FR2633054A1

FR2633054A1 - Dispositif de mesure des charges electriques et de la polarisation portees par un isolant et procede de mesure de telles grandeurs

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Publication number: FR2633054A1
Application number: FR8808212A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1989-12-22
Anticipated expiration: 2008-06-20
Also published as: FR2633054B1

Abstract

Il s'agit d'un dispositif pour mesurer localement les quantités de charges électriques portées en volume par un matériau isolant, qui comprend des moyens déformants qui engendrent dans l'isolant une déformation se propageant à l'intérieur de l'isolant et le traversant de part en part, deux électrodes de mesure, situées de part et d'autre de l'isolant, dont l'une au moins dite électrode adjacente est en contact intime avec l'isolant, électrodes sur lesquelles se trouvent les charges induites par les charges électriques contenues dans l'isolant, charges induites modifiées pendant la propagation de la déformation par l'effet de cette dernière sur les charges rencontrées dans l'isolant, des moyens d'amplification des signaux électriques apparaissant aux bornes des électrodes, en réponse à la modification des charges induites, pendant la propagation de la déformation, des moyens d'enregistrement des signaux issus des moyens d'amplification et enfin, des moyens de traitement et de visualisation de ces signaux. Application à la mesure des caractéristiques des matériaux isolants pour l'industrie des câbles électriques, des condensateurs ou des isolants, à la préparation et à la caractérisation de transducteurs piézoélectriques ou pyroélectriques, à l'analyse des phénomènes de décharges électrostatiques.

Description

L'invention est relative aux dispositifs pour mesurer localement les quantités de charges électriques ou les densités de polarisation portées en volume par un matériau isolant, matériau qui sera désigné par le mot isolant dans la suite, et qui pourrait se présenter aussi bien sous forme de feuille, de plaque, de tube, de disque, etc..Elle est applicable de manière avantageuse à des fins d'analyse ou de contrôle des isolants et particulièrement à ceux qui ont la forme de tubes.

Quand un isolant est soumis à un champ électrique, de nombreux processus peuvent se produire des dipôles peuvent s'orienter dans le champ, des ions peuvent migrer et dans certains cas, des charges peuvent être transférées aux interfaces. Ces effets peuvent avoir des conséquences bénéfiques dans certains cas ou nuisibles dans d'autres.

Par exemple, dans l'isolant d'un câble à haute tension, l'apparition au cours du temps de charges ou d'une polarisation peut se traduire par des augmentations locales du champ électrique et donc des risques de claquages de l'isolant.

Un autre exemple peut être trouvé lorsqu'un satellite est soumis dans l'espace au vent ionique qu'il rencontre. En effet les parties isolantes du satellite sont chargées par les charges ainsi transférées et des différences de potentiel électrique importantes peuvent apparaître qui peuvent conduire à des décharges susceptibles d'endommager l'électronique embarquée à bord du satellite.

Egalement, lorsqu'on polarise une céramique pour la rendre piézoélectrique ou pyroélectrique, des migrations de charges électriques peuvent créer une polarisation non uniforme, ce qui se traduit par des diminutions d'efficacité des matériaux obtenus.

Pour toutes ces raisons, il apparaît extrêmement utile de disposer d'un dispositif de mesure des charges ou des distributions de polarisation localement, à l'intérieur même des isolants. De manière particulièrement avantageuse, il est intéressant de pouvoir effectuer cette mesure lorsque les isolants en question sont soumis aux conditions dans lesquelles ils seront employés, par exemple dans le cas des isolants pour cable à haute tension lorsque l'isolant est soumis à une différence de potentiel élevée.

