FR2781046A1 - Procede et dispositif de determination de proprietes physiques d'un objet - Google Patents

Abstract

Procédé de détermination des propriétés physiques d'un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à : - disposer l'objet (O), au contact d'une première face d'une plaque (11) électriquement isolante dont une seconde face opposée est en contact avec un corps (15) électriquement conducteur;- appliquer (20, 21) une différence de potentiel électrique entre l'objet (O) et le corps électriquement conducteur (15) et- visualiser et/ou enregistrer, à travers la plaque (11) et le corps (15) un signal optique (S) représentatif de décharges électriques (D) d'ionisation d'un gaz au voisinage de l'objet. Le dispositif comprend un capteur (10) formé de deux plaques (11, 12) électriquement isolante dont l'une (11) est en contact avec l'objet (O), alors qu'un corps électriquement conducteur (15) est disposé entre les plaques. Une caméra (24) permet de visualiser les décharges (D) et de transmettre leur image à un moniteur (30), à un magnétoscope (31) ou à un ordinateur (32).

Description

i L'invention a trait à un procédé et à un dispositif de

détermination des propriétés physiques d'un objet.

Les propriétés physiques d'un objet peuvent être détermi-

nées en étudiant les décharges ou arcs électriques formés à la surface ou au voisinage de cet objet lorsqu'il est soumis à un potentiel électrique différent d'un élément conducteur placé à proximité. Par le document FR-A-2 410 467, il est connu d'utiliser la photographie par effet KIRLIAN dans un but de diagnostic sur le corps humain. La photographie KIRLIAN permet d'obtenir une image de la surface périphérique d'un objet sur un support photo-sensible, tel qu'un papier photographique. Les variations dans la composition du papier photographique, dans son humidité ou dans la composition des bains de révélateurs, sont telles que les résultats obtenus par la photographie KIRLIAN sur un support photo-sensible ne sont pas reproductibles. En outre, ce procédé connu implique de travailler en chambre noire et sa mise en oeuvre est relativement longue dans la mesure o les résultats ne sont visibles qu'après développement des supports photosensibles. C'est pourquoi, aucune utilisation effective de la photographie KIRLIAN dans les domaines scientifique ou

industriel n'a pu être envisagée avec succès jusqu'à présent.

L'invention vise à proposer un procédé et un dispositif qui permettent la détermination en temps réel ou en différé, des propriétés physiques d'un objet avec une excellente

reproductibilité, de sorte que des études comparatives systéma-

tiques peuvent être conduites.

Dans cet esprit, l'invention concerne un procédé de détermination des propriétés physiques d'un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à: disposer cet objet au contact d'une première face d'une plaque électriquement isolante dont une seconde face

opposée est en contact avec un corps électriquement conduc-

teur; - appliquer une différence de potentiel électrique entre l'objet et le corps électriquement conducteur et - visualiser et/ou enregistrer, à travers la plaque et le corps électriquement conducteur, un signal optique représentatif de décharges électriques d'ionisation d'un gaz au

voisinage de l'objet.

Grâce à l'invention, la visualisation et/ou l'enregistre-

ment de l'image des décharges électriques à travers la plaque et le corps électriquement conducteur permet de se dispenser de l'utilisation d'un papier photo-sensible, des perturbations qu'il induirait sur la reproductibilité des mesures et du temps de développement nécessaire. La visualisation permet d'ajuster immédiatement les paramètres de la différence de potentiel appliquée afin d'effectuer les relevés dans les meilleures conditions, alors que, dans un système KIRLIAN classique, il conviendrait de travailler par approximations successives

impliquant chacune le développement d'un support photosensible.

Selon un aspect avantageux de l'invention, le procédé consiste également à créer des arcs ou décharges d'ionisation dans un mélange gazeux de composition déterminée situé au

voisinage de l'objet ou entre l'objet et le corps conducteur.

