Dispositif indicateur ou de commande sensible aux radiations émises
par une source radioactive
La présente invention a pour objet un dispositif indicateur ou de commande sensible aux radiations émises par une source radioactive, pouvant servir par exemple à amorcer ou à commander une opération d'un processus ou un appareil en fonction de la présence ou de l'absence d'un objet ou d'une matière.
Pour cela, on utilise un moyen sensible aux radiations émises par la source radioactive, lequel peut être placé de manière que les radiations qui atteignent ce moyen soient interceptées par l'objet ou la matière, afin de faire fonctionner un organe de commande ou un indicateur.
Un but de la présente invention est de réaliser un dispositif indicateur ou de commande très sensible et d'une construction simple.
Le dispositif faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un moyen sensible auxdites radiations et agencé de manière à produire des impulsions dépendant du taux des radiations qu'il reçoit, un circuit à transistor agencé de manière à être déclenché par ces impulsions, et un relais élec- tromagnétique monté à la sortie dudit circuit et agencé de manière à exciter, lorsqu'il est excité par le déclenchement de ce circuit, un circuit indicateur ou de commande en réponse au courant de sortie du circuit à transistor.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution du dispositif objet de l'invention.
Les fig. 1, 2 et 3 sont les schémas de ces formes d'exécution, respectivement.
Les circuits qui seront décrits fonctionnent avec une source de courant alternatif de 240 V. Il va toutefois de soi que ces circuits peuvent être aisément agencés pour fonctionner sous d'autres tensions alternatives ou en courant continu fourni par des batteries.
La première forme d'exécution (fig. 1) comprend un détecteur de radiations 2 constitué par un tube de Geiger-Miiller du type à halogène dont la tension de seuil est de 370 V à 200 C, le palier de tension étant de 90 V à cette température. Une tension de 415 V est nécessaire pour faire fonctionner le tube 2 au centre du palier, cette tension étant fournie par un réseau normal 3 à courant alternatif de 240 V et un doubleur de tension comprenant des redresseurs 4 et 5, ainsi que des condensateurs 6 et 7. La tension de sortie peut être modifiée à l'aide d'un diviseur de tension comprenant des résistances fixes 8 et 9, ainsi qu'une résistance variable 10.
La haute tension du doubleur de tension est appliquée au tube 2 par l'intermédiaire de résistances 11 et 12, de valeurs élevées.
De petites impulsions de courant produites par le tube 2 sous l'influence de radiations provenant d'une source radioactive donnent lieu à des impulsions à basse tension dans les résistances 11 et 12. Partant de la jonction de ces résistances et passant par un condensateur 13, ces impulsions parviennent à un circuit oscillant de blocage monostable, chargé en série.
Les impulsions partant du tube 2 ont des formes et des amplitudes variables et le circuit oscillant de blocage est agencé pour être actionné par n'importe quelle impulsion et produire à sa sortie une impulsion d'une forme et d'une amplitude uniformes.
Un transformateur 14 monté dans le circuit oscil- lant de blocage sert à la fois à mesurer le temps sépa- rant deux impulsions et à fournir l'amplification né- cessaire du courant circulant dans le circuit.
Un transistor 15 est du type PNP de faible puissance, à basse fréquence, avec un gain de courant moyen de 60. I1 est à montage à émetteur commun.
Son courant de base est fourni par l'enroulement primaire du transformateur 14 et son courant de collecteur est limité, notamment, par la résistance de la bobine d'un relais 16.
Des résistances 17, 18 et 19 forment un réseau polarisant et stabilisant. La résistance 17 est variable, ce qui permet de modifier les conditions de polarisation du transistor et d'obtenir ainsi un réglage de la sensibilité. Le transistor 15 n'est pas complètement saturé, car la résistance 18 de faible valeur empêche une saturation complète. Un fusible 20 est inséré dans le circuit du collecteur, afin de prévenir tout endommagement du transistor 15 par suite de surcharges.
La charge est principalement inductive et comprend la bobine du relais 16, qui possède deux jeux indépendants de contacts de commutation actionnés simultanément par le courant traversant la bobine.
Chacun de ces jeux de contacts comporte une paire de contacts normalement ouverts 21 et une paire de contacts 21a qui peuvent être normalement ouverts ou normalement fermés, selon les exigences.
Le jeu de contacts 21a est relié à un circuit indicateur ou de commande, par exemple pour la production d'un signal optique ou acoustique, le fonctionnement d'un moteur électrique, d'un interrupteur à solénoïde ou autre, etc. Simplement à titre d'exemple, les contacts 21a de la fig. 1 sont reliés à une lampe de signalisation 21b.
Les autres contacts normalement ouverts 21 sont ceux utilisés dans le circuit à transistor.
Les contacts normalement ouverts 21 du relais 16 se ferment lorsque le courant atteint 10 mA et s'écartent pour un courant d'environ 3 mA. Lorsque la valeur moyenne de l'impulsion de courant de sortie, filtrée et intégrée jusqu'à un certain point par un condenseur 23, atteint 10 mA, les contacts 21 se ferment et shuntent une résistance 22, qui est en série avec la bobine du relais 16 et dont la valeur est égale au dixième de la résistance de la bobine.
Ce shuntage donne lieu à une augmentation de dix pour cent du courant traversant la bobine du relais, ce qui évite un cliquetage du relais provoqué par des fluctuations du taux des impulsions.
