FR3045160A1

FR3045160A1 - DEVICE FOR MEASURING LOW ELECTRICAL CHARGES, IN PARTICULAR IONS.

Info

Publication number: FR3045160A1
Application number: FR1562057A
Authority: FR
Inventors: Christophe Sarrau; Pierre Guitton
Original assignee: Teqoya SAS
Current assignee: Teqoya SAS
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-06-16

Abstract

Ce dispositif de mesure d'ions comporte une sonde (1) pour capter des charges électriques provenant d'ions, un circuit d'accumulation de charges (5), un circuit indicateur (19) pour fournir une indication des charges accumulées afin de fournir une indication de l'ionisation. le fonctionnement du circuit indicateur est basé sur la mesure du temps de charge du circuit d'accumulation de charges (5) depuis une valeur initiale (Vref) vers une valeur de seuil.(Vs).The ion measuring device comprises a probe (1) for sensing electric charges from ions, a charge accumulation circuit (5), an indicator circuit (19) for providing an indication of accumulated charges to provide an indication of ionization. the operation of the indicator circuit is based on measuring the charging time of the charge accumulation circuit (5) from an initial value (Vref) to a threshold value (Vs).

Description

« Dispositif de mesure de charges électriques faibles, notamment ions. »"Device for measuring weak electric charges, especially ions. "

La présente invention concerne un dispositif de mesure de charges électriques faibles, notamment ions comportant une sonde pour capter des charges électriques provenant d’ions, un circuit d’accumulation de charges, un circuit indicateur pour fournir une indication des charges accumulées. Π est bien connu que la présence d'ions, de préférence des ions négatifs, tels que l'ion l’oxygène négatif O2 apporte un effet bénéfique sur la santé des êtres vivants. Il devient d'importance de déterminer la concentration de tels ions qui peuvent se trouver dans l’environnement.The present invention relates to a device for measuring weak electric charges, in particular ions comprising a probe for sensing electric charges from ions, a charge accumulation circuit, an indicator circuit for providing an indication of accumulated charges. It is well known that the presence of ions, preferably negative ions, such as the O2 negative oxygen ion, has a beneficial effect on the health of living beings. It becomes important to determine the concentration of such ions that may be in the environment.

En outre, si on estime que l’environnement est pauvre en ions négatifs, on peut faire appel à un générateur d’ions négatifs. Il convient alors de contrôler le bon fonctionnement de ces générateurs. Un dispositif de mesure d’ions se révèle pratiquement nécessaire.In addition, if it is estimated that the environment is poor in negative ions, it can use a negative ion generator. It is then necessary to check the proper functioning of these generators. An ion measuring device is practically necessary.

Les dispositifs déterminant cette concentration d'ions sont bien connus. On pourra, à ce sujet, consulter le site suivant qui décrit un tel dispositif. http://www.sentex.net/~mecl995/cire/hv/niondet/niondet.htmlThe devices determining this ion concentration are well known. On this subject, one can consult the following site which describes such a device. http://www.sentex.net/~mecl995/cire/hv/niondet/niondet.html

La présente invention propose un dispositif du genre mentionné dans le préambule qui présente de meilleures performances que celles apportées par ce dispositif connu, notamment en ce qui concerne la sensibilité.The present invention provides a device of the kind mentioned in the preamble that has better performance than those provided by this known device, particularly with regard to sensitivity.