Le fait que la composition du mélange gazeux est déterminée permet de connaître le potentiel d'ionisation de chaque gaz qui le constitue et d'obtenir des décharges ionisantes à des niveaux énergétiques différents, ces décharges ionisantes

pouvant avoir des couleurs différentes, ce qui permet d'identi-

fier différents niveaux électriques d'amorçage des décharges ionisantes. L'invention concerne également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé tel que décrit ci-dessus et, plus spécifiquement, un dispositif de détermination des propriétés physiques d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur formé d'au moins une plaque électriquement isolante en contact, par un première face, avec cet objet et, par une seconde face, avec un corps électriquement conducteur, des

moyens d'alimentation de cet objet et de ce corps électrique-

ment conducteur avec des potentiels électriques différents et des moyens de visualisation et/ou d'enregistrement, à travers la plaque et le corps, d'un signal optique représentatif des décharges électriques d'ionisation d'un gaz au voisinage de l'objet, du fait de la différence des potentiels électriques de

l'objet et du corps.

Grâce au dispositif de l'invention, il est possible de visualiser, de façon simple, les décharges électriques obtenues

et de les enregistrer sans utiliser de matériel qui perturbe-

rait les mesures.

Selon un premier aspect avantageux de l'invention, le capteur est formé d'au moins deux plaques électriquement isolantes séparées par un moins une entretoise, ces plaques et cette entretoise définissant entre elles un volume de réception du corps électriquement conducteur. Cette structure simple

permet d'utiliser un fluide conducteur tel qu'un gel.

Selon une variante de réalisation de l'invention, le

capteur comprend au moins trois plaques électriquement isolan-

tes définissant, entre deux d'entre elles, un volume de récep-

tion d'un mélange gazeux apte à s'ioniser sous l'effet d'une

différence de potentiel appliqué entre l'objet et le corps.

Grâce à cet aspect de l'invention, les décharges d'ionisation sont créées dans un milieu dont la composition peut être contrôlée, de sorte que les niveaux d'ionisation, correspondant aux différentes décharges, peuvent être visualisés avec des couleurs différentes dépendant de la nature des gaz constituant

ce mélange.

Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le dispositif comprend un boîtier dont une face externe porte le capteur, une chambre optique étant définie à l'intérieur de ce

boîtier au niveau de ce capteur, cette chambre optique compre-

nant des moyens de transmission, à un système de visualisation

ou d'enregistrement de l'image, d'un signal optique représenta-

tif des décharges électriques formées. Cette chambre optique constitue la zone à proximité de, ou dans, laquelle peuvent

être installés des instruments de mesure ou de relevé.

Selon un autre aspect avantageux de l'invention, une enceinte isolée est prévue pour être disposée autour de l'objet lorsqu'il est au contact du capteur, cette enceinte comprenant des moyens de charge électrique de l'objet et/ou permettant le

contrôle d'un mélange gazeux qu'elle contient.

L'invention peut être appliquée à de nombreux domaines.

Elle trouve cependant une application particulière pour la détermination des propriétés biologiques d'un corps humain, animal ou végétal. Elle peut être utilisée par un praticien pour la détermination de méridiens au sens de l'acupuncture, de trajets d'écoulement de fluide énergétique, comme le sang d'un mammifère ou la sève d'un végétal, cette dernière application de l'invention permettant de contrôler les caractéristiques

biologiques de plantes en vue de leur sélection.

Une autre application particulièrement importante de l'invention concerne le contrôle dimensionnel, structurel ou de l'état de surface de pièces mécaniques ou électriques, dans la mesure o des zones de décharges électriques plus concentrées

peuvent être observées sur une pièce présentant des micro-

fissures ou des défauts de surface.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la

description qui va suivre de deux dispositifs de détermination

des propriétés physiques d'un objet et de leur mise en oeuvre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un dispositif conforme à l'invention; - la figure 2 est une coupe verticale selon la ligne II-II à la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective éclatée du capteur utilisé avec le dispositif de la figure 1; - la figure 4 est une coupe verticale du capteur de la figure 3 en position montée selon la ligne brisée IV-IV à la figure 3; - la figure 5 est un synoptique général du dispositif de la figure 1; - la figure 6 est une coupe verticale d'un capteur conforme à un second mode de réalisation de l'invention et - la figure 7 est une coupe analogue à la figure 2 pour un dispositif conforme à l'invention incorporant le

capteur de la figure 6.