Lorsque les contacts 21 se ferment, les contacts associés 21a dans le circuit de commande se ferment ou s'écartent de même, selon le cas, de sorte que le circuit de commande est excité ou désexcité, comme il convient.
L'alimentation en basse tension du transistor 15 est fournie par le secondaire d'un transformateur de réseau 24, par l'intermédiaire d'un redresseur en pont 25, et filtrée par des condensateurs 26, 27 et une bobine d'inductance 28.
Le dispositif décrit peut servir à détecter des conditions de fonctionnement dans un grand nombre d'applications diverses, telles que la présence ou l'absence de matières entre le tube 2 et une source radioactive qui peut, par exemple, fournir un faisceau parallèle de rayons gamma ou autres.
Dans une utilisation du dispositif décrit, une source radioactive, qui peut être un isotope radioactif renfermé dans une boîte à blindage en plomb, est fixée à un récipient ou dans la trajectoire de celuici, de façon qu'un faisceau parallèle de rayons émis par cette source à travers une ouverture du blindage se trouve au niveau d'une matière contenue dans le récipient, tandis que le dispositif décrit est placé de l'autre côté du récipient ou de sa trajectoire, de telle sorte que le faisceau de rayons atteigne le tube 2. Le niveau du faisceau peut être, tel que lorsque le récipient est rempli à un niveau déterminé, le faisceau passe à travers la masse supérieure de la matière et que son intensité est ainsi réduite.
Si le niveau de la matière baisse en-dessous dudit niveau, c'est-à-dire en-dessous du niveau du faisceau, celui-ci atteint le tube 2 avec une plus forte intensité, ce qui y augmente le taux des impulsions et, comme cela vient d'être décrit, ferme les contacts 21 normalement ouverts et ferme ou ouvre les contacts associés 21a de l'autre jeu du relais 16. Il y a lieu de noter que, bien qu'il soit préférable de monter les contacts 21 et la résistance 22 dans le circuit de la bobine du relais, pour éviter tout cliquetage de celui-ci, cela n'est toutefois pas essentiel pour le fonctionnement du dispositif qui peut tout aussi bien fonctionner lorsque la bobine du relais 16 est reliée directement au transformateur 14.
Toutefois, dans ce cas, il peut se produire un cliquetage du relais par suite de fluctuations des impulsions, de sorte qu'il est donc préférable de prévoir les contacts 21 et la résistance 22.
Les contacts 21a insérés dans le circuit de commande demeurent fermés ou ouverts, tant que le taux des impulsions dans le tube 2 demeure élevé, c'est-à-dire tant que le faisceau demeure ininter- rompu, et ces contacts sont reliés à un circuit de commande servant à actionner un mécanisme de commande ou d'indication qui peut être une vanne d'admission de matière dans le récipient, un signal acoustique ou optique (21b) ou un dispositif d'enlè- vement du récipient d'un transporteur, par exemple.
Dès que le faisceau est de nouveau intercepté, le taux des impulsions dans le tube 2 diminue, de sorte que les contacts 21 s'écartent et que les contacts associés 21c insérés dans le circuit de commande s'écartent ou se ferment pour faire fonctionner le circuit de commande, jusqu'à ce que l'intensité du faisceau augmente à nouveau.
Dans la seconde forme d'exécution représentée à la fig. 2, le détecteur de radiations 2 est également constitué par un tube de Geiger-Miiller du type à halogène présentant les mêmes caractéristiques que celui décrit en se référant à la fig. 1 et fonctionnant à la même tension.
La tension de sortie du réseau 3 peut être modifiée à l'aide d'un diviseur de tension comprenant les résistances fixes 8 et 9 ainsi qu'une résistance varia ble 10. La haute tension fournie par le doubleur de tension est appliquée au tube 2 par l'intermédiaire des résistances 11 et 12 de valeurs élevées.
De petites impulsions de courants produites par le tube 2 sous l'influence de radiations provenant d'une source radioactive donnent lieu à des impulsions à basse tension dans les résistances 11 et 12.
Partant de la jonction de ces résistances et passant par un condensateur 13, ces impulsions parviennent à un circuit monostable asymétrique qui comprend des transistors 30 et 31 du type PNP à basse tension et leurs composants associés, définis plus loin.
Après avoir traversé le condensateur 13, les impulsions parviennent à l'émetteur du transistor 31, qui est normalement non conducteur et présente une entrée à haute impédance. Une impulsion dans l'émetteur rend le transistor 31 conducteur. L'éléva- tion de la tension du collecteur du transistor 31 est communiquée, par un condensateur 32, à la base du transistor 30 qui est polarisé par une résistance 33 et une batterie 34 et est normalement conducteur.
Du fait de l'arrivée de cette impulsion, par le condensateur 32, à la base du transistor 30, celui-ci cesse d'être conducteur durant un temps proportionnel à la capacité du condensateur 32 et à la résistance 33.
Lorsque la tension de base du transistor 30 se rapproche de zéro, l'action régénératrice s'inverse et le transistor 30 redevient conducteur, ce qui rend le transistor 31 non conducteur.
Le circuit est ainsi prêt à recevoir l'impulsion suivante. La charge du transistor 30 est constituée par une résistance 35. Les impulsions qui atteignent le circuit du collecteur du transistor 31 sont de forme rectangulaire et intégrées par un condensateur 23 en parallèle avec la charge, qui est la bobine du relais
16. Environ six impulsions par seconde provoquent t dans le condensateur 23 un courant suffisant pour r actionner le relais 16 dont les contacts 21a sont reliés au circuit à commander, dans le cas particulier au circuit d'un indicateur optique 21b.
