FR2642520A1

FR2642520A1 - Device for detecting electrical arcing for waveguide

Info

Publication number: FR2642520A1
Application number: FR8901172A
Authority: FR
Inventors: Jean-Claude Cruchon; Jean-Denis Schubert; Le Cleac H Alain
Original assignee: Alcatel Transmission par Faisceaux Hertziens SA
Current assignee: Alcatel Transmission par Faisceaux Hertziens SA
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1990-08-03
Anticipated expiration: 2009-01-31
Also published as: FR2642520B1

Abstract

The device for detecting electrical arcing for a microwave waveguide 1. Two orifices 12, 13 pierced in the small side 11 of the guide accommodate, with close fit, the free ends of the cores 20, 21 of two silica-core optical fibres 16, 17. The fibre 16 detects the light and is connected, away from the guide 1, to a safety circuit which can cut the high voltage. The fibre 17 is used for testing correct operation of the installation. It is connected, at its other end, to a photo emitter supplied at chosen instants.

Description

Dispositif de détection d'arc électrique
pour guide d'ondes
La présente invention se rapporte a un dispositif de détection d'arc électrique pour guide hyperfréquences.Arc detection device
for waveguide
The present invention relates to an electric arc detection device for microwave guide.

Les amplificateurs d'ondes hyperfréquences délivrent, dans les guides d'ondes qui sont connectés à leur sortie, des puissances qui peuvent être triés importantes, et qui peuvent malencontreusement etre génératrices d'arcs électriques dans ces guides. Microwave amplifiers deliver, in the waveguides which are connected to their output, powers which can be sorted large, and which can unfortunately generate electric arcs in these guides.

D'une façon générale, un arc électrique peut apparaître dans un guide d'ondes lorsque l'onde hyperfréquence qui s'y propage voit son champ électrique dépasser localement trente kilo-volts par centimètre (en air sec et à la pression atmosphérique moyenne), où lorsque de fortes pertes localisées entraînent un échauffement ponctuel intense se propageant arbitrairement l'ensemble de la section. Generally, an electric arc can appear in a waveguide when the microwave wave which propagates there sees its electric field locally exceed thirty kilo-volts per centimeter (in dry air and at average atmospheric pressure) , where when strong localized losses lead to an intense punctual heating propagating arbitrarily the whole section.

Lors de l'ionisation accidentelle de l'air, il y a transfert de l'énergie micro-onde en énergie lumineuse. Tant que la puissance est présente, l'arc électrique continue d'etre alimenté, et il remonte vers la source à une vitesse de deux à trois mètres par seconde en détruisant malencontreusement tous les obstacles sur son passage. During the accidental ionization of air, there is transfer of microwave energy into light energy. As long as the power is present, the electric arc continues to be energized, and it rises towards the source at a speed of two to three meters per second, unfortunately destroying all obstacles in its path.

Afin.d'éviter la destruction par l'arc électrique des guides, des tubes amplificateurs, des filtres, des coupleurs, etc, il est courant de doter les amplificateurs hyperfréquences de forte puissance et leurs. branchements associés d'un dispositif de détection de présence d'arc électrique qui, associé a une logique de commande, coupe les sources de puissance concernées, c'est à dire essentiellement la haute-tension au niveau de l'amplificateur, avant que l'arc électrique naissant ait eu le temps d'effectuer son travail de destruction. In order to avoid the destruction by the electric arc of guides, amplifier tubes, filters, couplers, etc., it is common to equip high power microwave amplifiers and their. associated connections of an arc detection device which, associated with a control logic, cuts off the power sources concerned, i.e. essentially the high-voltage at the amplifier, before the he nascent electric arc has had time to do its work of destruction.