Le dispositif 1 représenté aux figures 1 et 2 comprend un boîtier 2 dont la face supérieure porte des moyens 3 de réglage d'appareillages électriques et un capteur 10 sur lequel est posée une feuille, constituant un objet O, dont les propriétés

physiques doivent être déterminées.

La structure du capteur 10 apparaît plus clairement aux figures 3 et 4. Ce capteur comprend deux plaques 11 et 12, transparentes ou translucides, réalisées dans un matériau électriquement isolant, tel que du verre ou une matière

plastique du type poly-métacrylate de méthyle ou polyacrylique.

Deux entretoises conductrices 13 et 14 sont disposées sur les faces en regard des plaques 11 et 12 en ayant sensiblement la même géométrie, de sorte que lorsque le capteur est monté, comme représenté à la figure 4, les plaques 11 et 12 et les

entretoises 13 et 14 définissent entre elles un volume inté-

rieur V du capteur 10 dans lequel peut être disposé un corps électriquement conducteur 15, transparent ou translucide, tel qu'un gel du type utilisé en électro-cardiographie ou pour des échographies. Il s'est également avéré qu'un savon liquide transparent convient pour réaliser l'élément 15, un tel savon

présentant l'avantage supplémentaire d'un coût attractif.

Deux orifices 16 et 16' sont prévus dans la plaque inférieure 12 pour le remplissage du volume V avec le gel 15, l'un de ces orifices servant d'évent lors du remplissage. Deux vis 16a et 16'a servent respectivement de bouchons pour les

orifices 16 et 16'.

Un cordon 17 de colle étanche et électriquement isolante est disposé autour des entretoises 13 et 14 entre les plaques

11 et 12 et/ou en débordement de celles-ci afin de les solida-

riser. Une vis 18 est prévue pour traverser un orifice 14a de l'entretoise 14 et un orifice correspondant 12a de la plaque 12, de telle sorte que son extrémité 18a dépasse sur une face extérieure du capteur 10 au point qu'elle peut être reliée à une cosse 19 constituant l'extrémité d'un câble électrique 20 raccordé à une sortie d'un générateur de haute tension à

fréquence variable 21.

Les moyens 3 permettent en particulier de régler l'ampli-

tude, la fréquence et le rapport cyclique de la tension délivrée par le générateur 21. Compte tenu de ce qui précède, le corps conducteur 15 est porté à un potentiel électrique imposé par le générateur 21 en fonction d'une consigne donnée

par les moyens 3.

Dans la suite, on considère que l'objet O formé par la

feuille est au potentiel de la terre.

En fonction des paramètres caractéristiques de la tension appliquée au corps 15, et notamment de son amplitude, des décharges électriques D sont créées au niveau des bords de la feuille, ce qui induit un phénomène d'ionisation de l'air ambiant A. La répartition spatiale et l'intensité de ces décharges D sont éminemment variables en fonction de la feuille posée sur le capteur 10. En particulier, une feuille saine permet de générer des décharges avec une certaine répartition qui dépend, en particulier, de ses nervures. Au contraire, dans le cas d'une feuille malade, certaines zones du bord de la feuille ne donnent pas lieu à la création de décharges, ce qui peut être

expliqué par le fait que ces zones ne sont plus irriguées.

L'invention permet donc de différencier les feuilles saines des feuilles malades, indépendamment de leur aspect extérieur ou de leur texture. Les propriétés biologiques d'une feuille peuvent également être identifiées par comparaison avec celles de

feuilles de référence dont les propriétés sont connues.

On note que le dispositif de l'invention est compact puisqu'il est contenu dans le boîtier 2, de sorte qu'il peut être déplacé sur un site de mesures, par exemple pour des

relevés sur une population d'arbres.