L'alimentation en basse tension des transistors 30 et 31 est fournie par le secondaire d'un transformateur de réseau 24, par l'intermédiaire d'un redresseur en pont 25, et filtrée par des condensateurs 26 et 27 ainsi que par une résistance 36 à laquelle on pourrait substituer la bobine d'inductance 28 de la fig. 1.
Un redresseur 37 est utilisé pour laisser passer les impulsions négatives du tube 2 au transistor 31 et faire dévier le courant positif à la terre.
Comme dans le cas décrit en se référant à la fig. 1, le relais 16 est relié en série avec une résistance 22 et avec des contacts 21, la résistance 22
ayant une valeur égale au dixième de celle de la
résistance de la bobine du relais 16, de sorte que lorsque le courant atteint la valeur d'excitation du
relais, les contacts 21 se joignent et shuntent la ré
sistance 22, ce qui prévient un cliquetage des con
tacts 21a du relais du circuit d'indication ou de commande, par suite des fluctuations du taux des impulsions. Bien qu'ils soient désirables, les contacts 21 et la résistance 22 ne sont pas essentiels.
Comme dans le cas précédent, le dispositif décrit peut servir à détecter des conditions de fonctionnement dans un grand nombre d'applications diverses, par exemple pour indiquer la présence ou l'absence de matières entre le tube 2 et une source radioactive, qui peut être un faisceau parallèle de rayons gamma émis par un isotope radioactif, le dispositif d'indication ou de commande étant relié aux contacts 21a du relais 16, de sorte que des variations du taux des impulsions provenant du tube 2 et dues à des variations d'intensité du faisceau provoquent l'ouverture ou la fermeture des contacts du relais afin de donner le signal voulu dans le circuit du dispositif d'indication ou de commande 21b.
Dans la troisième forme d'exécution représentée à la fig. 3, un compteur à scintillations 42 est substitué au tube de Geiger-Miiller 2.
Le compteur à scintillations 42 comprend une substance fluorescente 43 et un tube photomultipli- cateur 44. Diverses substances fluorescentes peuvent être utilisées ; on suppose toutefois que la substance fluorescente 43 est, dans l'exemple envisagé, un cristal d'iodure de sodium activé avec du thallium. Des rayons gamma venant frapper ce cristal produisent dans celui-ci une scintillation dont la luminosité est proportionnelle à l'énergie des rayons gamma qui l'ont provoquée.
Le photomultiplicateur 44 comprend une cathode 45 sensible à la lumière, par exemple en antimoniure de césium, suivie par une série de cathodes secondaires 46 en matériau permettant une extraction facile d'électrons. Bien que de nombreux types de photomultiplicateurs 44 puissent être envisagés, le type illustré est celui dit à stores vénitiens , les cathodes secondaires 46 comprenant chacune plusieurs lames disposées angulairement en directions opposées dans chaque cathode secondaire successive.
Une tension d'environ 1000 V est appliquée par un enroulement secondaire 47 d'un transformateur de réseau 24, par l'intermédiaire d'une série de redresseurs 48, d'une résistance de filtrage ou bobine d'inductance 49, de condensateurs de filtrage 50 et 51 et une résistance 11 entre la cathode 45 et l'anode 52 du photomultiplicateur 44. Des prises additionnelles sont constituées par des résistances 12 et 53 et fournissent des tensions intermédiaires pour les cathodes secondaires 46.
La résistance de charge d'anode 11 est reliée entre l'anode collectrice 52 du photomultiplicateur 44 et l'alimentation à haute tension, de sorte que l'ar- rivée à l'anode 52 d'un jet d'électrons des cathodes secondaires 46 provoque une brusque baisse du potentiel.
Les impulsions négatives produites par le comp
teur à scintillations 42 ont une amplitude beaucoup plus faible que celle des impulsions produites par un tube de Geiger-Miiller et doivent donc être amplifiées suffisamment pour actionner le circuit oscillant de blocage, qui est sensiblement le même que celui de la fig. 1.
Les faibles impulsions de sortie du photomultipli- cateur 44 sont amplifiées par un amplificateur à trois étages comprenant trois transistors PNP au ger manium, à basse tension, 54, 55 et 56. Le transistor 54 du premier étage joue le rôle d'une impédance élevée pour le photomultiplicateur 44 et est relié en couplage d'émetteur, les impulsions provenant du photomultiplicateur 44 étant amenées à la base du transistor 54 par un condensateur 57. La résistance 58 est une résistance de polarisation et la tension de sortie prise aux bornes de la résistance de charge 59 de l'émetteur est appliquée à la base du deuxième transistor 55 par un condensateur 60.
La polarisation est obtenue à l'aide d'une résistance 61, et cet étage constitue un amplificateur avec émetteur à la masse, avec une résistance 62 représentant la charge.
Le signal amplifié provenant du transistor 55 passe de son collecteur, par un condensateur 63, à la base du transistor 56 dont l'émetteur est également mis à la masse, la polarisation étant fournie par une résistance 64. Une autre résistance 65 représente la charge et la tension de sortie est fournie par le collecteur du transistor 56, les impulsions étant suffisantes pour actionner le circuit oscillant de blocage, comme décrit en se référant à la fig. 1.
Les impulsions amplifiées provenant du transistor 56 sont conduites par un condensateur 66 au circuit oscillant de blocage monostable, chargé en série, et sont de formes et d'amplitudes variables. Ce circuit est agencé pour être actionné par n'importe quelle impulsion et produire à sa sortie une impul- sion d'une forme et d'une amplitude uniformes.
