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"Dispositif à décharge dans un gaz"
La présente invention concerne des dispositifs à décharge dans un gaz et des monta,.. électrique% pour les faire fonctionner, et plue particulièrement des tubes à éclat avec dispositif de décharge dans un gaz convenant pour four- nir un éclairage à éclat lumineux dans des Montages strobos- copiques, des installations de photographia etc..
Il est souhaitable dans de nombreuses installations stroboscopiques et de photographie, utilisant des colite lu- mineux, etc.., de prévoir une source d'éclairage à éclat lu- mineux qui présente une petite surface d'éclairage d'une gran- de Intensité uniformes Ion sources lumineuses antérieures ont sacrifié le rendement lumineux en diminuant la pression du sa,
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nécessaire pour des tensions de fonctionnement raisonnable- ment basses et par le noircissement de la paroi du tube à éclat lumineux lors du bombardement de la matière des élec- trodee ou, dans le cas de tubes à éclat lumineux de petite dimension,
par le fendillement des tubes à éclat lumineux Bien que les stroboscopes utilisant des tubes à décharge dans un gaz à une pression relativement élevée fonctionnant avec des tensions de l'ordre de quelques milliers de volt* soient oeux qui ont eu le plus de succès$ il* exigent néanmoins un compromis entre la pression du gaz et la tension qui assure une durée convenable d'utilisation du tube, mais un rendement lumineux réduit.
@ La présente invention se propose de fournir un dis- positif à décharge nouveau et perfectionné ainsi qu'un montage pour assurer son fonctionnement qui permet d'utiliser des pres- sions de gaz supérieures et des tensions inférieures et qui fournit un plue grand rendement lumineux.
Dans le domaine des tubes à éclat lumineux, il filent également posé la problème de fournir une grande uniformité d'éclairage dans la région de décharge complète entre l'anode et la cathode du dispositif a décharge.En outre, les déchar- ges ont tendance a varier et à fournir fréquemment un dolai- rage scintillant, en particulier lorsqu'elles sont provoquées d'une façon répétée, dans des stroboscopes à grande vitesse et autres appareil., et en particulier lorsque les régions de la paroi de l'enveloppe du tube sont très éloignées de l' anode et de la cathode ce qui ne peut contribuer à maintenir la décharge.
Par conséquent, la présente invention se propose en outre de fournir un nouveau dispositif à décharge et un nou- veau montage électrique pour Ion fonctionnement; - qui ne présentent pas ces inconvénients, et qui au contraire fournissent un éclairement uniforme sur toute la
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région de décharge sans migration ou scintillement de la dé- charge - qui ont des dimensions suffisamment petites pour permettre d'utiliser le dispositif comme source ponctuelle ou linéaire d'une grande intensité d'éolairement à éclat lumineux
En résumé,
on parvient aux buts de la présente inven- tion en utilisant plusieurs électrodes de déclenchement dis- posées successivement dans l'espace compris entre l'anode et la cathode d'un dispositif à décharge et reliées par plusieurs connexions électriques à un circuit de déclenchement commun, chaque connexion électrique contenant une résistance d'Isole- ment* lien détails de construction préférés et autres particu- larités sont décrits ci-après.
On va décrire maintenant l'invention en se référant aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 est la vue perspective avec arrachement partiel d'un tube à éclat lumineux à décharge construit lui- vent une forme de réalisation préférée ; -la figure 2 est le schéma de montage électrique pré- féré pour le fonctionnement du tube à éclat lumineux de la pré- sente invention -la figure 3 est la vue en coupe longitudinale d'une variante du tube à éclat lumineux -la figure 4 est la vue analogue a celle de la figure 2 d'une autre variante ; - la figure 5 est la vue de coté montrant une $truc- ture de montage et des connexions électriques 1 et -la figure 6 est la vue en bout des connexions élec- trique. de la figure 5.
On a représenté le tube à é@lat lumineux comme ayant une enveloppe 1 en verre, en quarte fondu$ ou matière analogue transparente dans laquelle le milieu gâteux du xénon ou un gas analogue par exemple peut tiré hermétiquement enfermé, en
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scellant le tube d'admission 3 du gaz de remplissage dans la paroi inférieure de l'enveloppe 1. Pour les stroboscepes fono- tionnant à grande Titi..' et pour des dispositifs analogues il est préférable que le gaz soit maintenu à une pression élevée de l'ordre, par exemple, d'une demie à troit atmosphè- res environ.
