FR2549232A1 - Perfectionnements aux dispositifs pour lire les quantites de charges electriques portees par un dielectrique - Google Patents

Abstract

IL S'AGIT D'UN DISPOSITIF POUR LIRE LES QUANTITES DE CHARGES ELECTRIQUES PORTEES PAR UNE FEUILLE DIELECTRIQUE 1 A L'AIDE D'UNE SONDE 2 BALAYANT LA SURFACE CHARGEE DE CETTE FEUILLE ET RELIEE A DES MOYENS ELECTRONIQUES PROPRES A MESURER LES QUANTITES DE CHARGES INDUITES SUR LADITE SONDE. CES MOYENS ELECTRONIQUES COMPRENNENT UN AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL DE TRANSIMPEDANCE 4 ET UN INTEGRATEUR ANALOGIQUE 5 REMIS A ZERO PERIODIQUEMENT PAR DES MOYENS APPROPRIES 6, 9.

Description

Perfectionnements aux dispositifs pour lire les quantités

de charges électriques portées par un diélectrique.

L'invention est relative aux dispositifs pour lire les quantités de charges électriques portées par une feuille diélectrique, ce terme de "feuille" désignant aussi bien

dans ce qui suit une feuille proprement dite qu'un support 5 analogue tel qu'une plaque, un tambour ou une couche de revêtement d'une surface plane ou cylindrique.

Ces dispositifs permettent de "lire" les informations

ou images enregistrées électriquement sur de telles feuilles.

Par l'expression "lecture" on entend dans le présent 10 exposé aussi bien une lecture proprement dite se traduisant par l'affichage d'une indication sur un appareil approprié, avec ou sans enregistrement, que la détermination d'une grandeur immédiatement exploitée, sans affichage spécial,

notamment à des fins d'enregistrement, de correction automa15 tique, d'alarme ou autres.

L'invention vise plus particulièrement, parmi les dispositifs de lecture du genre en question, ceux qui comportent une première électrode disposée en regard de la face, de la feuille, porteuse des charges à lire, électrode appe20 lée "sonde" dans la suite, une seconde électrode disposée contre la face, de la feuille, opposée à la sonde, des moyens pour faire défiler la feuille en regard de la sonde ou inversement, et des moyens électroniques pour mesurer à chaque

instant les quantités des charges images induites sur la 25 sonde par les quantités de charges à lire.

Elle vise plus particulièrement encore les moyens électroniques,de mesure des charges images,compris par les dispositifs de lecture considérés _Dans les modes de réalisation connus, ces moyens

électroniques étaient conçus de façon à effectuer des mesu5 res sur les potentiels des charges images considérées.

Ces moyens électroniques présentaient certains inconvénients.

En particulier ils exigeaient des impédances d'entrée très élevées, ce qui rendait ces dispositifs: peu stables dans le temps vu les dégradations progressives inévitables des composants d'impédance élevée par suite de l'humidité et des autres sources de pollution, lesquelles sont génératrices de chemins de fuites, sensibles aux parasites électromagnétiques, les fortes 15 impédances jouant un rôle d'antenne à leur égard, et surtout relativement peu précis du fait de la faible

valeur du rapport signal/bruit.

L'invention a pour but, surtout, de remédier à ces inconvénients. A cet effet, dans les dispositifs de lecture du genre considéré conformes à l'invention, les moyens électroniques de mesure des quantités de charges images sont prévus de façon à mesurer les courants électriques I produits sur

la sonde lors de l'induction de ces charges images.

A cet effet ces moyens électroniques comprennent: un amplificateur d'entrée prévu et monté de façon telle que, d'une part, il transforme les courants I appliqués sur l'une de ses entrées en tensions de sortie amplifiées V 1 =K Io, formule dans laquelle K désigne un coefficient ayant les dimensions d'une impédance, et que, d'autre part, son potentiel d'entrée, qui est celui de la sonde, demeure en permanence le plus voisin possible du potentiel de référence, généralement nul, auquel est portée la seconde électrode ci-dessus, et un intégrateur analogique de la tension V 1 associé à des moyens de remise à zéro chronique commandés à des instants o la sonde est disposée en regard d'une zone, de la

feuille, portée au potentiel de référence.

Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: l'amplificateur d'entrée est un amplificateur opération5 nel de transimpédance, le déplacement relatif entre la sonde et la feuille à lire est effectué selon un balayage de lignes et la remise à zéro chronique de l'intégrateur est effectuée automatiquement au moins une fois lors du balayage de chaque ligne, no10 tamment au début de ce balayage, la sonde passant alors en regard d'un trait porté par la feuille et soumis au

potentiel de référence.

L'invention comprend, mises à part ces dispositions

principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent 15 de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ciaprès.

Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ciannexé d'une manière bien entendu non limitative.

La figure 1, de ce dessin, est un bloc diagramme

d'un dispositif de lecture établi selon l'invention.

La figure 2 est le schéma électronique plus détaillé

d'un tel dispositif.

Les charges électriques dont on désire lire les quan25 tités q sont portées par une feuille diélectrique 1.