La figure 1 jointe représente, schématiquement et en coupe transversale partielle, un dispositif détecteur d'arc de type connu. Ce dispositif consiste en deux petits orifices 2, 3 percés en vis-å-vis dans les deux petits côtés du guide d'ondes 1, et mettant en communication l'espace intérieur de ce guide d'ondes respectivement avec une première cavité opaque 4 qui abrite un photodétecteur 5 et son circuit électrique associé 6 ; et . une seconde cavité opaque 7 qui abrite une diode électroluminescente 8 ainsi que son circuit électronique associé 9. Figure 1 attached shows, schematically and in partial cross section, an arc detector device of known type. This device consists of two small orifices 2, 3 drilled opposite each other in the two short sides of the waveguide 1, and connecting the interior space of this waveguide respectively with a first opaque cavity 4 which houses a photodetector 5 and its associated electrical circuit 6; and. a second opaque cavity 7 which houses a light-emitting diode 8 as well as its associated electronic circuit 9.

La diode électroluminescente 8 a pour rôle de permettre d'effectuer, à des instants choisis, des tests de bon fonctionnement du photo-détecteur 5 et son circuit de sécurité associé 6. The role of the light-emitting diode 8 is to make it possible to carry out, at selected times, tests of correct operation of the photo-detector 5 and its associated safety circuit 6.

Ces détecteurs d'arcs connus présentent quelques inconvénients. Ils sont très difficilement accessibles, de sorte que leur interchangeabilité et leur modularité sont pratiquement inexistantes. L'atmosphère régnant dans ces cavités opaques 4, 7 est la même que celle qui regne dans le guide d'ondes 1 ; il est dès lors difficile de travailler avec des guides fonctionnant sous gaz inerte, en raison du manque d'étanchéité au niveau de ces guides.Enfin et surtout, la température ambiante dans ces cavités 4, 7 peut atteindre, pour de fortes puissances dans le guide, des valeurs élevées, et souvent malheureusement trop élevées pour continuer d'assurer un fonctionnement normal de photodétecteur 5, de la diode électroluminescente 8, et de leurs circuits électroniques associés 6 et 9 qui ne sont pas des éléments électroniques aptes a fonctionner sous des tempèratures trop importantes. These known arc detectors have some drawbacks. They are very difficult to access, so that their interchangeability and modularity are practically non-existent. The atmosphere prevailing in these opaque cavities 4, 7 is the same as that prevailing in the waveguide 1; it is therefore difficult to work with guides operating under inert gas, due to the lack of tightness in these guides. Finally and above all, the ambient temperature in these cavities 4, 7 can reach, for high powers in the guide, high values, and often unfortunately too high to continue to ensure normal operation of photodetector 5, light emitting diode 8, and their associated electronic circuits 6 and 9 which are not electronic elements capable of operating under temperatures too high.

L'invention vise a remédier å ces inconvénients. The invention aims to remedy these drawbacks.

Elle se rapporte a cet effet a un dispositif de détection d'arc électrique pour guide d'ondes hyperfréquences qui comporte au moins une fibre optique dont l'ame, qui est constituée d'un matériau réfractaire tel que la silice, traverse a son extrémité libre la paroi du guide d'ondes pour déboucher dans l'espace intérieur de ce guide d'ondes, l'autre extrémité de cette fibre optique étant connectée, à distance du guide d'ondes, à un. photodétecteur apte à fournir un signal de sécurité des qu'un arc électrique est amorcé dans ce guide d'ondes, et engendre un signal lumineux qui est capté par cette extrémité libre de la fibre optique est transmis par cette dernière a ce photodétecteur.It relates to this effect to an electric arc detection device for microwave waveguide which comprises at least one optical fiber whose core, which is made of a refractory material such as silica, passes through at its end free the wall of the waveguide to open into the interior space of this waveguide, the other end of this optical fiber being connected, at a distance from the waveguide, to one. photodetector capable of providing a safety signal as soon as an electric arc is struck in this waveguide, and generates a light signal which is picked up by this free end of the optical fiber is transmitted by the latter to this photodetector.