Une anode 5 et une cathode 7 construites de pré- férence de la môme façon sont disposé.. à proximité de la paroi de l'enveloppe et éloignées l'une de l'autre dans l' enveloppe sur des supporte conducteurs 9 et 11 qui communi- quent aveo des fiches 15 et 17 n'étendant à l'extérieur de la base de l'enveloppe à travers sa paroi Inférieure.La cathode 7 et l'anode 5 toutes deux,de préférence,
analogues à la catho- de froide frittée décrite dana le brevet des Etats-Unis d' Amérique n 2.492.142 du 27 décembre 1949 sont représentées sur la figure 1 tous forme de pastilles ayant une surface rec- tangulaire sensiblement analogues disposées d'une façon non- siblement parallèle l'une à l'autre.
Ces électrodes frittée. peuvent résister aux hautes températures Inhérentes au fonc- tionnement des électrodes très rapprochées, $ou de fortes tensions, dans un gaz à haute pression,
A l'intérieur de l'espace compris entre les faces sensiblement parallèles en regard de l'anode 5 et de la ca- thode 7 août disposées plusieurs électrodes de commande ou de déclenchement en forme de sonde 21, 23, 25, 27 et 29 en tungstène, représentées nous forme d'électrodes sensiblement linéaires, Bien qu'on ait représenté cinq électrodes de dé- clenchement,
on peut en utiliser un nombre supérieur ou infé- rieur compatible avec la séparation entre l'anode 5 et la ca- thode 7 et la fonction de guidage et de conduction de la dé- charge nécessaire décrite ci-après des diverses électrodes de déclenchement. Suivant la présente invention, est appliquée entre l'anode 5 et la cathode 7 une tension insuffisante pour produire une décharge à travers le gaz. Une impulsion de dé-
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olonchenout ont .1n81 appliquée pour plaor le gas au voiai-
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nage toit de l'Aude 5 soit de 1* thode 7 ont" MHw<*oi et 1141*otrode iéolenoh*mnt ad ja* 29 ou 21 rempsotiveb ment.
In supposant par ex pit qut 1* ,xaxmsst est amoroé dt abord entre l'électrode de déclenchement 21 et la cathode 7,
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un arc passe entre elles, en abaissant le pet tîelpt l'élec- trode de déclenchement 21 au potentiel de la cathode 7*. Zn prévoyant une impédance d'isolement suffisante entré l' '1.0- trode de déclenchement 21 et l"l.ood. de déoleaehement au- jacente 230 comme on le verra, plue l'oint la potmtitl de le é1.otrod. de déclenchement bzz ne s'abaisse pu potsnatiel de la cathode à Il Instant de la décharo entre la thode 7 et l'ilectrode de déclenchement 21j sale il reate k un pot<Mt- tiol élevé par rapport à la cathode.
1,''' 1.08 808}'Izo18 entre l'électrode 21 de ddolonchomnt du potentiel 4* la oatbode et 1' électrode de déclenchement adjacente 23 est ainsi 1 'espace suivant à subir le percement , De nouveau, en prévoyant une
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Impédance d'isolement suffisante entre l'éleetrode de déclen- chement 23 et l'électrode de déclenchement adjacente 25 lut espace compris entre les électrodes de déclenchement 23 et 25 est percé après l'espace compris entre les électrodes de déclenchement 21 et 23.
D'une façon analogue, des percement. successifs se produisant en série entre l'électrode de déclen- chement 25 et l'électrode de déclenchement 27, puis entre l' électrode de déclenchement 27 et l'électrode de déclenchement 29, et finalement entre l'électrode de déclenchement 29 et l'anode 5 comme on le verra plus en détail . La tension appli- quée entre l'électrode 5 et la cathode 7 peut ainsi être j déchargée dans l'espace compris entre elles en fournissant un
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éajat lumineux d'une grande intensité.
En outre, en raison du processus de conduction, de guidage ou de stabilisation de percement en série des électrodes de déclenchement, la déchar- ge se produit avec précision le long d'un trajet déterminé
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dans le volume défini par l'espace compris entre l'anode et la cathode, sans migration ou fluctuation.
L'espacement entre l'anode 5 et l'électrode de dé- clenchement adjacente 29 est sensiblement égal à 1' espacement zizi entre les électrodes de déclenchement successives, et l'espa- cernent entre là cathode 7 et l'électrode de déclenchement ad- jacente 21, et il est inférieur à la distance comprise entre les extrémités libres des électrodes de déclenchement, et une partie quelconque de l'enveloppe.
La raison de cet espacement, sensiblement égal, réside dans le fait que le potentiel de per- cement minimum entre les électrodes de déclenchement succes- sives doit être égal afin d'assurer le guidage successif du percement sur le trajet voulu des percements successifs en série*Ainsi, la possibilité d'un percement qui commence à partir de la cathode, puis à partir de l'anode en laissant une région intermédiaire de l'espace non ionisée ont élimi- née. L'espacement avantageux pour un tube au xénon du type décrit ci-dessus est de 9,5 mm environ.