Comme il ressort plus clairement de la figure 2, une chambre optique 22 est créée à l'intérieur du boîtier 2 en

dessous du capteur 10.

Cette chambre optique renferme un miroir 23 orienté pour renvoyer l'image des décharges D formées au niveau du capteur 10 en direction d'une caméra 24 de tout type connu et, par exemple, d'une caméra vidéo au standard VHS ou d'une caméra numérique. Le boîtier 2 renferme également une source d'alimentation permettant de fournir l'énergie nécessaire à la caméra 24 et

à un générateur de fréquence à modulation de largeur d'impul-

sions (PWM) 26 dont la sortie est connectée au générateur de

tension 21.

Une lampe 27 est également disposée dans la chambre optique 22 et permet d'éclairer le miroir 23 et les objets à placer sur le capteur 10 à travers celui-ci. La lampe 27 est choisie pour constituer une source de lumière diffuse, de telle sorte que même si elle reste éclairée au cours des décharges formées autour de la feuille, elle ne perturbe pas le signal

optique S reçu et traité par la caméra 24.

Le signal traité par la caméra 24 peut être au choix dirigé vers un moniteur permettant une visualisation directe et/ou enregistré sur un support magnétique ou informatique,

permettant son traitement ultérieur, notamment pour des compa-

raisons avec des images de référence.

La figure 5 est un synoptique général du dispositif des figures 1 à 4 qui montre l'objet O posé sur le capteur 10 alors que les décharges D sont captées en tant que signal optique S par la caméra 24 qui est reliée à un moniteur vidéo 30 et à un magnétoscope 31. La caméra 24 est également reliée à un ordinateur 32 tel qu'un ordinateur personnel, lui- même connecté à une imprimante 33 permettant d'éditer des copies papier 34 d'images des décharges D sélectionnées après visualisation sur

le moniteur 30 ou sur l'écran 32a de l'ordinateur 32.

Le système de contrôle et d'alimentation électrique du dispositif 1 comprend une unité 40 de gestion électronique, équipée d'un afficheur 41 et apte à piloter le générateur 26 et un étage de pilotage 26' comprenant un pont en H. La sortie de l'étage de pilotage 26' est connectée au générateur de haute tension 21 qui est raccordé au corps électriquement conducteur grâce au câble 20. L'alimentation variable 25 est également

commandée par l'unité 40.

Un dispositif 50 de bascule entre une utilisation du générateur 21 en mode commun et une utilisation en mode

différentiel est également utilisé. En mode commun, le disposi-

tif 50 est prévu pour raccorder une borne du générateur 21 à la masse, comme représenté en traits pleins. En mode différentiel représenté en traits pointillés, cette borne du générateur 21 est reliée à une électrode 51 dont la fonction sera expliquée

dans ce qui suit.

Dans le second mode de réalisation de l'invention repré-

senté aux figures 7 et 8, les éléments analogues à ceux du mode

de réalisation des figures 1 à 6 portent des références identi-

ques. Le capteur 10 de ce mode de réalisation diffère du

précédent en ce qu'il comprend une troisième plaque transpa-

rente ou translucide 111 séparée de la plaque 11 par une entretoise 113, de telle sorte qu'il est défini un volume V' fermé entre les plaques 11 et 111. Un cordon 117 de colle étanche et électriquement isolant est disposé autour de

l'entretoise 113.

Le volume V' est rempli d'un mélange gazeux G de composi-

tion déterminée, par exemple un mélange d'argon, de néon et d'hélium. Ces gaz présentent la propriété remarquable de donner lieu à des décharges d'ionisation de couleurs différentes, à savoir bleue pour l'argon, orange pour le néon et blanche pour

l'hélium, ces décharges ayant lieu à des potentiels d'ionisa-

tion différents et prédéterminés en fonction des propriétés de

ces gaz. Ainsi, le relevé des décharges d'ionisation est effec-

tué grâce au dispositif de l'invention pour des décharges correspondant à des potentiels électriques connus. En plus de la répartition géométrique des décharges D, il est alors possible de comparer les niveaux des potentiels électriques en jeu dans une série de mesures. On peut ainsi savoir si une feuille ou un corps biologique donne lieu à des décharges

électriques à des potentiels électriques plus ou moins impor-

tants, ce qui permet d'apprécier, par exemple, sa résistivité.

