Mesure de la vitesse d'une onde de choc par blocage des triodes HF

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Mesure de la vitesse d’une onde de choc par blocage des

triodes HF

Nguyen van Trong

To cite this version:

87 A.

MESURE DE LA VITESSE D’UNE ONDE DE CHOC PAR BLOCAGE DES TRIODES HF

Par NGUYEN VAN

_TRONG,

Département de

_Physique,

Faculté des Sciences de Lille.

Résumé. 2014

Nous proposons une méthode

_{photoélectrique simple}

et _{rapide pour} mesurer la vitesse d’un front lumineux de

_plasma

dans un tube de choc du _type coaxial [1]. Elle élimine les variations accidentelles du _signal

_{photoélectrique}

et les

_{perturbations}

dues à l’onde réfléchie.

Abstract. 2014 We describe

a

_simple

and

_rapid

_{photoelectric} method for _mesuring the _velocity of a

self-luminous _plasma front in a coaxial

_plasma

shock tube. This method eliminates the accidental

variations of the _{photoelectric signal} and the _{perturbations} due to the reflected wave.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE SUPPLÉMENT AU rio 6.

’

PHYSIQUE APPLIQUÉE

.

TOME _25, JUIN 1964, PAGE 87 A.

1. La mesure de la vitesse d’un

_plasma

_[2],

_quand

elle est relativement basse

_(de

l’ordre de 10

_km/s)

ne nécessite que le

_dispositif

_{particulièrement}

simple représenté

par la

figure

1. Le

plasma

se

déplace

derrière deux fenêtres en

_{plexiglass percées}

sur le tube de choc. Deux lentilles

_convergentes

permettent

de former

_l’image

des deux trous sur la cathode d’un

_{photomultiplicateur}

_qui

_attaque

en Y un

_oscilloscope

_rapide.

Le déclenchement de

l’oscil-loscope

est _{assuré par le} courant de

_décharge

lui

même. ,

FIG. 1.

L’allure de la brillance donnée _par

_chaque

fenêtre est

_{représentée}

_{par la}

_figure

2 en l’absence de l’onde réfléchie.

En A le front lumineux arrive devant le trou

considéré ;

la brillance

_augmente

alors

_rapidement

si la

_tréquence

₁₀

du circuit de

_décharge

est

_{élevée ;}

elle atteint son maximum en B et reste ensuite à peu

près

constante

jusqu’à

la fin de la

décharge

en odulant

_légèrement

à la

_fréquence

_{2 f o ;}

en C la

décharge

est

_pratiquement

terminée et la brillance diminue

_{exponentiellement.}

La

_{superposition}

des

_signaux

_{donnés par deux} fenêtres distantes de 20 cm donne des oscillo-grammes

plus

ou moins faciles à

interpréter.

La

rIG. 2.

figure

3

_représente

_par

_exemple

la courbe obtenue dans le cas où la vitesse _{moyenne entre} les deux fenêtres est de 11

_{km jsec,}

la

_{fréquence’propre}

du circuit de

_décharge

de 48 kHz et en l’absence de l’onde réfléchie.

FIG. 3.

Ici,

la forme de la courbe est facile à

_{interpréter :}

en A le front lumineux arrive devant le

_premier

trou, le

_signal

_augmente

_rapidement

atteint une

sorte de

_{palier ;}

le front lumineux continuant sa

course atteint la deuxième fenêtre d’où nouvelle

88 A

augmentation

du

_signal

_qui

reste _{ensuite à peu}

près

constant

_jusqu’à

la fin de la

_{décharge ;}

en C

la

_décharge

est terminée et l’extinction commence sur tout l’intérieur du

tube,

la décroissance du

signal

à une allure

exponentielle.

Le

_point

A est facile à déterminer

_quand

la

décharge

condensée est

_{rapide (fo}

_élevée)

la montée du

_signal

étant

_brusque.

Le

_point

B est en

_général

difficile à déterminer avec certitude

’pour

des

vitesses

_supérieures

à 10

_{km f s}

et _pour

de

faibles

fréquences f o

de

_décharge.

En

_effet,

il est nécessaire

que la durée de transit AB soit

supérieure

au

temps

de montée AA’ du

_signal

dû au

_premier

trou. Si on assimile la montée du

_premier

et du duxième

_signal

à des

_droites,

comme le montre la

figure 4,

le

_point

B est difficile à déterminer

_lorsque

le deuxième

_signal

_apparait

avant _{que le}

_premier

ait terminé sa montée.

FIG. 4.

Cette méthode de

_{superposition}

de deux

_signaux

présente

eh outre un

grave

inconvénient : si le

premier

signal

pour une raison

_quelconque

pré-sente

_;une

_{irrégularité,}

on

_risquera

de la

_prendre

pour le deuxième

signal,

d’où une erreur dans le

calcul des vitesses.

2. Pour éliminer ces inconvénients nous utilisons une méthode basée sur le

blocage

de deux

ampli-ficateurs haute

_fréquence

à triodes mis en

_parallèle

sur la même résistance de

_charge.

FIG. 5.

La

_figure

5 nous donne le schéma du

_montage.

Chaque

fenêtre

_pratiquée

dans le tube de choc sert à éclairer un

_{photomultiplicateur}

_par l’intermé-diaire d’une lentille

_convergente.