Les extrémités libres des électrodes de déclenchement 21, 23, 25, 27 et 29 se trou- vent de préférence le long d'une ligne L sensiblement droite représentée en traits tirâtes et reliant l'anode 5 à la ca- thode 7 entre les régions voisines de leur face supérieure, en définissant la limite supérieure ou limite de l'espace com- pris entre l'anode 5 et la cathode 7.
Cette construction maintient la décharge en arc aussi loin que possible des sup- ports d'électrodes, en garantissant la production d'une dé- charge uniquement dans la région voulue* En outre, pour y parvenir, les électrodes de déclenchement 21 et 29 peuvent être supportées d'un coté du tube par des supports respectifs en forme de fiches conductrices 121 et 129 et les électrodes de déclenchement 23, 25 et 27 peuvent être supportées de l' autre côté par des supports respectifs en forme de fiches conductrices 123, 125 et 127.
Les fiches de support 121, 123
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195, 111 et lit peufont buoi r lirsa 1 tratits la baro do lienvolopte 14 lm flxtirt les éltotrtdu de 64414mohmas de façon inalinét sur leur ittpport par @souple à l'aide d'une mou dure# et contraignant dwr groupes des électrodes de ddolor.* ohèment à entrer dani la région de détb gt ootpriM entre Il anode 9 41 li osthode 1 à partir dro obids opporir, les <1<< des de déolecohoment Peuvent 4tre rrptairr les un µ des autres)
sur de plus grandes distances à leur partit inférieur au voisinage de leur support# que duo la région de décharge lit Ilesptooment minium ainsi obtenu dot éliotrodii de dé4lena chement la long de la région 1 donne ut minium dfixpédimot deze décharge entre les électrodes de déclenchement et garantit en outre que la dd0arge est limitée au trajet voulut Ces priez cautions sont imporiantosi étant donné qu'uni grande marge de sécurité est essentielle pour rendre afftoibleunt lapoitiblt a ;
une formation d'are à la base du tutti On t'lmalQlü3' q 180 électrodes de déclenchement Il et 2$ roni représentées de préférence <teaM étant Maiwo le tuoheu de revêtomtmto rempt4tifs fil et et'$ ces mat#* ihanr peuvent lin fil matibre îdolomté tant Au terre# et Ut servent à favoriser 14 poreunent initial de l'art trrr la au thode ou l'anode adjaeotte en ditinunt le potentiel te pire cotent Mougogires Dir tue la pprrafmtnt initial se produits il exîetf iurflfarsi une quantité dtiarn surtitante pour qu les autres éltatrodti do déolonabomnt M aittitaitent pu de ] tonohon* Oonct il cet dierit dant le brevet des ltâto*Uiâ dtAWriqlle n' 9#812#469 3 KovMbï'< 1957 et srart de la d mnd#r*8i ,
M peut utiliser des dispositifs oollettem électrique# de préfértntt tout larda de Hiltt edtellique ou de soie# ou les t Aféf lutérinr et latin te la oathodt1
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et dé %#Mode l' t4fi<w de i rrpmr tr iétharft enube la 4*thode '04 l'imHti et les larti#Ufe de la ,3'i ftita i,dim êêthrtê ri de laatt sont P Jowes par toibmrlttar1
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ou .n1I'.:
I.1'14e. par la forode la 440harp entre %$anode et la cathode en dirootîon de la paroi de l'enveloppe 1# tint qaan- tïté apprêoîable de la utîbre projetée est arr't4e par 044 collecteurs en llemp4chant de revenir Vers la région oOlpr1', entre l'anode et la cathode ap"la diahargeo Dans la tub. de la figure 1, les 40ranl en toile métallique ou Cage* M tome de para11'1Ip1pide sensiblement rtat.nÙ1atr...ont ra présentée en 51 et 7' comme occupant les positionµ <!t't(M*Mt d<jï'<mod< 5 et de la cathode 7 respectivement et auppertéa par des éléments 50 et 70 qui sont reliés à leur tour aux f1oh.. de support respectives 105 et 107. 'Les dorant espteurs 01 et 7' et leur* éléments de support 50-105 et 700107 Mlftttima à un potentiel constant et isolée ainsi des ,otent1.,. applique aux électrodes du tube sont :
I.1'1oapabl.. de supporter une déebast go de brûlai sur leurs surface$* les oirou1ta 'leotr1que. destinés à faire tUn#tiObm ne%' le tube' éclat lumineux de la prêtent@ itW.ntioss pMV<at avoir la forme représenté@ sur la figure 2 dam laquelle un ou des condensateur# 6 sont chargés par 1 ' inttro44iairt d'unt réolstance de protection 4 à partir d'lne aourot d'énergie 8# îi9ë borne# aupiriturt et Inférieure du oon4.D..tlUt' 6 sont représentées oomse étant reliées par des sonduotours 119 et 117 r..p.ot1y.m.nt aux fiches 19 et 17 cesstttéta à l'anôdt 9 et à la Mth0d$ 7. 1A tension ainsi engendrée entre 4... la osthode est insuffloantog eosax il 1wé prioikmini .s,1i.