Comme représenté à la figure 8, le capteur 10 peut être inséré dans le dispositif 1 sous une cloche 160 formant une enceinte fermée au-dessus du capteur 10 sur lequel on été représentés cinq objets O tels que, par exemple, des gouttes de

vin. Des électrodes 161, du type de l'électrode 51 du disposi-

tif de bascule 50 mentionné en référence au premier mode de

réalisation, peuvent être reliées au générateur 21 qui fonc-

tionne alors en mode différentiel, en appliquant une différence de potentiel directement entre les objets O, qui sont au

contact des électrodes 161, et le corps électriquement conduc-

teur 15.

Lorsque la valeur de la différence de potentiel entre les électrodes 161 et le corps 15 est suffisante, des décharges électriques D sont créées à l'intérieur du mélange gazeux contenu dans le volume V', ces décharges résultant dans une ionisation du mélange gazeux dont l'image peut être enregistrée

par la caméra 24 après réflection sur le miroir 23.

Lorsque les électrodes 161 sont toutes portées au même potentiel, le dispositif tel qu'il est représenté dans la

configuration de la figure 7 permet de comparer les caractéris-

tiques physiques de plusieurs objets, par exemple de gouttes de vin de plusieurs crus ou de plusieurs années de production. Il est également possible de prévoir d'alimenter les électrodes 161 avec des potentiels électriques différents, de sorte que les différences de potentiel avec le corps 15 sont distinctes

et qu'il est possible de générer, en même temps et en parallè-

le, des décharges d'ionisation correspondant à des niveaux

d'énergie différents entre les électrodes et le corps conduc-

teur 15 qui constitue une électrode commune.

Le fait que la cloche 160 constitue une enceinte fermée permet d'envisager d'entourer les objets O d'un mélange gazeux G' de composition prédéterminée. Ainsi, comme dans le cas du mélange G présent entre les plaques 111 et 11, le niveau énergétique des décharges D créées autour des objets peut-il

être connu.

L'utilisation du capteur 10 du second mode de réalisation n'est pas indispensable puisque, avec le capteur du premier mode de réalisation et la cloche 160, la composition chimique

du gaz environnant les objets O est contrôlée.

Dans tous les cas, on crée une capacité entre l'objet O

dont on détermine les caractéristiques et le corps électrique-

ment conducteur 15.

Les tensions d'alimentation en sortie du générateur 21 sont de l'ordre de 5 à 30 kV, le niveau de la tension étant

ajusté grâce aux moyens 3, notamment en fonction de la résisti-

vité connue ou supposée de l'objet O dont on cherche à détermi-

ner les caractéristiques.

Le dispositif du premier mode de réalisation peut être utilisé avec l'enceinte 160, le générateur 21 fonctionnant en mode commun ou différentiel. De même, le dispositif du second mode de réalisation fonctionne avec ou sans enceinte 160, le

générateur 21 étant branché en mode commun ou différentiel.

Le dispositif de l'invention peut être utilisé avec une feuille comme décrit précédemment, mais également avec d'autres

corps animaux ou végétaux.

Par exemple, dans le domaine de l'acupuncture, le fait de poser sur la capteur 10 la main d'un patient permet de détermi- ner l'emplacement des terminaisons nerveuses de cette main en fonction de la répartition des lignes de décharge D. Il est ainsi possible d'établir une cartographie des terminaisons nerveuses ou des méridiens de la main d'un patient, cette information pouvant être utilisée par un médecin ou un agent

para-médical dans le domaine de l'acupuncture, de l'ostéopa-

thie, de l'homéopathie ou de la kinésithérapie.