L'invention a pour but d'effectuer de telles mesures avec une très bonne résolution spatiale, une grande vitesse, et même de manière non destructive, c'est.à.dire permettant, par une succession de mesures, de suivre l'évolution des charges à l'intérieur de l'isolant. A cet effet, les dispositifs de mesure du genre en question sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent des moyens déformants qui engendrent dans l'isolant une déformation se propageant à l'intérieur de l'isolant et le traversant de part en part, en un temps T, déformation ayant un temps d'établissement TO très inférieur à T, deux électrodes de mesure, situées de part et d'autre de l'isolant, dont l'une au moins dite électrode adjacente est en contact intime avec l'isolant, électrodes sur lesquelles se trouvent les charges induites par les charges électriques contenues dans l'isolant, charges induites modifiées pendant la propagation de la déformation par l'effet de cette dernière sur les charges rencontrées dans l'isolant, des moyens d'amplification des signaux électriques apparaissant aux bornes des électrodes, en réponse à la modification des charges induites, pendant la propagation de la déformation, des moyens d'enregistrement des signaux issus des moyens d'amplification et enfin, des moyens de traitement et de visualisation de ces signaux.

Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et ou à l'autre des dispositions suivantes
l'isolant a la forme d'un tube,
- dans un dispositif selon l'alinéa précédent les électrodes de mesure sont placées l'une à l'intérieur et l'autre à l'extérieur du tube,
- dans un dispositif selon l'alinéa précédent les moyens déformants engendrent une déformation qui se propage radialement dans l'isolant,
- les moyens déformants comprennent au moins une source d'impulsions de pression, située du côté de l'électrode adjacente,
- les moyens déformants selon l'alinéa précédent comprennent au moins un élément piézoélectrique qui engendre l'impulsion de pression,
- dans un dispositif selon l'alinéa précédent, lorsque l'isolant a la forme d'un tube, et que les électrodes de mesure sont placées l'une à l'intérieur et l'autre à l'extérieur du tube, l'électrode adjacente est l'électrode intérieure et l'élément piézoélectrique a la forme d'un tube,
- dans un dispositif selon l'alinéa qui précède le précédent, lorsque l'isolant ala forme d'un tube et que les électrodes de mesure sont placées l'une à l'intérieur et l'autre à l'extérieur du tube, l'électrode adjacente est l'électrode extérieure, le ou les éléments piézoélectriques ont la forme de sections de tube de même rayon intérieur que le rayon extérieur de l'électrode adjacente, et des moyens de serrage sont prévus pour presser ce ou ces éléments contre l'électrode adjacente,
- dans un dispositif selon l'alinéa précédent les moyens de serrage sont constitués par une pince, le ou les éléments piézoélectriques étant situés à l'intérieur des mâchoires de la pince, ces mâchoires étant sollicitées l'une vers l'autre par des moyens de sollicitation,
- dans un dispositif selon l'alinéa précédent les moyens de sollicitation sont des ressorts,
- dans un dispositif selon l'alinéa qui précède le précédent, les moyens de sollicitation sont des écrous qui coopèrent avec des tiges filetées,
- dans un dispositif selon l'un quelconque des six alinéas précédents, un matériau adaptateur d'impédance acoustique est interposé entre le ou les éléments piézoélectriques et l'électrode adjacente,
- les moyens déformants comprennent au moins une source d'un rayonnement qui engendre, par échauffement brusque d'une cible matérielle sur laquelle ce rayonnement est envoyé, une impulsion de pression.

- dans un dispositif selon l'alinéa précédent, lorsque l'isolant a la forme d'un tube et que les électrodes de mesure sont placées l'une à l'intérieur et l'autre à l'extérieur du tube, électrode adjacente est 1 > éIectrode extérieure,
- le rayonnement selon les deux alinéas précédents est lumineux,
- dans un dispositif de mesure selon l'un quelconque des trois alinéas précédents, la cible est en contact intime avec l'électrode adjacente; du côté opposé à celui de l'isolant,
- dans un dispositif de mesure selon l'un quelconque des trois alinéas qui précèdent le précédent, un matériau d'adaptation d'impédance acoustique est interposé entre la cible et l'électrode adjacente.

- dans un dispositif de mesure-selon l'un quelconque des trois alinéas qui précèdent l'alinéa qui précède le précédent, la cible constitue l'électrode adjacente.