quéo pour provoquer un,@ décharge entre l'mode et la eatncd<< Un circuit de déclenchement à peut aomprtndrt tan thyratron ou autre cirettit de oommutation destiné b déob4rt*r un éditât** estour 10 à travera l' ensroul.JII8ftt 91'i88:1r. 44 d'un tranifar* tour 45 pour fournir une ispuloion 4..,1né..nt. le #ira ouît de déclenchement e pwt, 'tr. réglé par Une '0IIMtl4. là de fréquence d'un stroboscope du typ# déorît Cana 1. brevet des Itat.
Unit 4tA841'1q. n# 2#531#317 dtt Il 0040bre 194e lit
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impulsion de 4'011I1oh'''J1 ainsi précuite peut &801"01" ou déclencher le perognérit lUoo...1t k partir des '1'0'1'04... décrites o1-4..,U8 afin de permettre à t'D8rl1t 88 &aatDI. par le oondtnsattur 6 de et décharger entre 2. 'aDO'" , et Is cathode 7 en produisant ainsi un bref éclat :,iurxuut de 4=- de Intensité ou une répétition dtiolate 1Q81D. Des circuit de déclenchement de ce type sont également "01'1'- dam le brevet des Itats-Unis "AUr1qut ut 2.418,901 du 16 août 1949.
Chaque électrode de déoltw Utmnt g!, 23j 9t 27 dit 29 présente une connexion éloctrîqu à partir duo Chaque :riche respective t21, 123, 1250 127, 129 qui oomprond une Jjtptfdaaet 4'lIollm.ni ce=* il a et} pr40'4eam,nt 4'o1"1t. Les 18p.4aAOI' d'ieoltment sont représentées Boue tome des ocudouateun respectifs 31, 33, 35, 37 et 39, qui suivant la présente in* vention# sont toua connectés les uns aux autres un 41 et par un conducteur 42 à la borne supérieure d'un <aMwl B<nt ateon- da1r' 43 de pPSt1'ér.not élévateur du trautoruatour de '.Jol'1\- . chemen1 49 la borne inférieure de l f '1\1'0\1.1'.1\1 sooondaire 43 est connuotit par un conducteur 47 à la cathode 7 et elle ont oonntotét également à la borne Intérieure de l'<M'oul<w<at primaire 46.
L'impulsion de déclenchement onpadrée dans le transtormaitur 45 provoque, par oonariqurnt, les paremente successifs en ttfrit à partir des 'l,01rod,. de déoltnehtaatnt comme il est décrit ci-dessus, et qui ne ¯nu.n'l1t par la décharge du condensateur 6 entre l'anodt 5 et la cathode 7* Des impulsione de déclenchement répétées provoquent des dé- chargea répétées de ce t7Pt, la fréquenot de répétition nt étant limitée que par la constante de temps de abarll du air* cuit de chars. 2, 4, 6 du eondtnaattur.
On n'a pas expliqué en détail jusqu'à présent la façon dont un autre percement au produit dans l'tspaot comprit entre l'électrode de déclenchement 29 ''&D04' 5t dès que le phénomène de proMent guidé atteint l'électrode 29 pour oost-
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pléter l'effet de déclenchement. On atteint ce résultat tri con- cevant le circuit de déclenchement comprenant les électrodes de déclenchement, leur. condensateurs dli.o1ement, 1 # enroulement secondaire 45 et les conducteurs 42 et 47 pour qu'il* *oient oeoillanti à une fréquence relativement élevée lorsqu'il ont brusquement excité par l'impulsion de 4'elenoh...nt. Dans ces conditions$ une montés rapide de la tenaion est aoa.ntan'..n1 maintenu* à l'électrode de déclenchement 29 qui porc* le dernier intervalle vere l'anode 5.