Le transformateur 24 monté dans le circuit oscillant sert à la fois à mesurer le temps séparant deux impulsions et à fournir l'amplification nécessaire du courant circulant dans le circuit.
Un transistor 15 est du type PNP de faible puissance, à basse fréquence, avec un gain de courant moyen de 60, à montage à émetteur commun. Son courant de base est fourni par l'enroulement primaire du transformateur 24 et son courant de collecteur est limité, notamment, par la résistance de la bobine du relais 16.
Des résistances 17, 18 et 19 forment un réseau polarisant et stabilisant. La résistance 17 est variable, ce qui permet de modifier les conditions de polarisation du transistor et d'obtenir ainsi un réglage de la sensibilité. Le transistor 15 n'est pas complètement saturé, car la résistance 18 de faible valeur empêche une saturation complète. Un fusible peut être inséré dans le circuit du collecteur du transistor 15, afin de prévenir tout endommagement du transistor 15 par suite de surcharges.
La charge est principalement inductive et comprend la bobine du relais 16, qui possède au moins un jeu de contacts 21a reliés au circuit à commander ou à celui d'une lampe de signalisation 21b. Selon le genre de commande à effectuer, ces contacts sont soit normalement ouverts, soit normalement fermes.
Le relais 16 comporte également une deuxième paire de contacts 21 normalement ouverts, qui sont dans ce cas disposés en série avec la bobine du relais 16.
Les contacts 21 se ferment lorsque le courant atteint 10 mA et s'écartent pour un courant d'environ 3 mA.
Lorsque la valeur moyenne des impulsions de courant de sortie, filtrées ou intégrées jusqu'à un certain point par un condensateur 23, atteint 10 mA, les contacts 21 se ferment par suite de l'actionne- ment du relais 16 et shuntent la résistance 22, dont la valeur est égale au dixième de la résistance de la bobine du relais. Ce shuntage donne lieu à une augmentation de dix pour cent du courant traversant la bobine du relais, ce qui évite un cliquetage du relais provoqué par des fluctuations du taux des impulsions.
Les contacts 21 et la résistance 22 ne sont pas essentiels et peuvent être supprimés au besoin.
Du fait de l'excitation du relais 16, les contacts 21a dans le circuit d'indication ou de commande sont fermés ou ouverts, selon le cas, et le circuit de commande ou d'indication est ainsi excité ou désexcité.
L'alimentation en basse tension des transistors 54, 55, 56 et 15 est fournie par un enroulement secondaire du transformateur de réseau 24, par l'intermé- diaire d'un redresseur en pont 25, et filtrée par des condensateurs 26 et 27, ainsi que par une résistance 36 à laquelle on pourrait substituer la bobine d'inductance 28 de la fig. 1.
L'alimentation en très haute tension d'environ 1000V nécessaire pour actionner le photomultipli- cateur 44 est fournie par un réseau normal 3, à 250 V, par l'enroulement secondaire 47 du transformateur 24 et le doubleur de tension comprenant la série de redresseurs 48, la résistance de filtrage ou une bobine d'inductance 49, ainsi que les condensateurs de filtrage 50 et 51. La tension de sortie peut être modifiée à l'aide d'un diviseur de tension comprenant des résistances fixes 8, 9 et 67, ainsi qu'une résistance variable 10, et est appliquée aux cathodes secondaires 46 et à la cathode 45 du photomultiplicateur par les résistances 11 et 12, ainsi que par une autre série de résistances 53,
de façon que la tension appliquée aux cathodes secondaires 46 successives, de la plus proche de la cathode 45 à la plus proche de l'anode 52, augmente de 80 V par cathode en partant de la tension de 100 V.
Comme cela a été mentionné, le dispositif fonctionne déjà simplement par des radiations de fond.
Dans ces conditions de sensibilité, le dispositif ne pourrait pas être utilisé commercialement. Toutefois, par un calibrage et un ajustage convenables de la résistance variable 17, cette sensibilité peut être réduite au niveau voulu.
Pour le fonctionnement du dispositif, une source radioactive appropriée (qui peut être d'un type quelconque convenant au but proposé et peut aller d'une tache de peinture lumineuse à un isotope radioactif
renfermé dans une boîte blindée, d'où les rayons s
sortent par une fente ou en faisceau parallèle) est
fixée de l'un des côtés du parcours d'un récipient, de manière que lorsque le récipient passe devant cette
source il intercepte les rayons qui sont dirigés contre la substance fluorescente 43 du compteur à scintillations 42.
Des variations d'intensité des rayons atteignant la substance fluorescente 43 provoquent ainsi une variation du flux des photoéleotrons partant de la cathode 45 et, par conséquent, une variation des s impulsions amplifiées passant de l'anode 52 au tran
sistor 54 et aux étages d'amplification comprenant les transistors 55 et 56.
Si le niveau de la matière renfermée dans le réci- pient baisse en dessous du niveau désiré, c'est-à-dire en dessous du niveau des rayons provenant de la source radioactive, le taux des impulsions provenant du photomultiplicateur augmente.
De faibles impulsions de courant produites dans le photomultiplicateur 44 donnent lieu à des impulsions à basse tension dans les résistances 11 et 12.
Partant de la jonction de ces résistances et passant par les transistors 54, 55 et 56, ces impulsions parviennent au circuit oscillant de blocage à charge en série.