Pour cela, un dispositif de mesure d’ions comportant une sonde pour capter des charges électriques provenant d’ions, un circuit d’accumulation de charges, un circuit indicateur pour fournir une indication des charges accumulées est remarquable en que ledit circuit indicateur est formé à partir d’un circuit de mesure de temps pour mesurer le temps de charge du circuit d’accumulation de charges depuis une valeur initiale vers une valeur de seuil. L’idée de l’invention est que la vitesse de cumul des charges au niveau du circuit d’accumulation représente bien la densité des ions présents dans la proximité de ladite sonde. L’invention peut trouver d’autres applications par exemple la mesure de charges dans un fluide autre que l’air tel que l’eau, et aussi dans des milieux solides.For this, an ion measuring device comprising a probe for sensing electric charges from ions, a charge accumulation circuit, an indicator circuit for providing an indication of the accumulated charges is remarkable in that said indicator circuit is formed. from a time measuring circuit for measuring the charging time of the charge accumulation circuit from an initial value to a threshold value. The idea of the invention is that the rate of accumulation of charges at the level of the accumulation circuit represents the density of the ions present in the vicinity of said probe. The invention can find other applications for example the measurement of charges in a fluid other than air such as water, and also in solid media.

La description suivante accompagnée des dessins ci-annexés, le tout donné à titre d’exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l’invention peut être réalisée.The following description accompanied by the accompanying drawings, all given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be realized.

Dans les dessins : - la figure 1 montre un dispositif conforme à l’invention, - la figure 2 montre un diagramme temps illustrant le fonctionnement du dispositif de l’invention, - la figure 3 montre le mode de réalisation préféré d’un dispositif conforme à l’invention.In the drawings: - Figure 1 shows a device according to the invention, - Figure 2 shows a timing diagram illustrating the operation of the device of the invention, - Figure 3 shows the preferred embodiment of a device according to the invention. to the invention.

Sur ces figures, les éléments communs portent tous les mêmes références sur toutes les figures. A la figure 1, la référence 1 indique une sonde qui recueille les ions. Cette sonde se 2 présentant sous la forme d’une plaque métallique dont la surface est de l’ordre de 100 cm fournit donc des charges électriques à un circuit d’accumulation 5. A la sortie de ce circuit d’accumulation, on obtient une tension qui croît en fonction des charges accumulées. On compare au moyen d’un comparateur 7 cette tension de sortie à une tension de seuil Vs fournie par un générateur de tension de référence 9.In these figures, the common elements all have the same references in all the figures. In Figure 1, the reference 1 indicates a probe that collects the ions. This probe being in the form of a metal plate whose surface is of the order of 100 cm thus provides electrical charges to an accumulation circuit 5. At the output of this accumulation circuit, a voltage that increases with accumulated charges. This output voltage is compared by means of a comparator 7 to a threshold voltage Vs supplied by a reference voltage generator 9.

Si la valeur de sortie V du circuit d’accumulation 5 dépasse la valeur Vs alors l’entrée du circuit d’accumulation 5 est mise en relation à un générateur de tension initiale 11 au moyen d’un circuit de commutation 14 de sorte que la tension à la sortie du circuit d’accumulation a la valeur VrefIf the output value V of the accumulation circuit 5 exceeds the value Vs, then the input of the accumulation circuit 5 is connected to an initial voltage generator 11 by means of a switching circuit 14 so that the voltage at the output of the accumulation circuit has the value Vref

Conformément à l’invention, pour avoir une estimation d’ions recueillis par la sonde 1, l’invention propose de mesurer le temps qui s’écoule entre le moment où le circuit est mis à l’état initial et le moment où la valeur de sortie du circuit d’accumulation 5 atteint la valeur de seuil Vs. Cette mesure est effectuée par un circuit de mesure de temps 19. qui mesure le temps écoulé entre le temps où le circuit d’accumulation 5 est initialisé et le temps où la valeur V atteint la valeur de seuil Vs.According to the invention, to obtain an estimation of ions collected by the probe 1, the invention proposes to measure the time that elapses between the moment when the circuit is set to the initial state and the moment when the value The output of the accumulation circuit 5 reaches the threshold value Vs. This measurement is performed by a time measurement circuit 19 which measures the time elapsed between the time when the accumulation circuit 5 is initialized and the time when the value V reaches the threshold value Vs.