Une construction légèrement modifiée est représenté@
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sur la figurw 4 dans laquelle des électrodes de 4éolenoh...n; externe# menaïblement parallèle 21t 29 et une 41*otrode de déclenchement centrale 25 entrent dans l'espace de décharge partir d'un côté du tube et des seconde et quatrième électrode$ sensiblement parallèle. 23 et 27 entrent à partir de l'autre
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o6te.
Etant donné qu'aucun de support des électrodes de dé- olenohement ne et trouve au voisinage du support de l'électrode suivante$ le trajet de plus faible impédance entre les élec-
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trodes de déclenchement aucconaîven atétend de nouveau le long du trajet de décharge voulu entre l'anode 5 et la cathode 7. Les électrodes de déclenchement peuvent être ainsi disposée@ d'une
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façon nouiblement perpendiculaire à la direction dudit trajet de décharge entre l'anode et la cathode*
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La figure représente un autre ILEonosment dans lequel le électrodes de déclenchement sont oonoîblemnt paral- Ibles les unes aux autres et sensiblement perpendiculaire$ au trajet de décharge entre l'anode et la oatbod..
Utre 'ano4. et la cathode et trouve un élément isolant 19 par exemple on matière céramique contenant de l'alum1n. ou aatièr. analogue qui .'étend de préférence horiaontaleaeat, eenaibloeent le long de tout l'espace oomprïa entre l'anode 5 et la,cathode le L'élément isolant 19 supporte les divtrues îlectrodto.4,* déolen-j cernent aeMiblement forticalon 2î, 23, 25g 27 et 29.
Des
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perles isolantes 60 dirigées vers le bas à partir de la surface inférieure du support isolant 19 qui définit la limite inférieu- re de l'espace de décharge entre l'anode et la cathode fournis- sont un trajet entre les électrodes de déclenchement adjacentes plus long qu'en suivant leur liait* supérieure, et par suite de plue grande impédance,en garantissant ainsi la production de la décharge uniquement le long du trajet voulu.
Le afin* phéno- mène de percement que celui précédemment décrit se produit suc- cessivement entre les électrodes de déclenchement successives en guidant ou stabilisant la décharge le long de la ligne des extrémités libres des électrodes de déclenchement, empêchant ainsi une migration.Les collecteurs de particules de bombarde- ment 5' et 7' se trouvant dans cet espace sont connectés à leur base à l'anode 5 et à la cathode 7 respectivement pour prendre leur potentiel.
L'espacement entre les autres parties des col- lecteurs et les autres parties de l'anode et de la cathode ad- jacente, est cependant suffisamment grand en comparaison de l' espacement entre l'anode et la cathode, et les électrodes de déclenchement adjacentes respectives 29 et 21 pour qu'une dé- charge ne puisse pas se produire entre l'anode et la cathode et leurs collecteurs respectifs*
Bien qu'on ait représenté les impédances d'isolement des électrodes de déclenchement sous forme de condensateurs réels 31, 33, 35, 37 et 39, elles peuvent avoir d'autres formes comme des bobines d'induction ou des résistances ainsi que des éléments à capacité répartie.
Un éoartement approprié des con- ducteurs 121, 123, 125, 127 et 129 ou de leurs prolongements conducteurs comme les tronçons respectifs,de préférence de lignes coaxiales 221, 223, 225, 227 et 229 des figures 5 et 6 peut fournir la capacité répartie d'impédance d'isolement néces- raire 31, 33, 35, 37 et 39. Sur les figures 5 et 6, un autre tronçon de lignes coaxiales 141 connecté au point 41 est inséré au centre des prolongements 221, 223, 225, 227, 229 afin d'y
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être couplé capacitivement au degré voulu.
En outre, le tube 1 peut être disposé dans une douille 80 Montée dans la région du foyer de réflecteurs paraboliques antérieure ou postérieurs R ou R' pour fournir des faisceaux dirigea d'éclat lumineux.
A titre d'exemple, un tube à éclat lumineux du type décrit ai-dessus contenant du gaz xénon sous une pression d'une atmosphère et présentant un court espace de 9,5 mm environ entre l'anode et la cathode a été actionné stroboscopiquement avec un condensateur 6 de 0,5 microfarad environ pour fournir une tension d'éclat lumineux de 400 volts environ avec une tension de déclenchement de 3000 volts environ. Pendant une période de 20 heures de fonctionnement d'essai de la durée en service, à raison de 60 éclats lumineux par seconde, on a trouvé que la diminution de l'énergie de la lumière transmise à partir du tube à éclat lumineux ont négligeable.
Le rendement lumineux avec la tension de 400 volts a été quatre fois supérieur à celui de tu- bes a éclat lumineux comparables utilisés actuellement à des fins stroboscopiques.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées 1 elle est susceptible au contraire de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention.
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