D'une façon connue en soi, cette feuille 1 peut se présenter sous la forme d'une feuille proprement dite ou sous celle de tout autre support (bande, disque, tambour) s'étendant essentiellement sur deux dimensions et dont la troi30 sième dimension correspond à une épaisseur relativement faible Cette épaisseur est généralement comprise entre 10 et

microns.

Le diélectrique constitutif de la feuille est avantageusement constitué par un matériau isolant, notamment d'un type plastique (polypropylène, polytétrafluoroéthylène, polyamide) ou minéral (verre), ou encore par un

matériau photoconducteur (sulfure de cadmium, sélénium, polyvinylcarbazol) .

Les charges électriques en question ont été représentées par des signes + sur la figure 1 à titre purement illus5 tratif car il pourrait s'agir aussi bien de charges négatives

que de charges positives.

Elles sont portées par l'une des deux faces de la feuille considérée en ce sens qu'elles sont localisées sur

ladite face au voisinage de celle-ci, c'est-à-dire à une 10 faible profondeur dans la feuille.

En regard de cette face électriquement chargée de la feuille est placée l'extrémité libre d'une électrode de mesure 2 qui sera appelée "sonde" dans la suite, extrémité se présentant généralement sous la forme d'un embout cylin15 drique de révolution de petit diamètre (par exemple compris

entre 0,1 et 5 mm).

Une seconde électrode 3 est appliquée contre la face, de la feuille 1, la plus éloignée de la sonde 2:

cette seconde électrode est avantageusement constituée par 20 une couche métallique mince rapportée contre ladite feuille.

Les deux électrodes 2 et 3 constituent les deux armatures d'un condensateur encadrant le diélectrique chargé 1

à étudier.

Des moyens symbolisés par la flèche F sont prévus 25 pour faire défiler la feuille 1 devant la sonde 2.

Lorsque les charges électriques se présentent en regard de cette sonde, elles induisent sur le bout de cette

dernière des charges images de signe contraire.

La mesure des quantités de charges q portées par la 30 feuille 1 en regard de la sonde 2 revient donc à la mesure

des quantités de charges images q' induites sur cette sonde.

C'est plus précisément cette dernière mesure qui est

concernée par la présente invention.

Pour pouvoir effectuer ladite mesure d'une façon sen35 sible, précise et fiable, selon l'invention, on base cette mesure non pas sur les potentiels des charges images, mais sur les courants électriques Io engendrés par ces charges images lors de leur création ou, ce qui revient au même, par les variations des quantités de charges q portées par

la feuille 1 et défilant en regard de la sonde 2.

A cet effet l'on a recours à l'ensemble des deux éta5 ges suivants: un amplificateur d'entrée 4 dont l'une des entrées A est reliée à la sonde 2, amplificateur agencé de façon à élaborer sur sa sortie B une tension amplifiée V 1 proportionnelle au courant I circulant sur ladite entrée A, o un intégrateur analogique 5 dont l'entrée C est alimentée par la sortie de l'amplificateur 4, agencé de façon à élaborer sur sa sortie D une tension V 2 proportionnelle à l'intégrale dans le temps de la tension VI, cet intégrateur étant associé à un dispositif 6 permettant de le remettre 15 à zéro chroniquement en vue de supprimer les erreurs de dérive. Un blindage 7 entourant la sonde 2 et l'entrée A cidessus est porté au même potentiel de référence que la seconde électrode 3: ce potentiel est généralement choisi nul, 20 l'électrode 3 et le blindage 7 étant alors mis à la-masse,

comme illustré.

Indépendamment du fait que sa fonction de transfert est une conversion de courant électrique en tension électrique, l'amplificateur d'entrée 4 présente les caractéristi25 ques suivantes: son potentiel d'entrée, qui est celui de la sonde 2, demeure aussi constant que possible et aussi voisin que possible du potentiel de référence, sa capacité d'entrée est faible et pratiquement limi30 tée à la capacité parasite existant entre la sonde et la masse au niveau du blindage d'entrée 7, sa réponse doit être correcte dans le domaine spectral considéré: c'est ainsi que, pour éviter la déformation d'un signal dont la durée est de i ms (correspondant à la lecture 35 d'un trait épais de 1 mm par une sonde de 1 mm de diamètre, pour une vitesse de défilement relatif de la sonde par rapport à la feuille de 1 m/s), il faut prévoir un temps de réponse de l'ordre de 10 us correspondant à une fréquence

de 100 k Hz.

Un tel amplificateur 4, dit de transimpedance, ou en5 core "source contrôlée tension-courant", est de préférence

un amplificateur opérationnel compensé monté en inverseur.

Sur le schéma de la figure 2, cet amplificateur 4 est

constitué par deux amplificateurs opérationnels 41 et 42 en série, dont le premier comprend une capacité de réaction 8 10 propre à ajuster sa réponse en fréquence.

L'intégrateur analogique 5 peut être constitué quant à lui par un amplificateur opérationnel monté en intégrateur,

ainsi que visible sur la figure 2.