Lorsque la valeur moyenne des impulsions de courant de sortie, qui sont intégrées jusqu'à un certain point par le condensateur 57, atteint la valeur du courant d'actionnement du relais 16, les contacts 21 se ferment et shuntent la résistance 22 en série avec la bobine du relais et dont la valeur est égale au dixième de celle de la résistance de la bobine du relais. Il en résulte une augmentation de dix pour cent du courant traversant la bobine du relais, ce qui empêche un cliquetage du relais dû à des fluctuations du taux des impulsions.
Par suite de l'excitation du relais 16, les contacts s associés 21a du circuit d'indication ou de commande sont simultanément fermés ou ouverts, selon le cas, et le circuit d'indication ou de commande est ainsi excité ou désexcité, ce qui provoque l'indication ou la commande de l'opération considérée. Il peut s'agir de la commande d'une vanne d'admission de matière dans un récipient, d'un signal optique ou acoustique 21b, d'un dispositif servant à enlever un récipient d'un transporteur, d'un dispositif servant à positionner et à arrêter un transporteur à un endroit voulu, ou de tout autre mécanisme de commande ou d'indication.
La caractéristique essentielle du dispositif est que, tant que le photomultiplicateur 44 présente un taux minimal d'impulsions, le relais 16 est excité et les contacts 21 (s'il y en a) se ferment, tandis que les contacts de commande associés 21a s'ouvrent ou se ferment, selon le cas.
Toute interruption ou réduction du taux des impulsions provoque la désexcitation du relais 16 et l'écartement des contacts 21, avec un actionnement correspondant des contacts associés 21a dans le circuit d'indication ou de commande.
Du fait que les tubes photomultiplicateurs actuels sont en verre, la dernière forme d'exécution décrite n'est pas aussi robuste que les deux premières comportant un tube de Geiger-Muller, malgré la présence de transistors au lieu de tubes électroniques. Elle permet toutefois d'enregistrer un taux d'impulsions beaucoup plus élevé provenant d'une source de même grandeur.
Par suite de l'affaiblissement du faisceau par augmentation du niveau d'une matière, par exemple, la diminution du taux d'impulsions enregistrée par un tube à scintillations est bien plus forte qu'avec un tube de Geiger-Muller, pour un même pourcentage de diminution, de sorte que l'on obtient ainsi un dispositif détecteur plus précis, c'est-à-dire qu'un compteur à scintillations réagit à des variations de niveau, de densité ou d'épaisseur beaucoup plus faibles qu'un tube de Geiger-Müller.
L'une ou l'autre des formes d'exécution décrites peut également servir à détecter un niveau de sépa- ration entre deux matières de densités différentes, en fonctionnant de la même façon, sauf que l'actionne- ment du relais 16 a lieu alors pour de plus faibles différences d'intensité du faisceau.
Le dispositif décrit permet également de régler les niveaux minimum et maximum d'une matière lorsque les écarts sont plus grands que pour l'exem- ple décrit ci-dessus. Dans ce cas, il y a lieu d'utiliser une source et un dispositif pour chacun des deux niveaux extrêmes.
Les circuits décrits fonctionnent à des taux de comptage extrêmement faibles.
Indicating or control device sensitive to emitted radiation
by a radioactive source
The present invention relates to an indicating or control device sensitive to radiation emitted by a radioactive source, which can be used, for example, to initiate or control an operation of a process or an apparatus as a function of the presence or absence of 'an object or matter.
For this, a means sensitive to the radiations emitted by the radioactive source is used, which can be placed so that the radiations which reach this means are intercepted by the object or the material, in order to operate a control member or an indicator. .
An object of the present invention is to provide a very sensitive indicating or control device and of simple construction.
The device forming the subject of the invention is characterized in that it comprises a means sensitive to said radiations and arranged so as to produce pulses depending on the rate of the radiations which it receives, a transistor circuit arranged so as to be triggered by these pulses, and an electromagnetic relay mounted at the output of said circuit and arranged so as to energize, when it is excited by the triggering of this circuit, an indicator or control circuit in response to the output current of the circuit transistor.
The appended drawing represents, by way of example, three embodiments of the device which is the subject of the invention.
Figs. 1, 2 and 3 are the diagrams of these embodiments, respectively.
The circuits which will be described operate with a 240 V alternating current source. However, it goes without saying that these circuits can be easily arranged to operate at other alternating voltages or with direct current supplied by batteries.
The first embodiment (fig. 1) comprises a radiation detector 2 consisting of a Geiger-Miiller tube of the halogen type, the threshold voltage of which is 370 V at 200 C, the voltage level being 90 V. at this temperature. A voltage of 415 V is required to operate the tube 2 in the center of the bearing, this voltage being supplied by a normal network 3 with alternating current of 240 V and a voltage doubler comprising rectifiers 4 and 5, as well as capacitors 6 and 7. The output voltage can be changed using a voltage divider comprising fixed resistors 8 and 9, as well as a variable resistor 10.
The high voltage from the voltage doubler is applied to the tube 2 by means of resistors 11 and 12, of high values.
Small current pulses produced by tube 2 under the influence of radiation from a radioactive source give rise to low voltage pulses in resistors 11 and 12. Starting from the junction of these resistors and passing through a capacitor 13 , these pulses reach a monostable blocking oscillating circuit, loaded in series.
The pulses from tube 2 have varying shapes and amplitudes and the blocking oscillating circuit is arranged to be actuated by any pulse and produce at its output a pulse of uniform shape and amplitude.