- dans un dispositif de mesure selon tun quelconque des six alinéas précédents, la cible est recouverte d'une pellicule transparente au rayonnement,
- dans un dispositif de mesure utilisant un rayonnement lumineux, la source de ce rayonnement est un laser,
- dans un dispositif de mesure selon l'alinéå-précédent, le laser émet des impulsions de largeur comprise entre 10 picosecondes et 10 nanosecondes,
- les moyens d'amplification sont constitués par un amplificateur de tension à haute impédance d'entrée,
- les moyens d'amplification sont constitués par un amplificateur de charge,
- dans un dispositif de mesure selon l'un des deux alinéas précédents, les moyens d'amplification ont une bande passante comprise entre 10 kHz et 500 MHz,
- les moyens d'enregistrement ont une résolution temporelle comprise entre 100 picosecondes et 10 nanosecondes,
- des moyens sont prévus pour appliquer à l'isolant une différence de potentiel élevée,
- dans un dispositif de mesure selon l'alinéa précédent, la différence de potentiel élevée est appliquée à des électrodes distinctes des électrodes de mesure,
- dans un dispositif de mesure selon l'alinéa qui précède le précédent, la différence de potentiel élevée est appliquée aux électrodes de mesure,
- dans un dispositif de mesure selon l'un quelconque des trois alinéas précédents, l'ensemble "isolant - électrodes" est placé dans un milieu diélectrique de haute rigidité diélectrique
- dans un dispositif de mesure selon l'alinéa précédent le milieu diélectrique est une huile,
- dans un dispositif de mesure selon l'alinéa qui précède le précédent, le milieu diélectrique est un gaz sous pression,
- dans un dispositif de mesure selon l'un quelconque des quatre alinéas précédents, des moyens d'isolation sont prévus pour isoler les moyens d'amplification et d'enregistrement de la différence de potentiel élevée appliquée aux électrodes de mesure,
- dans un dispositif selon l'alinéa précédent, les moyens d'isolation sont constitués par un condensateur monté en série entre l'une des électrodes de mesure et les moyens d'amplification,
- dans un dispositif selon l'alinéa précédent, le condensateur a une valeur comprise entre 100 pF et 300 nF,
- des moyens de protection sont prévus pour absorber les pics de tensions ou de courants générés par des décharges partielles ou totales de la tension appliquée aux électrodes de mesure,
- dans un dispositif de mesure selon l'alinéa précédent, ces moyens de protection comprennent un éclateur à gaz,
- dans un dispositif de mesure selon l'alinéa qui précède le précédent, les moyens de protection comprennent des jonctions semiconductrices.

L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps, et dont il sera plus explicitement question ci-après.

Dans ce qui suit, on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés, d'une manière bien entendue non limitative.

La figure 1, de ces dessins, est un schéma permettant d'expliquer le principe de l'invention.

Les figures 2 à 7 montrent schématiquement des modes de réalisation de ce principe.

Dans chaque cas, on se propose de mesurer la répartition des charges électriques présentes à l'intérieur de l'isolant 1. Son épaisseur est généralement comprise entre quelques microns et quelques millimètres.

S'il s'agit d'un isolant pour câbles, il a une forme tubulaire avec une électrode à l'intérieur du tube et une électrode à l'extérieur.

S'il s'agit d'une céramique polarisée pour la rendre piézoélectrique ou pyroélectrique,
L'isolant peut avoir une forme de plaque, ou de tube, ou toute autre forme.

La mesure des charges électriques selon l'invention est effectuée progressivement pendant la traversée de l'isolant par la déformation.

Les charges électriques 2 dont on désire mesurer les quantités et la répartition sont situées à l'intérieur de l'isolant. Elles ont été représentées par des signes + sur la figure 1 à titre purement illustratif. Il est à noter que les charges en question peuvent être des charges isolées, les charges associées à des dipôles de distribution spatiale non homogène dans l'isolant, ou encore les charges induites dans un matériau isolant piézoélectrique ou pyroélectrique.

Dans la suite de ce texte le mot charge désignera indifféremment rune ou l'autre de ces grandeurs.