La tension V 2 élaborée par cette intégration est liée 15 directement aux quantités de charges électriques q à mesurer

elles-mêmes et non pas aux variations q' de ces charges.

Pour caler correctement en valeur absolue cette tension V 2, c'est-à-dire corriger les erreurs de dérive inévitables, on assure une remise à zéro chronique de l'ensemble électro20 nique g Cette remise à zéro est effectuée à des instants o la

quantité de charge portée par la feuille en regard de la sonde est une quantité de référence, de préférence nulle.

On prévoit avantageusement à cet effet sur la feuille 25 à étudier des traits spéciaux portés à un potentiel électrique de référence qui peut être ou non celui de la masse et destinés à être balayés chroniquement par la sonde, les remises à zéro étant alors effectuées systématiquement, à

l'aide d'un dispositif de synchronisation approprié 9, aux 30 instants o ces traits défilent devant la sonde.

Par exemple on peut disposer un tel trait vertical à gauche d'une feuille destinée à être lue par balayage de lignes horizontales successives, un second trait vertical du même

type pouvant être ajouté au milieu de la largeur de la feuil35 le si la dérive à corriger est trop importante.

Sur la figure 2, les moyens 6 de calage ou de remise à zéro ont été schématisés par un potentiomètre et les moyens

9 de commande chronique ou synchronisation, par un interrupteur.

Le signal de tension V 2 élaboré par l'intégrateur 5,

puis recalé chroniquement par les organes 6 et 9, est ensui5 te exploité de toute manière désirable dans des moyens qui ont été schématisés par le cercle 10 sur la figure 1.

Cette exploitation est avantageusement un échantillornnage numérique en vue d'un enregistrement et/ou de la reproduction d'une image.

En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement un dispositif de lecture de charges électriques dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède.

Ce dispositif présente de nombreux avantages sur ceux 15 précédemment connus et en particulier les suivants: les performances de la lecture sont mieux conservées dans le temps vu que l'appareil est moins sensible à l'humidité ou aux autres causes,de pollution, notamment au niveau de la sonde, cette lecture est moins perturbée par les parasites électromagnétiques, et surtout le rapport signal/-bruit de la lecture est nettement plus élevé qu'avec les solutions antérieures basées sur des mesures de potentiels, ce qui conduit à une précision 25 et à une sensibilité améliorées: en particulier la lecture en question permet de lire des charges électriques présentant des densités beaucoup plus faibles qu'auparavant et donc de rendre compte de variations beaucoup plus ténues de cette densité sur les feuilles à analyser; cette possibilité 30 est particulièrement appréciable dans le domaine de la radiographie des êtres vivants à l'aide de rayons X puisqu'elle

permet de réduire d'autant les doses d'irradiations nécessaires pour atteindre un degré donné de contraste dans les images à analyser.

Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux

de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisages; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 Dispositif pour lire les quantités de charges électriques portées par une feuille diélectrique ( 1) comportant, de part et d'autre de la feuille, respectivement une première électrode ou sonde ( 2) et une seconde élec5 trode ( 3) portée à un potentiel de référence, généralement nul, des moyens (F) pour faire défiler la feuille en regard de la sonde ou inversement et des moyens électroniques pour mesurer à chaque instant les quantités de charges images induites sur la sonde par les quantités de charges 10 à lire, caractérisé en ce que ces moyens électroniques de mesure sont prévus de façon à mesurer les courants électriques I produits sur la sonde ( 2) lors de l'induction des charges images et comprennent à cet effet:un amplificateur d'entrée ( 4) prévu et monté de façon telle que, d'une part, il trans15 forme les courants Io appliqués sur l'une de ses entrées (A) en tensions de sortie amplifiées V 1 = K Io 0, formule dans laquelle K désigne un coefficient ayant les dimensions d'une impédance, et que, d'autre part, son potentiel d'entrée, qui est celui de la sonde ( 2), demeure en permanence le plus 20 voisin possible du potentiel de référence; et un intégrateur analogique ( 5) de la tension V 1 associé à des moyens de remise à zéro chronique ( 6) commandos (en 9) à des instants o la sonde est disposée en regard d'une zone,de la feuille

( 1), portée au potentiel de référence.

2 Dispositif de lecture selon la revendication 1,

caractérisé en ce que l'amplificateur d'entrée est un amplificateur opérationnel de transimpédance.

3 Dispositif de lecture selon l'une quelconque des

revendications 1 et 2, dans lequel le déplacement relatif

entre la sonde ( 2) et la feuille à lire ( 1) est effectué selon un balayage de lignes, caractérisé en ce que la remise à zéro chronique de l'intégrateur ( 5) est effectuée automatiquement au moins une fois lors du balayage de chaque ligne.

4 Dispositif de lecture selon la revendication 3,

caractérisé en ce que la remise à zéro chronique est effectuée automatiquement au début du balayage de chaque ligne, la sonde ( 2) passant alors en regard d'un trait porté par la feuille ( 1) et soumis au potentiel de référence.