L'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce détecteur d'arc pour guide.d'ondes, en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 2 est une vue d'ensemble de ce dispositif de détecteur électrique - Figure 3 est une vue agrandie montrant la .portion de ce dispositif qui est placée au niveau du guide d'ondes et à proximité immédiate; - Figure 4 montée, au niveau du boîtier électronique qui est placé a distance du guide d'ondes, le detail de la connexion entre l'autre extrémité d'une des deux fibres optiques ciutilisées et le photodétecteur qui lui est associé ;; - Figure 5 montre, dans une variante de réalisation, la possibilité de connecter plusieurs fibres optiques détectrices de lumière sur un seul et même photodétecteur - Figure 6 schématise, au niveau du guide d'ondes, une autre possibilité de réalisation du détecteur d'arc de la figure 2 - Figure 7 montre, toujours au niveau du guide, encore une autre variante de réalisation de ce-détecteur d'arc ; et - Figure 8 schématise, de la même façon, une dernière forme de réalisation. The invention will be clearly understood, and its advantages and other characteristics will emerge during the following description of a non-limiting example of embodiment of this arc detector for waveguides, with reference to the appended schematic drawing in which - Figure 2 is an overview of this electrical detector device - Figure 3 is an enlarged view showing the .portion of this device which is placed at the waveguide and in the immediate vicinity; - Figure 4 mounted, at the level of the electronic unit which is placed at a distance from the waveguide, the detail of the connection between the other end of one of the two optical fibers used and the photodetector which is associated with it; - Figure 5 shows, in an alternative embodiment, the possibility of connecting several light-detecting optical fibers on a single photodetector - Figure 6 shows diagrammatically, at the waveguide, another possibility of producing the arc detector of Figure 2 - Figure 7 shows, still at the guide, yet another alternative embodiment of this arc detector; and - Figure 8 shows schematically, in the same way, a last embodiment.

En se reportant tout d'abord å l'ensemble des figures -2 a 4, ce guide d'ondes auquel est associé ce dispositif détecteur d'arc est à nouveau désigné par la référence 1, tandis que sa bride est référencée 10. Referring first to all of Figures -2 to 4, this waveguide with which this arc detector device is associated is again designated by the reference 1, while its flange is referenced 10.

Le guide à section rectangulaire 1 comporte, sur un de ses petits cotés 11, deux orifices voisins 12, 13 qui sont situés côte à côte dans un même plan transversal.The rectangular section guide 1 has, on one of its short sides 11, two neighboring orifices 12, 13 which are located side by side in the same transverse plane.

Sur sa face extérieure, ce petit coté Il porte une embase femelle 14 qui est apte a recevoir, en emmanchement étroit, une fiche male 15. On its outer face, this small side It carries a female base 14 which is capable of receiving, in narrow fitting, a male plug 15.

Cette fiche 15 emprisonne étroitement les deux extrémités libres 18,19 de deux fibres optiques 16, 17, d'une longueur de quelques metres par exemple. Ces deux fibres optiques 16, 17 sont dénudées sur une faible longueur a leurs deux extrémités libres 18, 19, de sorte que leurs rames 20, 21 viennent dépasser de maniere protubérante de la fiche 15 et, en position d'enfoncement total de la fiche 15 dans l'embase 14 (figure 3), viennent s'enficher étroitement dans les orifices respectifs 12, 13 précipités, jusqu'à soit pénétrer légèrement dans l'espace -intérieur du guide 1 (cas de la figure 3), soit au moins venir a fleur de sa surface interne 22. This plug 15 tightly traps the two free ends 18, 19 of two optical fibers 16, 17, with a length of a few meters for example. These two optical fibers 16, 17 are stripped over a short length at their two free ends 18, 19, so that their oars 20, 21 protrude protruding from the plug 15 and, in the fully inserted position of the plug 15 in the base 14 (FIG. 3), are tightly plugged into the respective orifices 12, 13 precipitated, until either penetrating slightly into the interior space of the guide 1 (case of FIG. 3), or at the least come flush with its internal surface 22.