Le circuit d’accumulation 5 se compose d’un amplificateur 20 à haute impédance d’entrée dont l’entrée est reliée, lors de mesures d’ionisation, à la sonde 1 et coopérant avec un condensateur 22 dont la nature sera explicitée dans la suite du présent mémoire..The accumulation circuit 5 consists of an amplifier 20 with a high input impedance whose input is connected, during ionization measurements, to the probe 1 and cooperating with a capacitor 22 whose nature will be explained in FIG. continuation of this memo ..

La figure 2 explicite ce fonctionnement du dispositif de l’invention. Sur cette figure, on montre en ordonnées l’évolution de la tension de sortie V du circuit d’accumulation 5 et en abscisse le temps t. Si on affaire à une forte ionisation, la tension V va croître rapidement, on décrit alors l’évolution montrée en A. Si l’ionisation est moindre, on se trouve dans le cas de l’évolution montrée en B. Si l’ionisation est faible, alors on se trouve dans le cas de l’évolution montrée en C. A chaque évolution A, B, C.. on obtient une valeur du temps t : tA, tB, tC etc. Ceci donne, donc, la valeur de l’ionisation de l’environnement dans lequel la sonde 1 est placée.Figure 2 explains this operation of the device of the invention. In this figure, the ordinate shows the evolution of the output voltage V of the accumulation circuit 5 and the abscissa the time t. If we deal with a strong ionization, the voltage V will grow rapidly, we then describe the evolution shown in A. If the ionization is less, we are in the case of the evolution shown in B. If the ionization is weak, then one is in the case of the evolution shown in C. At each evolution A, B, C .. one obtains a value of the time t: tA, tB, tC etc. This gives, therefore, the value of the ionization of the environment in which the probe 1 is placed.

La figure 3 montre le mode de réalisation préféré de l’invention. Ce mode de réalisation utilise un microcontrôleur 60 qui gère, entre autres, le fonctionnement du dispositif de l’invention. Un microcontrôleur apte à ce genre de tâche peut être le microcontrôleur immatriculé PIC 16F1459.Figure 3 shows the preferred embodiment of the invention. This embodiment uses a microcontroller 60 which manages, inter alia, the operation of the device of the invention. A microcontroller suitable for this kind of task may be the microcontroller registered PIC 16F1459.

Par un signal Sini actif issu du microcontrôleur 60, on procède à la réinitialisation de l’amplificateur 20. Le signal Sini rend conducteur un transistor 61, de sorte que la tension Vref élaborée à partir d’un signal Sref issu du microcontrôleur 60 est appliqué à un transistor 62 incorporé au circuit de commutation 14. Cette tension est appliquée à l’entrée de l’amplificateur 20. Cette tension Vref ainsi appliquée écrase toute tension issue de la sonde 1. Lorsque le signal Sini n’est plus actif le transistor 62 n’est plus conducteur de sorte que l’amplificateur 20 est apte à recevoir les tensions d’ionisation de la sonde 1. L’amplificateur 20 est réalisé à partir d’un montage formé d’un transistor à grille isolé 63 coopérant, par l’intermédiaire d’une résistance 74 avec un transistor 64 fournissant la tension de sortie V aux extrémités d’une résistance 72. On profite de la capacité 22 présente au niveau de la grille du transistor à effet de champ 63 pour réaliser l’accumulation des charges. Cette capacité est représentée en pointillé sur le figures. La tension de sortie V est appliquée à un accès du microcontrôleur 60 qui opère une opération de comparaison. Le microcontrôleur 60 effectue aussi des mesures de temps de telle sorte qu’une visualisation de l’ionisation de l’environnement peut être affichée sur un afficheur 75.By an active signal Sini resulting from the microcontroller 60, the amplifier 20 is reset. The signal Sini turns on a transistor 61, so that the voltage Vref produced from a signal Sref originating from the microcontroller 60 is applied. to a transistor 62 incorporated in the switching circuit 14. This voltage is applied to the input of the amplifier 20. This voltage Vref thus applied overwrites any voltage from the probe 1. When the signal Sini is no longer active the transistor 62 is no longer conductive so that the amplifier 20 is able to receive the ionization voltages of the probe 1. The amplifier 20 is made from a mounting formed of an insulated gate transistor 63 cooperating, through a resistor 74 with a transistor 64 providing the output voltage V at the ends of a resistor 72. We take advantage of the capacitor 22 present at the gate of the transist gold field effect 63 to achieve the accumulation of charges. This capacity is shown in dotted lines in the figures. The output voltage V is applied to an access of the microcontroller 60 which performs a comparison operation. The microcontroller 60 also performs time measurements so that a visualization of the ionization of the environment can be displayed on a display 75.