De part et d'autre de l'isolant ont été placées deux électrodes 3 et 4 qui portent des charges électriques 32 et 42 induites par les charges situées dans l'isolant.

L'électrode 3 est en contact intime avec l'isolant.

Les deux électrodes 3 et 4 forment les deux armatures d'un condensateur encadrant l'isolant chargé 1.

Ces deux armatures sont connectées électriquement à un ensemble de mesure schématisé par le rectangle 5.

Des moyens symbolisés par la flêche P sont présentés pour déformer l'isolant à partir de l'électrode 3.

La déformation en question s'établit sur une distance plus petite que l'épaisseur de l'isolant et se propage sensiblement à la vitesse du son v.

Le déplacement relatif des charges 2, produit par la déformation de l'isolant, provoque sur les électrodes une variation des charges induites. Lorsque la déformation se propage à travers l'isolant, elle rencontre successivement toutes les charges contenues dans son volume.

La mesure de la variation des charges induites, en fonction du temps, pendant la propagation de la déformation, permet donc de remonter à la distribution des charges à mesurer.

Les principales variations des quantités de charges induites sur les électrodes à chaque instant sont ainsi dues aux charges portées à l'intérieur de l'isolant au fur et à mesure que la déformation les traverse.

On dispose donc ainsi d'un instrument de mesure permettant d'analyser l'épaisseur de l'isolant au point de vue des charges électriques qu'il porte avec une résolution spatiale extrêmement fine, cette résolution etant définie par l'extension spatiale sur laquelle s'établit la déformation.

Ainsi pendant le temps T qui sépare l'instant où la déformation pénètre dans l'isolant au niveau de l'électrode 3 de celui où elle sort au niveau de l'électrode 4, toutes les charges contenues dans l'épaisseur de l'isolant 1 sont sondées.

Pour assurer les déformations très brèves ci-dessus, tous moyens désirables peuvent être envisagés.

Dans les modes de réalisation qui seront décrits ci-après à titre purement illustratif, les moyens déformants sont situés du côté de l'électrode 3 de l'isolant 1.

Dans les modes de réalisation schématisés sur les figures 2 et 3, l'isolant a une forme cylindrique et les moyens déformants travaillent par transmission à l'isolant, à travers l'électrode 3, de la déformation produite dans un matériau piézoélectrique 6 aux bornes duquel une impulsion brève de tension est appliquée. Le rayon de courbure du matériau piézoelectrique, du côté de l'isolant, est le même que celui de l'électrode adjacente. Le générateur de tension 7 fournit aux électrodes 23 et 24 situées de part et d'autre de l'élément piézoélectrique 6, une impulsion de tension qui provoque une déformation brève de l'élément piézoélectrique. Il est à noter que les électrodes 3 et 23 peuvent être une seule et même électrode.

Dans le cas schématisé sur la figure 3 deux éléments piézoélectriques 6a et 6b ont été prévus ainsi que des moyens de serrage S pour presser ces éléments piézoélectriques contre l'isolant.

Sur les figures 4 et 5 on décrit deux modes de réalisation particuliers de ces moyens de serrage. Sur la figure 4, les éléments piézoélectriques sont situés à l'intérieur de deux pièces 25a et 25b qui constituent les mâchoires d'une pince d'axe 26, un ressort 27 sollicitant l'un vers l'autre les bras de la pince, ce qui a pour effet de serrer vers l'isolant les éléments piézoélectriques 6a et 6b.

Sur la figure 5 les éléments piézoélectriques sont situés à l'intérieur de deux supports 28a et 28b solidaires respectivement de deux platines 29a et 29b, platines sollicitées l'une vers l'autre par serrage des écrous 30 sur les tiges filetées 31.

Lorsque la déformation est engendrée par un ou des éléments piézoélectriques, il est particulièrement avantageux d'interposer entre ce ou ces éléments et l'électrode adjacente, de manière connue en soi, un matériau adapteur d'impédance acoustique, un tel matériau étant par exemple constitué par un gel ou par une graisse.