A leurs deux autres extrémités (figures 2 et 4), les fibres optiques 16 et 17 sont reliées a des pièces réceptrices 23, 24 qui contiennent respectivement un photodétecteur et un photoémetteur, qui sont eux-memes connectés à un boîtier électronique 25 qui contient des circuits électroniques classiques de sécurité, aptes à couper la haute-tension des amplificateurs hyperfréquences en cas de réception d'une onde lumineuse, ainsi que d'alimentation du photodétecteur, avec circuits logiques associés. At their two other ends (FIGS. 2 and 4), the optical fibers 16 and 17 are connected to receiving parts 23, 24 which respectively contain a photodetector and a photoemitter, which are themselves connected to an electronic unit 25 which contains conventional electronic safety circuits, capable of cutting the high-voltage of microwave amplifiers in the event of reception of a light wave, as well as supplying the photodetector, with associated logic circuits.

La figure 4 montre le détail d'une des deux pièces réceptives, dans cet exemple la pièce 23 : l'extrémité de la fibre 13 est coincée étroitement dans cette pièce 23, et son ame dénudée 20 vient aboutir à fleur du logement 26 du photodétecteur (non représenté). Figure 4 shows the detail of one of the two receptive parts, in this example the part 23: the end of the fiber 13 is wedged tightly in this part 23, and its stripped core 20 comes flush with the housing 26 of the photodetector (not shown).

Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant
En cas d'absence d'arc, le dispositif est testé à des intervalles de temps choisis. Pour ce faire, le photoémetteur est alimenté par l'ensemble électronique 25, et la lumière qu'il émet est transportée par la fibre optique 17, jusqu a l'extrémité de son ame 21 qui se trouve dans le guide d'ondes 1. Cette lumière éclaire donc à cet instant l'espace interne du guide et elle est captée par l'extrémité de 1'âme 20 de la fibre 16, qui la véhicule en retour vers le photodétecteur, de sorte que le signal de test alors reçu est analysé par le circuit électronique 25, pour vérifier le bon fonctionnement du dispositif.The operation of this device is as follows
In the absence of an arc, the device is tested at selected time intervals. To do this, the photoemitter is supplied by the electronic assembly 25, and the light which it emits is transported by the optical fiber 17, to the end of its core 21 which is in the waveguide 1. This light therefore illuminates at this instant the internal space of the guide and it is picked up by the end of the core 20 of the fiber 16, which carries it back to the photodetector, so that the test signal then received is analyzed by the electronic circuit 25, to verify the proper functioning of the device.

En cas de naissance d'un arc électrique, le signal lumineux émis par ce dernier est capté par l'ame 20 de la fibre 16, et transmise par cette dernière au photodétecteur, et donc au circuit de déclenchement de sécurité inclus dans le boitier 25. Le circuit de sécurité coupe immédiatement la haute-tension, ce qui supprime cet arc naissant. In the event of the birth of an electric arc, the light signal emitted by the latter is picked up by the core 20 of the fiber 16, and transmitted by the latter to the photodetector, and therefore to the safety trigger circuit included in the housing 25 The safety circuit immediately cuts off the high voltage, which eliminates this incipient arc.

I1 est à noter que les fibres optiques 16, 17 sont des fibres dont l'âme, respectivement 20 et 21, est constituée en un matériau réfractaire, tel que préférentiellement la silice, apte à supporter des températures supérieures a largement supérieures à une centaine de degrés centigrade. Les fibres à âme plastique connues ne pourraient pas convenir car elles fondent à une température de l'ordre de 70 degrés centigrades, alors que la température des guides 1 peut facilement s'élever jusqu'à 100 à 150 degrés centigrades,- ou plus, selon la puissance véhiculée. It should be noted that the optical fibers 16, 17 are fibers the core of which, respectively 20 and 21, is made of a refractory material, such as preferably silica, capable of withstanding temperatures greater than much greater than a hundred degrees centigrade. The known plastic core fibers could not be suitable because they melt at a temperature of the order of 70 degrees centigrade, while the temperature of the guides 1 can easily rise to 100 to 150 degrees centigrade, - or more, depending on the power carried.