Il est à noter que le microcontrôleur est apte à ajuster la valeur de la tension Vref et de la tension Vs en vue de l’étalonnage initial du dispositif de l’invention.It should be noted that the microcontroller is able to adjust the value of the voltage Vref and the voltage Vs for the initial calibration of the device of the invention.

Le principe de la calibration ou de l’étalonnage est de fixer la tension Sini de telle sorte que l’on obtienne une tension faible mais connue sur la résistance 72 (quelques dizaines de mV).The principle of calibration or calibration is to set the voltage Sini such that a low but known voltage is obtained on the resistor 72 (a few tens of mV).

Cela permet de pré-polariser la grille du transistor 63 afin que la moindre charge qui passe fasse varier la tension sur la résistance 72.This makes it possible to pre-bias the gate of transistor 63 so that the least charge that passes makes the voltage on the resistor 72 vary.

Ce principe de calibration permet de ne pas devoir attendre que la tension de polarisation soit atteinte, donc de réduire le temps de charge.This calibration principle makes it possible not to wait until the bias voltage is reached, thus reducing the charging time.

Les tensions générées par le microcontrôleur sont élaborées à partir d’un signal PWM (modulation en largeur d’impulsion) suivi d’un filtrage passe-bas. Ainsi, par programmation, le microcontrôleur peut engendrer sur des ports du microcontrôleur 60 des tensions de valeurs diverses.The voltages generated by the microcontroller are developed from a PWM signal (pulse width modulation) followed by a low-pass filtering. Thus, by programming, the microcontroller can generate on ports of the microcontroller 60 voltages of various values.

Claims

CLAIMS.

1) -. Ion measuring device comprising a probe (1) for sensing electric charges from ions, a charge accumulation circuit (5), an indicator circuit (19) for providing an indication of accumulated charges, characterized in that said indicator circuit is formed from a time measuring circuit for measuring the charging time of the charge accumulation circuit (5) from an initial value (Vref) to a threshold value (Vs).

2) - Device according to claim 1 characterized in that the charge accumulation circuit (5) is formed from the capacitance (22) present at the gate of a field effect transistor (63).

3) - Device according to claim 1 or 2 characterized in that it comprises a comparator (7) for comparing the accumulation rate of said charge accumulation circuit with said threshold value (Vs) and to trigger a reset to said initial value of said accumulation circuit (5) when the threshold value (Vs) is reached.

4) - Device according to one of claims 1 to 3 characterized in that it comprises a microcontroller member (60) for managing the operation of said ion measuring device.

5) - Device according to one of claims 3 or 4 characterized in that the time measuring circuit is triggered after each reset

6) - Device according to one of claims 4 or 5 characterized in that the value of the different voltages are developed by said microcontroller member 60 by generating a pulse width modulated signal followed by a low pass filtering.

7) - Device according to claim 6 characterized in that said threshold and initial values (Vs and Vref) are adjustable during the initial calibration of the device.

8) - Application of the device according to one of claims 1 to 7 for measuring low loads in a fluid medium other than air.

9) - Application of the device according to one of claims 1 to 7 for the measurement of low charges in a solid medium