesure à proprement parler) et signaux délivrés par le photomultiplicateur pendant phases C (calibrage). On déduit les valeurs finales d'intensité du rayonnement en rapportant les mesures de rayonnement effectuées pendant les phases B à celles effectuées pendant les phases C. Avantageusement, les valeurs obtenues sont alors indépendantes des fluctuations ou des dérives du photomultiplicateur. De préférence, on stabilise la température de la diode électroluminescente dans un domaine de température où son émissivité est la plus stable et la plus indépendante de la température. On déduit ensuite d'une manière connue en elle-même l'epaisseur du matériau 3 des valeurs d'intensité de rayonnement obtenues. Le dispositif de mesure de rayonnement selon l'invention peut être utilisé pour des applications très diverses qui débordent largement le domaine de la mesure d'épaisseur de matériau ou le domaine de longueur d'onde des rayons X. A la mise en route d'une jauge à rayons X ou sur dysfonctionnement, le dispositif de mesure d'intensité de rayonnement selon l'invention permet de connaître l'influence de signaux parasites sur la mesure délivrée par le photomultiplicateur. En stoppant la source d'émission X comme décrit ci-dessus et en activant la source de calibrage seule, il est alors très facile de mettre en évidence ces signaux parasites et d'effectuer les modifications pour désensibiliser, le cas échéant, l'installation (modification des régimes de zéro, blindages et masses par exemple ). Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent ainsi de contrôler la section réception indépendamment de la section émission d'une installation. Par ailleurs, de nombreux équipements utilisent des détecteurs de type photomultiplicateurs dotés de scintillateurs, en particulier les jauges classiques à rayons X ; en référence aux figures 3A et 3B, l'invention permet, sans interrompre la mesure d'intensité lumineuse, de tirer spécialement parti des jauges à émission pulsée qui restent de loin les plus fiables du fait de la rusticité de leur source à rayons X qui n'est composée (fig. 3A) que d'un transformateur de chauffage filament, un transformateur haute tension d'alimentation directe du tube entre anode et cathode et du tube X lui même. Une source continue comprenant un redressement et filtrage éventuel par condensateur (fig. 3B) n'aurait pas permis de mettre en #uvre aussi simplement et économiquement l'invention et le dispositif obtenu aurait été moins fiable. REVENDICATIONS 1.- Dispositif (2) de mesure de l'intensité lumineuse rayonnement comprenant un photomultiplicateur (4) comportant une fenetre principale d'entrée dudit rayonnement et une photocathode d'entrée disposée dans le champ ladite fenêtre, caractérisé en ce qu'il comprend également une source calibrage (5) adaptée pour émettre un rayonnement d'intensité constante orienté vers ladite photocathode. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce ladite source de calibrage est une diode électroluminescente. 3.- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en que la longueur d'onde de l'intensité maximale d'émission de ladite diode appartient au domaine de longueurs d'onde de sensibilité maximale dudit photomultiplicateur. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise en ce qu'il comprend un élément scintillateur (8) disposé en travers de la fenetre principale d'entrée et adapté pour convertir rayonnement à mesurer en un rayonnement de longueur d'onde adaptée à sensibilité dudit photomultiplicateur, la source de calibrage émettant directement vers ladite photocathode sans traverser l'élément scintillateur (8). 5.- Dispositif de mesure d'interaction d'un rayonnement avec un matériau (3) comprenant une source principale de rayonnement (1), un dispositif (2) de mesure de l'intensité lumineuse du rayonnement ayant interagi avec ledit matériau (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, et des moyens pour disposer ledit matériau (3) sur le trajet du rayonnement entre ladite source principale (1) et ledit dispositif de mesure (2). 6.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite source principale de rayonnement est une source de rayons X. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens pour éteindre la source de rayonnement (1) ou obturer le rayonnement à mesurer, - des moyens pour activer ladite source de calibrage (5) uniquement pendant les périodes d'extinction ou d'obturation dudit rayonnement, et des moyens pour rapporter la mesure effectuée par le photomultiplicateur (4) soumis au rayonnement à mesurer pendant une période où ce rayonnement n'est ni éteint ni obturé à la mesure effectuée par le photomultiplicateur (4) dans les mêmes conditions pendant une période où la source de calibrage (5) est activée. - Dispositif selon la revendication 7 dépendant de la revendication 6, caractérisé en ce que ladite source de rayons X est pulsée pour assurer l'extinction périodique de ladite source (1). 9.- Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que ladite source pulsée comprend un tube d'émission de rayons X comportant filament, une anode et une cathode, et des moyens pour appliquer haute tension alternative entre ladite anode et ladite cathode. 10.- Procédé de mesure de l'intensité lumineuse d'un rayonnement à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel on rapporte la mesure du rayonnement à mesurer à celle du rayonnement de la source de calibrage (5). 11.- Procédé de mesure de l'intensité lumineuse d'un rayonnement à l'aide du dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes dans lesquelles, successivement - la source de calibrage (5) étant éteinte ou obturée, à l'aide du photomultiplicateur (4), on mesure l'intensité du rayonnement à mesurer, puis, le rayonnement à mesurer étant éteint ou obturé, à l'aide photomultiplicateur (4) maintenu dans les mêmes conditions reglage, on mesure l'intensité du rayonnement de la source calibrage (5), on déduit la valeur finale d'intensité du rayonnement en rapportant mesure du rayonnement à mesurer à celle du rayonnement de source de calibrage. 12.- Utilisation du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ou du procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 11 pour mesurer l'épaisseur d'un matériau (3) interagissant par absorption avec ledit rayonnement à mesurer.