Ce dispositif détecteur d'arc est d'utilisation très commode. Il permet par exemple, avec un seul et même boîtier 23, 24, 25 de grouper sur un meme photodétecteur et un même photoémetteur, des informations multiples recues ou émises en plusieurs points du guide. I1 suffit pour cela, comme le montre la figure 5, de faire aboutir sur un même logement 26 de photodétecteur, ou de photoémetteur, plusieurs fibres optiques 27 à 31 provenant d'autant de points de prise de lumière, ou d'émission de signal lumineux de test, placés en divers endroits du guide. This arc detection device is very convenient to use. It allows for example, with a single and same housing 23, 24, 25 to group on the same photodetector and the same photoemitter, multiple information received or transmitted at several points of the guide. For this, it suffices, as shown in FIG. 5, to have several optical fibers 27 to 31 coming from as many light pick-up points, or signal emission points, on the same housing 26 of photodetector or photoemitter. test light, placed in various places of the guide.

I1 est à noter que les âmes 20, 21 des fibres débouchent préférentiellement sur un petit côté, tel que 11, du guide å section rectangulaire 1, afin de ne pas perturber la propagation et de ne pas coupler de champ électrique. Ces deux âmes pourraient ne pas être côte à côte, comme sur la figure 3, mais vis-å-vis sur deux petits cotés opposés. It should be noted that the cores 20, 21 of the fibers preferentially open out on a small side, such as 11, of the guide with rectangular section 1, so as not to disturb the propagation and not to couple an electric field. These two souls may not be side by side, as in Figure 3, but opposite on two opposite sides.

L'une ou l'autre d'entres-elles, ou les deux, pourrait aussi aboutir au milieu du grand côté supérieur 32. Toutefois, leur localisation sur les petits cotés reste préférentielle.Either or both of them could also end up in the middle of the large upper side 32. However, their location on the short sides remains preferential.

Une intéressante variante de réalisation, parmi beaucoup d'autres, est schématisée sur la figures 7. Dans un tel cas, les extrémités libres 18, 19 des fibres optiques 16, 17 précitées sont collées sur un prisme à quartz 33, dont la pointe 34 est seule a pénétrer dans l'espace intérieur du guide 1. Ce prisme 33 est apte d'une part, comme indiqué pour les flèches, a réfléchir vers la fibre captrice 16 la lumière de test émise par la fibre emettrice 17, et d'autre part à transmettre à cette fibre détectrice 16 la lumière due å un arc électrique dans le guide. An interesting alternative embodiment, among many others, is shown diagrammatically in FIGS. 7. In such a case, the free ends 18, 19 of the above-mentioned optical fibers 16, 17 are bonded to a quartz prism 33, the tip of which 34 is the only one to enter the interior space of the guide 1. This prism 33 is capable on the one hand, as indicated for the arrows, of reflecting towards the sensing fiber 16 the test light emitted by the emitting fiber 17, and of on the other hand to transmit to this detector fiber 16 the light due to an electric arc in the guide.

A noter que si l'on veut assurer une étanchéité suffisante pour travailler sous atmosphère inerte, il est tout à fait possible de sceller de façon étanche au niveau du guide 1 soit, dans le cas des figures 3 et 6, les extrémités libres des âmes 20 et 21 des fibres 16 et 17, soit, dans le cas de la figures 7, le prisme à quartz 33. Note that if one wants to ensure a sufficient seal to work under an inert atmosphere, it is quite possible to seal in a sealed manner at the level of the guide 1, that is, in the case of FIGS. 3 and 6, the free ends of the cores 20 and 21 of the fibers 16 and 17, that is, in the case of FIGS. 7, the quartz prism 33.