A transformer 14 mounted in the blocking oscillating circuit serves both to measure the time between two pulses and to provide the necessary amplification of the current flowing in the circuit.
A transistor 15 is of the low power, low frequency PNP type with an average current gain of 60. I1 is a common emitter assembly.
Its base current is supplied by the primary winding of transformer 14 and its collector current is limited, in particular, by the resistance of the coil of a relay 16.
Resistors 17, 18 and 19 form a polarizing and stabilizing network. Resistor 17 is variable, which makes it possible to modify the polarization conditions of the transistor and thus to obtain an adjustment of the sensitivity. Transistor 15 is not fully saturated because low value resistor 18 prevents full saturation. A fuse 20 is inserted in the circuit of the collector, in order to prevent any damage to the transistor 15 as a result of overloads.
The load is primarily inductive and includes the coil of relay 16, which has two independent sets of switching contacts actuated simultaneously by current flowing through the coil.
Each of these sets of contacts has a pair of normally open contacts 21 and a pair of contacts 21a which can be normally open or normally closed, depending on requirements.
The set of contacts 21a is connected to an indicator or control circuit, for example for producing an optical or acoustic signal, operating an electric motor, a solenoid switch or the like, etc. Simply by way of example, the contacts 21a of FIG. 1 are connected to a signal lamp 21b.
The other normally open contacts 21 are those used in the transistor circuit.
The normally open contacts 21 of the relay 16 close when the current reaches 10 mA and deviate for a current of about 3 mA. When the average value of the output current pulse, filtered and integrated to a certain point by a condenser 23, reaches 10 mA, the contacts 21 close and shunt a resistor 22, which is in series with the coil of the relay 16 and whose value is equal to one tenth of the resistance of the coil.
This shunting results in a ten percent increase in the current flowing through the relay coil, which prevents the relay from clicking caused by fluctuations in the pulse rate.
When the contacts 21 close, the associated contacts 21a in the control circuit either close or move apart, as the case may be, so that the control circuit is energized or de-energized, as appropriate.
The low voltage power supply for transistor 15 is supplied by the secondary of a network transformer 24, via a bridge rectifier 25, and filtered by capacitors 26, 27 and an inductor coil 28.
The device described can be used to detect operating conditions in a large number of diverse applications, such as the presence or absence of material between the tube 2 and a radioactive source which can, for example, provide a parallel beam of rays. gamma or others.
In one use of the device described, a radioactive source, which may be a radioactive isotope enclosed in a lead shielded box, is attached to a container or in the path thereof, so that a parallel beam of rays emitted by this source through an opening in the shield is at a material contained in the container, while the device described is placed on the other side of the container or its path, so that the beam of rays reaches the tube 2. The level of the beam can be, such that when the container is filled to a determined level, the beam passes through the upper mass of the material and its intensity is thus reduced.
If the level of the material drops below said level, that is to say below the level of the beam, the latter reaches tube 2 with a greater intensity, which increases the rate of the pulses there and , as has just been described, closes the normally open contacts 21 and closes or opens the associated contacts 21a of the other set of the relay 16. It should be noted that, although it is preferable to mount the contacts 21 and the resistor 22 in the circuit of the relay coil, to avoid any clicking of the latter, this is however not essential for the operation of the device which can work just as well when the coil of the relay 16 is connected directly to transformer 14.
However, in this case, there may be a clicking of the relay as a result of fluctuations in the pulses, so it is preferable to provide the contacts 21 and the resistor 22.
The contacts 21a inserted in the control circuit remain closed or open, as long as the rate of the pulses in the tube 2 remains high, that is to say as long as the beam remains uninterrupted, and these contacts are connected to a control circuit for actuating a control or indicating mechanism which may be a valve for admitting material into the container, an acoustic or optical signal (21b) or a device for removing the container from a conveyor , for example.
As soon as the beam is intercepted again, the rate of the pulses in the tube 2 decreases, so that the contacts 21 move apart and the associated contacts 21c inserted in the control circuit move away or close to operate the control circuit, until the beam intensity increases again.
In the second embodiment shown in FIG. 2, the radiation detector 2 is also constituted by a Geiger-Miiller tube of the halogen type having the same characteristics as that described with reference to FIG. 1 and operating at the same voltage.
The output voltage of network 3 can be modified using a voltage divider comprising the fixed resistors 8 and 9 as well as a variable resistor 10. The high voltage supplied by the voltage doubler is applied to tube 2 via the resistors 11 and 12 of high values.
Small current pulses produced by tube 2 under the influence of radiation from a radioactive source give rise to low voltage pulses in resistors 11 and 12.
Starting from the junction of these resistors and passing through a capacitor 13, these pulses reach an asymmetric monostable circuit which comprises low voltage PNP type transistors 30 and 31 and their associated components, defined below.
After passing through capacitor 13, the pulses reach the emitter of transistor 31, which is normally non-conductive and has a high impedance input. A pulse in the emitter turns transistor 31 on. The rise in the voltage of the collector of transistor 31 is communicated, by a capacitor 32, to the base of transistor 30 which is biased by a resistor 33 and a battery 34 and is normally conductive.
Due to the arrival of this pulse, by capacitor 32, at the base of transistor 30, the latter ceases to be conducting for a time proportional to the capacity of capacitor 32 and to resistance 33.
When the base voltage of transistor 30 approaches zero, the regenerative action is reversed and transistor 30 becomes conductive again, rendering transistor 31 non-conductive.