Dans la configuration de la figure 2 on applique de manière connue en soi, une excitation électrique au tube piézoélectrique situé au centre de l'isolant, qui provoque une déformation radiale de cet élément piézoélectrique, déformation transmise à l'isolant, à géométrie de révolution autour de l'axe du tube.

Dans les configurations décrites sur les figures 3,4 et 5 on applique également, de manière connue en soi, une excitation électrique aux éléments piézoélectriques situés à l'extérieur de l'isolant qui provoque une déformation radiale de ces éléments piézoélectriques, déformation transmise à l'isolant.

Dans le cas de la figure 6, l'isolant a la forme d'un tube et les moyens déformants font appel à un rayonnement de grande énergie. Ce rayonnement pourrait être un faisceau d'électrons.

Selon une réalisation particulièrement avantageuse, le rayonnement en question 8 est un faisceau lumineux émis par un laser à impulsions ou par une lampe équipée d'un système de modulation ou émettant des impulsions. Ce rayonnement 8 est ici appliqué sous la forme d'impulsions 10 à une cible 9 en contact intime avec l'électrode 3, elle-même en contact intime avec l'isolant 1.

Dans un mode de réalisation préféré, c'est l'électrode 3 qui sert directement de cible 9.

L'énergie du rayonnement 8 est suffisante pour provoquer un échauffement violent de la cible, échauffement se traduisant par une surpression qui constitue la cause de la déformation, et qui se propage selon des ondes sphériques, cylindriques ou planes dans l'électrode 3 pis dans l'isolant 1.

Le temps d'établissement TO de la déformation en question est supérieur ou égal au temps de montée T1 de l'impulsion de rayonnement 8.

Ce temps de montée T1 doit donc être inférieur à la durée de propagation de la déformation à travers l'épaisseur de Isolant. En d'autres termes, si v désigne la vitesse de cette propagation et e cette épaisseur, la quantité vT1 doit étreinféneute à e.

A titre d'exemple, si l'épaisseur e est égale à 1 mm, la durée T1 doit être inférieure à 30 nanosecondes et, de préférence de l'ordre de 1 nanoseconde, vu que la vitesse v est en général comprise entre 1 000 et 10 000 mètres par seconde.

Dans les isolants à géométrie de révolution, il est particulièrement avantageux d'avoir une déformation se propageant radialement, ce qui a pour effet de placer à chaque instant la déformation à la même distance de l'axe, indépendemment de sa position angulaire. A cette fin, la surface de la cible soumise au rayonnement 8 doit avoir des dimensions latérales DI qui sont fonction de la géométrie du système et en particulier de ltépaisseur radiale de Isolant et de son diamètre extérieur. La dépendence temporelle de la déformation peut être décomposée en une somme de signaux périodiques, à savoir les composantes de Fourier. Toutes les composantes de
Fourier de la déformation n'ont pas le même caractère radial de propagation.Afin d'assurer une propagation radiale pour toutes les composantes de Fourier considérées, la dimension DI doit être supérieure à la longueur d'onde associée à la composante de Fourier de plus basse fréquence. A titre d'exemple, si l'isolant a une épaisseur de 4 mm', et si la vitesse de propagation de la déformation est de 2000 mètres par seconde, le temps de traversée est de 2 microsecondes. Les composantes de Fourier de basse fréquence qui présentent encore un intérêt du point de vue de la mesure ont une fréquence de Tordre de 1 MHz, et une longueur d'onde associée de 2 mm. La dimension DI doit donc être supérieure à cette valeur, par exemple 15 mm.

En ce qui concerne le diamètre extérieur de l'isolant, il est en partie conditionné par l'épaisseur de cet isolant.

Le décalage entre les temps d'arrivée du rayonnement 8 au point 33, situé au centre de la surfacé de la cible soumise au rayonnement, et au point 34 situé à la périphérie de cette surface, sur la même section droite est toujours négligeable si la vitesse de propagation du rayonnement utilisé est très supérieure à la vitesse v. Cette condition est évidemment remplie pour des rayonnements
o lumineux.