I1 est aussi possible, comme le montre la figure 8, de prévoir une cavité optique 35 à proximité de l'espace intérieur du guide 1, afin que seule l'âme réceptrice 20 traverse la paroi de ce guide, le test étant alors effectué par une diode photoémettrice 36 placée dans cette cavité optique 35. Dans le cas de la figure 8, le dispositif ne comporte que la fibre réceptrice 16, et pas de fibre émettrice. Bien entendu, il serait concevable, mais plus difficile à mettre réellement bien au point, de remplacer le photoémetteur 36 par l'extrémité d'une fibre optique émettrice, telle que la fibre 17 précitée. It is also possible, as shown in FIG. 8, to provide an optical cavity 35 near the interior space of the guide 1, so that only the receiving core 20 crosses the wall of this guide, the test then being carried out by a light emitting diode 36 placed in this optical cavity 35. In the case of FIG. 8, the device comprises only the receiving fiber 16, and no emitting fiber. Of course, it would be conceivable, but more difficult to really get it right, to replace the photoemitter 36 by the end of an emitting optical fiber, such as the aforementioned fiber 17.

Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. It goes without saying that the invention is not limited to the exemplary embodiments which have just been described.

Elle est bien au contraire susceptible d'être réalisée selon de multiples autres formes d'exécution et dans des applications les plus variées. On the contrary, it is capable of being carried out according to multiple other embodiments and in the most varied applications.

Claims

1 - Arc detection device for microwave waveguide, characterized in that it comprises at least one optical fiber (16) whose core (20), which is made of refractory material such as silica, passes through at its free end the wall (11) of the waveguide (1) to open into the interior space of this waveguide, the other end of this optical fiber (16) being connected, at a distance from the guide waves (1), to a photodetector capable of providing a safety signal capable of cutting the high voltage as soon as an electric arc strikes in this waveguide (1), and generates a light signal which is picked up by this free end of the optical fiber (16) and transmitted by the latter to this photodetector.

2 - Arc detector device according to claim 1, characterized in that the core (20) of the optical fiber (16) passes through the wall of the waveguide (1) in a sealed manner.

3 - Device according to claim l or claim 2, characterized in that the waveguide (ballast provided, on its outer side, with a base (14) and in that the free end (18) of this optical fiber (16) is taken in a removable plug (15) complementary to this base (14).

4 - Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the receptacle (23, 26) of the photodetector is capable of receiving the ends of several optical fibers (27 to 31) whose other ends open respectively in places chosen from the waveguide (1).

5 - Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the free end of the core (20) of the optical fiber (16) opens onto one of the short sides of the waveguide (1 ), being a rectangular section waveguide.

6 - Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the free end of the core (20) of the optical fiber (16) opens in the middle of the large upper side of the waveguide (1) , being a waveguide of rectangular section.

7 - Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises another optical fiber (17), similar to the detecting fiber (16) and positioned in the same way, but connected, at a distance from the guide d waves (1) to a photoemitter, in order to be able to carry out functional tests of this arc detection device.

8 - Device according to claim 7, characterized in that the core (20) of the detecting fiber (16) and the core (21) of the emitting fiber (17) both emerge in the same transverse plane of the guide d 'waves (1).

9 - Device according to claim 7, characterized in that the detecting fiber (16) and the emitting fiber (17) are integral, at their free ends (18, 19) with a prism (33) whose head (34) opens into the internal space of the guide (1), this prism (33) being designed to reflect on the one hand towards the detector fiber (16) the light emitted by the emitting fiber (17), and on the other hand transmit to this sensor fiber (16) the light emitted by an electric arc in the guide (1).

10 - Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that there is provided, against the guide (1), an optical cavity (35) which is adapted to receive test lighting (36) and to transmit to the receptive fiber (16).