The circuit is thus ready to receive the next pulse. The load of transistor 30 is constituted by a resistor 35. The pulses which reach the circuit of the collector of transistor 31 are rectangular in shape and integrated by a capacitor 23 in parallel with the load, which is the coil of the relay.
16. About six pulses per second cause t in the capacitor 23 a current sufficient to re-actuate the relay 16, the contacts 21a of which are connected to the circuit to be controlled, in the particular case to the circuit of an optical indicator 21b.
The low voltage power supply to transistors 30 and 31 is supplied by the secondary of a network transformer 24, via a bridge rectifier 25, and filtered by capacitors 26 and 27 as well as by a resistor 36 which could be substituted by the inductance coil 28 of FIG. 1.
A rectifier 37 is used to pass negative pulses from tube 2 to transistor 31 and deflect the positive current to earth.
As in the case described with reference to FIG. 1, relay 16 is connected in series with a resistor 22 and with contacts 21, resistor 22
having a value equal to one tenth of that of the
resistance of the coil of the relay 16, so that when the current reaches the excitation value of the
relay, the contacts 21 join together and bypass the re
sistance 22, which prevents a click
tacts 21a of the relay of the indication or control circuit, as a result of fluctuations in the pulse rate. Although desirable, contacts 21 and resistor 22 are not essential.
As in the previous case, the device described can be used to detect operating conditions in a large number of diverse applications, for example to indicate the presence or absence of material between the tube 2 and a radioactive source, which can be a parallel beam of gamma rays emitted by a radioactive isotope, the indicating or control device being connected to the contacts 21a of the relay 16, so that variations in the rate of the pulses coming from the tube 2 and due to variations in intensity of the harness cause the relay contacts to open or close in order to give the desired signal in the circuit of the indicating or control device 21b.
In the third embodiment shown in FIG. 3, a scintillation counter 42 is substituted for the Geiger-Miiller tube 2.
The scintillation counter 42 includes a fluorescent substance 43 and a photomultiplier tube 44. Various fluorescent substances can be used; it is assumed, however, that the fluorescent substance 43 is, in the example considered, a sodium iodide crystal activated with thallium. Gamma rays striking this crystal produce a scintillation in it, the luminosity of which is proportional to the energy of the gamma rays which caused it.
The photomultiplier 44 comprises a cathode 45 sensitive to light, for example of cesium antimonide, followed by a series of secondary cathodes 46 of material allowing easy extraction of electrons. Although many types of photomultipliers 44 can be envisioned, the type illustrated is the so-called venetian blind type, the secondary cathodes 46 each comprising a number of blades arranged angularly in opposite directions in each successive secondary cathode.
A voltage of about 1000 V is applied by a secondary winding 47 of a network transformer 24, through a series of rectifiers 48, a filter resistor or inductor coil 49, capacitors of filter 50 and 51 and a resistor 11 between the cathode 45 and the anode 52 of the photomultiplier 44. Additional taps are formed by resistors 12 and 53 and provide intermediate voltages for the secondary cathodes 46.
The anode load resistor 11 is connected between the collecting anode 52 of the photomultiplier 44 and the high voltage supply, so that the arrival at the anode 52 of an electron jet from the secondary cathodes 46 causes a sudden drop in potential.
The negative impulses produced by the comp
Scintillation generator 42 have an amplitude much lower than that of the pulses produced by a Geiger-Miiller tube and must therefore be amplified sufficiently to actuate the blocking oscillating circuit, which is substantially the same as that of FIG. 1.
The low output pulses of photomultiplier 44 are amplified by a three-stage amplifier comprising three low-voltage ger manium PNP transistors 54, 55 and 56. The first stage transistor 54 acts as a high impedance. for the photomultiplier 44 and is connected in emitter coupling, the pulses from the photomultiplier 44 being fed to the base of the transistor 54 by a capacitor 57. The resistor 58 is a bias resistor and the output voltage taken across the terminal. Load resistor 59 of the emitter is applied to the base of the second transistor 55 by a capacitor 60.
The polarization is obtained using a resistor 61, and this stage constitutes an amplifier with an emitter to the ground, with a resistor 62 representing the load.
The amplified signal from transistor 55 passes from its collector, through a capacitor 63, to the base of transistor 56, the emitter of which is also grounded, the bias being provided by a resistor 64. Another resistor 65 represents the load. and the output voltage is supplied by the collector of transistor 56, the pulses being sufficient to actuate the blocking oscillating circuit, as described with reference to FIG. 1.
The amplified pulses from transistor 56 are conducted by capacitor 66 to the monostable blocking oscillating circuit, loaded in series, and are of varying shapes and amplitudes. This circuit is arranged to be actuated by any pulse and produce at its output a pulse of uniform shape and amplitude.
The transformer 24 mounted in the oscillating circuit serves both to measure the time between two pulses and to provide the necessary amplification of the current flowing in the circuit.
A transistor 15 is of the low power, low frequency PNP type with an average current gain of 60, with a common emitter mounting. Its base current is supplied by the primary winding of transformer 24 and its collector current is limited, in particular, by the resistance of the coil of relay 16.
Resistors 17, 18 and 19 form a polarizing and stabilizing network. Resistor 17 is variable, which makes it possible to modify the polarization conditions of the transistor and thus to obtain an adjustment of the sensitivity. Transistor 15 is not fully saturated because low value resistor 18 prevents full saturation. A fuse may be inserted in the collector circuit of transistor 15, in order to prevent damage to transistor 15 as a result of overloads.