Il peut être avantageux de rapporter contre la cible 9 un revêtement 11 transparent au rayonnement 8, ce qui a pour effet, tout en permettant à ce rayonnement d'atteindre la cible et ainsi de l'échauffer, d'augmenter l'amplitude de la déformation par suite du confinement de la surface de la cible par ce revêtement transparent.

De même l'amplitude de la déformation est accrue par la présence sur la cible 9 d'une substance volatile transparente au rayonnement 8, par exemple de l'alcool éthylique.

La cible 9 est par exemple une feuille d'aluminium ou de nickel d'épaiseur comprise entre 3 et 20 microns. Elle peut également être avantageusement constituée'd'une couche, d'épaisseur comprise entre 1 et 20 microns, de graphite, très absorbant pour le rayonnement lumineux utilisé, de façon à transformer au mieux en chaleur l'énergie lumineuse incidente.

Cette cible peut également être directement l'électrode 3. Dans ce cas, I'épaisseur de cette électrode est avantageusement comprise entre 500 A et 2 mm, les valeurs inférieures de cette gamme d'épaisseurs pouvant être adoptées lorsque la lecture des charges que l'on se propose de faire dans l'isolant 1 exige seulement l'utilisation d'une impulsion de rayonnement 8 de faible énergie.

De la même manière qu'il a été décrit ci-dessus à propos des éléments piézoélectriques, il est particulièrement avantageux, lorsque la cible n'est pas l'électrode adjacente, d'interposer entre la cible et cette électrode, de manière connue en soi, un matériau adaptateur d'impédance acoustique, ce matériau étant par exemple un gel ou une graisse.

Les configurations décrites sur les figures 2,3,4,5 et 6 sont particulièrement avantageuses pour l'étude des isolants à géométrie de révolution autour d'un axe, car elles correspondent à des propagations radiales de la déformation, ce qui a pour effet de placer à chaque instant la déformation à la même distance de l'axe, indépendemment de sa position angulaire.

Des moyens 17 peuvent être prévus pour appliquer, -pendant la mesure, à l'isolant 1 une différence de potentiel prédéterminée.

Cette différence de potentiel peut dans certains cas être très élevée. Afin d'éviter que des décharges ne se produisent entre les électrodes 3 et 4 ou les divers conducteurs qui leur sont reliés, I'ensemble du dispositif contenant l'isolant peut être placé dans un milieu diélectrique à haute rigidité diélectrique tel que une huile isolante ou encore un gaz sous pression. Dans ces deux cas une enceinte étanche doit être prévue pour contenir ce diélectrique.

Des moyens 18 peuvent être prévus pour soumettre l'isolant 1 à une température prédéterminée pendant la mesure et ou pendant l'application de la tension V issue des moyens 17.

Les moyens de mesure 5 sont décrits sur la figure 7 et comprennent un amplificateur 14 relié par les fils conducteurs 20 et 21 aux électrodes 3 et 4, un enregistreur rapide 15 qui mémorise le signal issu de l'amplificateur 14, pendant la traversée de l'isolant par la déformation et un ensemble de traitement et de visualisation 16.

Compte tenu des temps de traversée de l'isolant 1 par la déformation et du temps d'établissement de cette déformation, la bande passante de I'amplificateur 14 est avantageusement comprise entre 10 kHz et 500 MHz, la bande passante de l'enregistreur rapide 15 étant elle-même comprise dans ces mêmes valeurs ou plus large.

Les moyens de traitement et de visualisation 16 peuvent être simplement un écran sur lequel est visualisé le signal issu de l'enregistreur 15 ou encore un calculateur qui transforme ce signal directement en la distribution des charges dans l'épaisseur dP 1'isolant 1.

Sur la figure 7, des moyens d'isolation 12 ont été prévus mpêchent la tension issue du générateur 17 d'atteindre et de dégrader Vamplificateur 14 ou n le l'enregistreur 15 et les moyens d'exploitation 16. En effet, cette tension peut être très élE OEN typiquement comprise entre quelques centaines de volts et quelques-centaines de milliers de v ,.