_Chaque

photo-multiplicateur

attaque

une

_grille

de la double

triode HF

₍₁₂

AT 7

_Philips).

Les deux anodes

sont reliées à une même résistance de

charge

de

2 kQ. A cause de la haute tension d’alimentation

(170 volts)

une

_attaque

en différentiel de

l’oscil-loscope cathodique

est

_{préférable.}

Les cathodes

sont

_polarisées

_{automatiquement}

à

_0,5

volt en l’absence de

_signal.

Cette

_polarisation

est obtenue

à _{l’aide de deux résistances distinctes pour éviter}

que le

blocage

d’une triode ne modifie la

polari-sation

_cathodique

de l’autre.

Les

_{photomultiplicateurs}

utilisés sont des IP 22 RCA à 9

_étages.

Ils sont _{peu sensibles}

(0,6

A/lumen) ;

mais il est inutile d’utiliser des

photomultiplicateurs

très

sensibles

_beaucoup

_plus

coûteux et

_plus

_délicats,

_puisque

nous avons assez de lumière. Ceux-ci sont

_capables

de débiter des

courants

_{importants (2 mA) pendant}

toute la durée de

_{décharge (200}

_pLs

_environ)

sans donner de

_signes

de défaillance

_après

une

_longue

série d’essais.

_Or,

il est intéressant d’obtenir des courants

photo-électriques

élevés : car cela

_permet

de réduire la résistance de

_charge

des

_{photomultiplicateurs}

et

d’augmenter

ainsi la

_rapidité

du circuit de mesure ;

un autre

_avantage

appréciable

est _{que les} courants induits par les ondes

parasites produites

par la

décharge

prennent

alors une

_importance

relative

moins

_grande.

La résistance

_anodique

des

photo-multiplicateurs

doit rester néanmoins suffisante

(20 kQ)

pour leur fournir une certaine

_protection

contre les suréclairements. De

_fait,

cette résistance assez élevée ne nous

_{gêne guère,}

_puisque

ce _que nous cherchons à obtenir n’est pas le

_signal

photo-électrique

tout

_entier,

dont

_{l’amplitude}

dépas-serait souvent

_(-

40

_{volts) ;}

mais cherchons seule-ment la tension

_(-

3

_volts)

_{suffisante pour}

_bloquer

les triodes de la 12 AT 7 dont lès cathodes sont

polarisées

à

_0,5

volts. Le

_temps

nécessaire _pour atteindre cette tension est nettement inférieur au

temps

de montée du

_signal

_{photoélectrique}

tout

entier.

3. Voici comment on

_peut

_expliquer

le

fonction-nement de ce

_{montage :}

En l’absence de tout

_signal

_{photoélectrique}

la résistance de

_charge

commune aux deux

ampli-ficateurs est _{parcourue par} un courant constant.

Lorsque

le

_plasma

arrive à la

_{première fenêtre,}

le

photomultiplicateur

qui

lui est associé envoie un

signal négatif qui bloque

un des

amplificateurs,

et le courant diminue

_brusquement

dans la

_résistance

anodique

commune. La

_première

fenêtre reste

suffi-samment éclairée

_pendant

toute la durée de la

décharge (environ

200

_(.Ls)

_{pour que}

_{l’amplificateur}

qui

lui

_correspond

reste

_bloqué.

89 A

ce _{que le}

_plasma

arrive à la deuxième fenêtre. Le deuxième

_{amplificateur}

se

bloque

à son tour et le

courant s’annule

_jusqu’à

la fin de la

_décharge.

La

photographie (fig.

6)

nous donne l’allure de la

Fie. 6. - Le

balayage en x est de 10 _{micro-secondes par} division. La durée de transit du _plasma entre les _deux fenêtres est de 27 micro-secondes dans _l’exemple donné.

courbe observée à

_{l’oscilloscope cathodique.}

On

peut

en. déduire le

_temps

de transit du

_plasma

entre les deux fenêtres. Connaissant la distance.

qui

les

_{sépare (20}

_cm)

on calcule la vitesse moyenne du

_plasma

sur ce _{parcours. Nous} avons _pu ainsi

mesurer dans de bonnes conditions des vitesses

atteignant

24

_km/s.

4. La _{méthode que} nous venons

_d’exposer

est

une véritable remise en forme des

_signaux

photo-électriques.

Les variations accidentelles de l’allure du

_signal,

les

_{perturbations}

due à l’onde réfléchie n’ont

_plus

aucune

importance

_{parce que} les

ampli-ficateurs une fois

_bloqués

le restent

_pendant

toute la durée de

_décharge.

Cette

_{simplification}

de la forme de la courbe observée à

_{l’oscilloscope}

per-mettrait d’utiliser

_plus

de deux fenêtres et d’avoir une idée des variations de la vitesse du

plasma

le

long

du tube de choc.

Manuscrit reçu le 6 octobre 1963.

BIBLIOGRAPHIE [1] KOLB _{(A. C.)} et GRIEM _{(H. R.),} dans Atomic and

Molecular Processes, 1962 _(Bates D. R., éd.). On y trouve une abondante _{bibliographie} sur les ondes de choc.

[2] GAYDON et _HURLE, Schok tube in _{high temperature}