The load is mainly inductive and comprises the coil of relay 16, which has at least one set of contacts 21a connected to the circuit to be controlled or to that of a signal lamp 21b. Depending on the type of command to be performed, these contacts are either normally open or normally closed.
The relay 16 also comprises a second pair of normally open contacts 21, which are in this case arranged in series with the coil of the relay 16.
The contacts 21 close when the current reaches 10 mA and move aside for a current of approximately 3 mA.
When the average value of the output current pulses, filtered or integrated to a certain point by a capacitor 23, reaches 10 mA, the contacts 21 close as a result of the actuation of the relay 16 and bypass the resistor 22. , the value of which is equal to one tenth of the resistance of the relay coil. This shunting results in a ten percent increase in the current flowing through the relay coil, which prevents the relay from clicking caused by fluctuations in the pulse rate.
Contacts 21 and resistor 22 are not essential and can be removed as needed.
Due to the energization of the relay 16, the contacts 21a in the indication or control circuit are closed or open, as the case may be, and the control or indication circuit is thus energized or de-energized.
The low voltage power supply to transistors 54, 55, 56 and 15 is supplied by a secondary winding of network transformer 24, via a bridge rectifier 25, and filtered by capacitors 26 and 27, as well as by a resistor 36 which could be substituted by the inductance coil 28 of FIG. 1.
The very high voltage supply of about 1000V necessary to actuate the photomultiplier 44 is supplied by a normal network 3, at 250 V, by the secondary winding 47 of the transformer 24 and the voltage doubler comprising the series of rectifiers. 48, the filter resistor or an inductor coil 49, as well as the filter capacitors 50 and 51. The output voltage can be changed using a voltage divider comprising fixed resistors 8, 9 and 67 , as well as a variable resistor 10, and is applied to the secondary cathodes 46 and to the cathode 45 of the photomultiplier by the resistors 11 and 12, as well as by another series of resistors 53,
so that the voltage applied to the successive secondary cathodes 46, from the closest to the cathode 45 to the closest to the anode 52, increases by 80 V per cathode starting from the voltage of 100 V.
As has been mentioned, the device already operates simply by background radiation.
Under these conditions of sensitivity, the device could not be used commercially. However, by proper calibration and adjustment of variable resistor 17, this sensitivity can be reduced to the desired level.
For the operation of the device, a suitable radioactive source (which may be of any type suitable for the proposed purpose and may range from a bright paint stain to a radioactive isotope
enclosed in an armored box, hence the rays s
exit through a slit or in a parallel bundle) is
fixed on one side of the path of a container, so that when the container passes in front of this
source it intercepts the rays which are directed against the fluorescent substance 43 of the scintillation counter 42.
Variations in the intensity of the rays reaching the fluorescent substance 43 thus cause a variation in the flux of the photoeleotrons leaving the cathode 45 and, consequently, a variation of the amplified pulses passing from the anode 52 to the tran.
sistor 54 and to the amplification stages comprising the transistors 55 and 56.
If the level of the material contained in the vessel drops below the desired level, that is, below the level of rays from the radioactive source, the rate of pulses from the photomultiplier increases.
Small current pulses produced in photomultiplier 44 give rise to low voltage pulses in resistors 11 and 12.
Starting from the junction of these resistors and passing through transistors 54, 55 and 56, these pulses reach the oscillating blocking circuit at load in series.
When the average value of the output current pulses, which are integrated to a certain point by the capacitor 57, reaches the value of the actuating current of the relay 16, the contacts 21 close and bypass the resistor 22 in series with the relay coil and whose value is equal to one tenth of that of the resistance of the relay coil. This results in a ten percent increase in current through the relay coil, which prevents the relay from clicking due to fluctuations in the pulse rate.
As a result of the energization of the relay 16, the associated contacts 21a of the indication or control circuit are simultaneously closed or open, as the case may be, and the indication or control circuit is thus energized or de-energized, which causes the indication or command of the considered operation. It may be the control of a valve for admission of material into a container, an optical or acoustic signal 21b, a device for removing a container from a conveyor, a device for position and stop a conveyor at a desired location, or any other control or indication mechanism.
The essential characteristic of the device is that, as long as the photomultiplier 44 has a minimum pulse rate, the relay 16 is energized and the contacts 21 (if any) close, while the associated control contacts 21a s 'open or close, as the case may be.
Any interruption or reduction in the pulse rate causes the relay 16 to de-energize and the contacts 21 to move apart, with corresponding actuation of the associated contacts 21a in the indication or control circuit.
Because current photomultiplier tubes are made of glass, the last described embodiment is not as robust as the first two comprising a Geiger-Muller tube, despite the presence of transistors instead of electron tubes. It does, however, make it possible to record a much higher pulse rate from a source of the same size.
As a result of the weakening of the beam by increasing the level of a material, for example, the decrease in the rate of pulses recorded by a scintillation tube is much greater than with a Geiger-Muller tube, for the same percentage decrease, so that a more precise detector device is obtained, i.e. a scintillation counter reacts to much smaller changes in level, density or thickness than a Geiger-Müller tube.
Either of the embodiments described can also be used to detect a level of separation between two materials of different densities, operating in the same fashion, except that actuation of relay 16 takes place. then for smaller differences in beam intensity.
The device described also makes it possible to adjust the minimum and maximum levels of a material when the differences are greater than for the example described above. In this case, it is appropriate to use a source and a device for each of the two extreme levels.
The circuits described operate at extremely low count rates.