Ces moyens 12 sont avantageusement constitués par un condensateur qui laisse passer les signaux à variation temporelle rapide, mais qui arrête la composante continue de ces signaux et à fortiori la tension continue issue de Valimentation 17.

Les moyens de protection 13 sont destinés à protéger les moyens d'amplification, d'enregistrement et d'exploitation, d'éventuelles décharges qui pourraient se produire sous l'effet de la tension V appliquée à l'isolant pendant les mesures. En effet, en cas de défaut d'isolement à l'intérieur de cet isolant , des impulsions très brèves correspondant à des décharges accidentelles, pourraient apparaitre sur les fils de liaison 20 et 21, impulsions de tension qui, compte tenu de leur très grande amplitude, pourraient détruire l'amplificateur 14, voire les moyens-d'enregistrement 15 ou d'exploitation 16. Ces moyens de protection sont constitués par exemple par la mise en réseau d'éclateurs à gaz ou de limiteurs de tension àjonction semiconductrice, associées à des' résistances de limitation de courant.

Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, I'invention ne se limite nullement à ceux de ces modes d'application et de réalisation qui ont eté plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure locale des quantités de charges électriques portées en volume par un matériau isolant, ci-après désigné l'isolant, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens déformants qui engendrent dans l'isolant une déformation se propageant à l'intérieur de l'isolant et le traversant de part en part, en un temps T, déformation ayant un temps d'établissement TO très inférieur à T, deux électrodes de mesure, situées de part et d'autre de l'isolant, dont l'une au moins dite électrode adjacente est en contact intime avec l'isolant, électrodes sur lesquelles se trouvent les charges induites par les charges électriques contenues dans l'isolant, charges induites modifiées pendant la propagation de la déformation par l'effet de cette dernière sur les charges rencontrées dans l'isolant, des moyens d'amplification des signaux électriques apparaissant aux bornes des électrodes, en réponse à la modification des charges induites, pendant la propagation de la déformation, des moyens d'enregistrement des signaux issus des moyens d'amplification et enfin, des moyens de traitement et de visualisation de ces signaux.

2. Dispositif de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'isolant a la forme d'un tube.

3. Dispositif de mesure selon la revendication 2 caractérisé en ce que les électrodes de mesure sont placées l'une à l'intérieur et l'autre à l'extérieur du tube.

4. Dispositif de mesure selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens déformants engendrent une déformation qui se propage radialement dans l'isolant,

5. Dispositif de mesure selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens déformants comprennent au moins une source d'impulsions de pression, située du côté de l'électrode adjacente.

6. Dispositif de mesure selon la revendication précédente, caractérisé en ce que des moyens d'adaptation d'impédance acoustique sont placés entre la source d'impulsions de pression et l'électrode adjacente.

7. Dispositif de mesure selon la renvendication 5, caractérisé en ce que les moyens déformants comprennent au moins un élément piézoélectrique qui engendre les impulsions de pression.

8. Dispositif de mesure selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que l'électrode adjacente est l'électrode intérieure et l'élément piézoélectrique a la forme d'une tube.

9. Dispositif de mesure selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que l'électrode adjacente est l'électrode extérieure, le ou les éléments piézoélectriques ont la forme de sections de tube de même rayon intérieur que le rayon extérieur de l'électrode adjacente, et des moyens de serrage sont prévus pour presser ce ou ces élément contre l'électrode adjacente.

10. Dispositif de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de serrage sont constitués par une pince, le ou les éléments piézoélectriques étant situés à l'intérieur des mâchoires de la pince, ces mâchoires étant sollicitées l'une vers l'autre par des moyens de sollicitation.

11. Dispositif de mesure selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de

sollicitation sont des ressorts.

sollicitation sont des écrous qui coopèrent avec des tiges filetées.

12. Dispositif de mesure selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens ae

13. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens

déformants comprennent au moins une source d'un rayonnement qui déformemécaniquement, par échauffement brusque, une cible matérielle sur laquelle ce rayonnnement est envoyé.