Dans le domaine de la botanique ou de l'agriculture,

l'invention peut être utilisée pour comparer les caractéristi-

ques de plantes entre elles, par exemple les caractéristiques biologiques de plantes obtenues par des cultures de types

différents, biologiques, intensifs ou transgéniques.

L'invention permet également de détecter des micro-

fissures ou des lignes de faiblesse dans un pièce mécanique ou électrique, car ces micro-fissures ou lignes de faiblesse sont les plus susceptibles de constituer le point de départ de l'ionisation due aux décharges. L'invention permet donc de procéder à des contrôles dimensionnels, structurels ou de

l'état de surface des pièces en question.

Outre les domaines mentionnés ci-dessus, de nombreuses

applications peuvent être envisagées pour l'invention, notam-

ment dans les domaines de la détermination des propriétés

biologiques d'un corps humain, animal ou végétal.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination des propriétés physiques d'un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à: - disposer ledit objet (O), au contact d'une première face d'une plaque (11; 111) électriquement isolante dont une

seconde face opposée est en contact avec un corps (15) électri-

quement conducteur; - appliquer (20, 21) une différence de potentiel électrique entre ledit objet et ledit corps électriquement conducteur et visualiser et/ou enregistrer, à travers ladite plaque et ledit corps, un signal optique (S) représentatif de décharges électriques (D) d'ionisation d'un gaz au voisinage

dudit objet.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à créer des décharges (D) d'ionisation dans un mélange gazeux (G, G') de composition déterminée situé au voisinage dudit objet (O) ou entre ledit objet (O) et ledit

corps conducteur (15).

3. Dispositif de détermination des propriétés physiques d'un objet, caractérisé en ce qu'il comprend: - un capteur (10) formé d'au moins une plaque (11, 12, 111) électriquement isolante en contact, par une première face, avec ledit objet (O) et, par une seconde face, avec un corps (15) électriquement conducteur, - des moyens (19-21, 25, 26) d'alimentation dudit objet et dudit corps électriquement conducteur avec des potentiels électriques différents et - des moyens (22-24, 30-33) de visualisation et/ou d'enregistrement, à travers ladite plaque et ledit corps, de d'un signal optique (S) représentatif de décharges électriques (D) d'ionisation d'un gaz (A, G, G') au voisinage dudit objet, du fait de la différence des potentiels électriques dudit objet

et dudit corps.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit capteur (10) est formé d'au moins deux plaques (11,

12) électriquement isolantes séparées par au moins une entre-

toise (13, 14), lesdites plaques et ladite entretoise définis-

sant entre elles un volume (V) de réception dudit corps (15)

électriquement conducteur.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce

que ledit corps conducteur est un fluide, notamment un gel.

6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5,

caractérisé en ce que ledit capteur comprend au moins trois plaques (11, 12, 111) électriquement isolantes définissant, entre deux d'entre elles (11, 111) un volume (V') de réception d'un mélange gazeux (G) apte à s'ioniser sous l'effet d'une différence de potentiel appliquée entre ledit objet (O) et

ledit corps (15).

7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6,

caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (2) dont une face externe porte ledit capteur (10), une chambre optique (22) étant définie à l'intérieur dudit boîtier au niveau dudit capteur, ladite chambre optique comprenant des moyens (23) de

transmission, à un système de visualisation et/ou d'enregistre-

ment (24, 30-33) d'un signal optique (S) représentatif des

décharges électriques (D) formées.

8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7,

caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte isolée (160) prévue pour être disposée autour dudit objet (O) au contact dudit capteur (10), ladite enceinte comprenant des moyens (161) de charge électrique dudit objet et/ou permettant le contrôle

d'un mélange gazeux (G') qu'elle contient.

9. Utilisation du procédé selon l'une des revendications

1 ou 2 ou du dispositif selon l'une des revendications 3 à 8

pour la détermination des propriétés biologiques d'un corps

humain, animal ou végétal.

10. Utilisation du procédé selon l'une des revendications

1 ou 2 ou du dispositif selon l'une des revendications 3 à 8

pour le contrôle dimensionnel, structurel ou de l'état de

surface d'une pièce.