14. Dispositif de mesure selon les revendications 3 et 13, caractérisé en ce que l'électrode adjacente est l'électrode extérieure.

15. Dispositif de mesure selon l'une quélconque des revendications 13 et 14 caractérisé en ce que le rayonnement est lumineux.

16. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 13, 14, 15 caractérisé en ce que la cible est en contact intime avec l'électrode adjacente, du côté opposé à celui de l'isolant.

17. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 13, 14, 15 caractérisé en ce que la cible constitue l'électrode adjacente.

18. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisé en ce que la cible est recouverte d'une pellicule transparente au rayonnement.

19. Dispositif de mesure selon la revendication 15, caractérisé en ce que la source de ce rayonnement est un laser.

20. Dispositif de mesure selon la revendication 19, caractérisé en ce que le laser émet des impulsions de largeur comprise entre 10 picosecondes et 10 nanosecondes.

21. Dispositif de mesure selon Vune des quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'amplification ont une bande passante comprise entre 10 kHz et 500 MHz,

22. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour appliquer aux électrodes de mesure une différence de potentiel élevée.

23. Dispositif de mesure selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'ensemble "isolant - électrodes" est placé dans un milieu de haute rigidité diélectrique.

24. Dispositif de mesure selon la revendication 23, caractérisé en ce que le milieu diélectrique est une huile.

25. Dispositif de mesure selon la revendication 23, caractérisé en ce que le milieu diélectrique est un gaz sous pression.

26. Dispositif de mesure selon la revendication 22, caractérisé en ce que des moyens d'isolation sont prévus pour isoler les moyens d'amplification et d'enregistrement de la différence de potentiel élevée appliquée aux électrodes demeure.

27. Dispositif de mesure selon la revendication 26, caractérisé en ce que les moyens d'isolation sont constitués par un condensateur monté en série entre l'une des électrodes de mesure et les moyens d'amplification, de valeur comprise entre 100 pF et 300 nF.

28. Dispositif de mesure selon les revendications 22 et 26, caractérisé en ce que des moyens de protection sont prévus pour absorber les pics de tension ou de courant générés par des décharges partielles ou totales de la tension appliquée aux électrodes de mesure.

29. Procédé de mesure locale des quantités de charges électriques portées en volume par un matériau isolant caractérisé en ce qu'il utilise des moyens déformants qui engendrent dans l'isolant une déformation se propageant à l'intérieur de l'isolant et le traversant de part en part, deux électrodes de mesure, situées de part et d'autre de l'isolant, dont l'une au moins dite électrode adjacente est en contact intime avec l'isolant, électrodes sur lesquelles se trouvent les charges induites par les charges électriques contenues dans l'isolant, charges induites modifiées pendant la propagation de la déformation par l'effet de cette dernière sur les charges rencontrées dans l'isolant, des moyens d'amplification des signaux électriques apparaissant aux bornes des électrodes, en réponse à la modification des charges induites, pendant la propagation de la déformation, des moyens d'enregistrement des signaux issus des moyens d'amplification et enfin, des moyens de traitement et de visualisation de ces signaux.

30. Procédé de mesure locale des quantités de charges électriques portées en volume par un matériau en forme de tube comportant une électrode à l'intérieur et une électrode à l'extérieur, caractérisé en ce qu'il utilise des moyens déformants qui engendrent dans l'isolant une déformation se propageant radialement à l'intérieur de l'isolant et le traversant de part en part, deux électrodes de mesure, situées de part et d'autre de l'isolant, dont l'une au moins dite électrode adjacente est en contact intime avec l'isolant, électrodes sur lesquelles se trouvent les charges induites par les charges électriques contenues dans l'isolant, charges induites modifiées pendant la propagation de la déformation par l'effet de cette dernière sur les charges rencontrées dans l'isolant, des moyens d'amplification des signaux électriques apparaissant aux bornes des électrodes, en réponse à la modification des charges.induites, pendant la propagation de la déformation, des moyens d'enregistrement des signaux issus des moyens d'amplification et enfin, des moyens de traitement et de visualisation de ces signaux.