Un détecteur de fuites SHF pour fours à micro-ondes

Avec ce détecteur de fuite d’ondes SHF pour four à micro-ondes nous complétons la série de nos instruments de détection destinés à contrôler la qualité des conditions environnementales de notre existence, comme les détecteurs de fuite de gaz, de champs magnétiques et HF, les compteurs Geiger, etc., ayant toujours suscité un vif intérêt de la part de nos lecteurs.



Figure 1 : Pour voir si votre four à micro-ondes présente des fuites de SHF, vous devez déplacer le détecteur le long du périmètre de la porte, en face des charnières et de la garniture.



Au sujet du danger constitué par les fours à microondes, les media de masse (presse, radios, télévisions, etc.) ont diffusé une flopée d’informations contradictoires alors que les constructeurs assurent, de leur côté, que ces fours sont dotés d’un blindage parfait en mesure d’empêcher la plus petite fuite d’ondes SHF (Super High Frequency). Nous ne serions donc pas étonnés si même vous, fidèles lecteurs, aviez sur la question des idées plutôt confuses et si, possédant un four à micro-ondes, vous l’utilisiez avec une certaine méfiance eu égard à votre santé, ou même si, votre méfiance, allant jusqu’à l’abstention, vous repoussiez toujours à plus tard l’achat d’un tel appareil, dans l’attente peut-être de progrès décisifs en matière de prévention des fuites. Ce qui est certain, en tout cas, est qu’une exposition prolongée aux ondes SHF peut être préjudiciable pour l’organisme vivant (animal ou humain, c’est égal) et que les différents ministères de la santé européens ont défini des valeurs maximales d’exposition (comme pour le nucléaire ou les rayons X) en V/m (volts par mètre) à respecter… mais seulement pour les signaux émis par les relais pour téléphones portables ! Eh oui : ils ont oublié d’étendre la norme aux fours à micro-ondes ! Il est en revanche demandé aux constructeurs d’être assez responsables et respectueux de la vie humaine pour prévoir un blindage suffisant de leurs appareils et d’en contrôler l’efficacité avant de les mettre sur le marché. Bigre !

En théorie, les ondes SHF utilisées dans les fours à microondes, caractérisées par une fréquence de travail de 2,45 GHz environ, ne devraient pas s’échapper par la porte du four, mais étant donné que l’usure du temps ou une erreur de manipulation ou d’entretien peuvent provoquer la détérioration des charnières ou de la garniture de cette porte, il est conseillé d’en vérifier l’état périodiquement (comme on doit vérifier les joints d’une chaudière ou les conduites de gaz) à l’aide d’un détecteur de fuite SHF.



Notre réalisation

De même que par le passé nous avons proposé différents appareils capables de contrôler la qualité des conditions environnementales de vie, par exemple les compteurs Geiger pour mesurer la radioactivité de l’air ambiant ou des fruits et légumes sur notre table, les détecteurs de champs électromagnétiques des lignes à HT passant au dessus de nos têtes et de champs hertziens UHF émis par les relais radio des téléphones portables, nous avons trouvé utile d’ajouter à cette liste un nouvel appareil simple en mesure de nous signaler si notre four à microondes nous arrose d’ondes SHF au-delà d’un seuil acceptable.



Figure 2 : Photo du petit appareil qui vous permettra de contrôler d’éventuelles fuites SHF de votre four à micro-ondes.



Le schéma électrique du détecteur de fuite SHF

Ne vous laissez pas tromper par la simplicité du schéma électrique de la figure 3, car dès que vous mettrez en service cet instrument, vous vous rendrez compte de son excellente sensibilité.

Pour capter les signaux SHF que le four à micro-ondes pourrait laisser s’épancher vers l’extérieur, on utilise une petite antenne dipôle replié en U.

Le signal SHF reçu par ce dipôle est redressé par deux diodes Schottky, DS1 et DS2 et appliqué, à travers R3, sur la broche d’entrée 3 non inverseuse (symbole +) du premier amplificateur opérationnel IC1-A monté ici en étage séparateur.

Cet amplificateur opérationnel n’est donc pas monté en étage amplificateur, mais il pourvoit seulement à transformer un signal haute impédance en un signal basse impédance.

Revenons à nos deux diodes Schottky DS1 et DS2. Comme on sait, elles commencent à conduire seulement quand l’amplitude du signal dépasse 0,3 V.

Afin d’annuler cette valeur de seuil, qui rendrait l’appareil peu sensible, il faut les faire entrer tout de suite en conduction : pour cela, il est nécessaire de faire courir à travers elles un faible courant, grâce à R1 et R2, de façon à rendre ces diodes capables de détecter même les signaux les plus faibles.

La tension retrouvée sur la broche de sortie de IC1-A est appliquée, à travers R6, sur l’entrée inverseuse 3 (symbole –) du second amplificateur opérationnel IC1-B. Celui-ci amplifie environ 100 fois la faible tension appliquée à son entrée. La tension amplifiée est prélevée sur la broche de sortie 7 à travers R13 et elle est appliquée au condensateur électrolytique C9, après être passée à travers la diode au silicium DS5. Les deux diodes au silicium DS6 et DS7, en parallèle avec C9, servent à rendre la déviation de l’aiguille du galvanomètre (μA-mètre) légèrement logarithmique afin d’éviter qu’en présence de fortes fuites SHF elle ne vienne frapper violemment en fond d’échelle.

Le trimmer R10 inséré dans ce circuit sert à alimenter la broche 5 non inverseuse du second amplificateur opérationnel IC1-B et, nous allons le voir par la suite, à positionner l’aiguille du μA-mètre sur le 0 de gauche en l’absence de signal SHF. Les deux diodes Schottky DS3 et DS4, placées après le trimmer R10, servent à court-circuiter à la masse tout résidu de signal SHF que pourraient capter les pistes du circuit imprimé. Ces diodes Schottky fournissent en outre une tension de référence mise à profi t pour polariser l’entrée non inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC1-B. Cette tension est réglée par le trimmer R10 de façon à obtenir, au cours du réglage, une tension de 0 V à la sortie de l’amplificateur opérationnel IC1-B, tension utile pour positionner l’aiguille du galvanomètre tout à gauche sur le 0 quand aucun signal SHF n’est détecté par le circuit.

Pour alimenter celui-ci, on utilise une pile 6F22 de 9 V et, comme le circuit ne consomme que 2 mA environ, elle assurera une grande autonomie à l’appareil.



Figure 3 : Schéma électrique du détecteur de fuite SHF pour fours à micro-ondes. Comme le montrent les figures 5 et 6, l’antenne dipôle servant à capter les signaux SHF en fuite est directement gravée dans le petit circuit imprimé.



Figure 4 : Brochage vu de dessus du circuit intégré double amplificateur opérationnel utilisé pour le détecteur de fuite SHF.



Figure 5a : Schéma d’implantation des composants du détecteur de fuite SHF. Dans l’évidement central, on insérera le galvanomètre μA-mètre et on soudera ses cosses aux deux picots disposés de part et d’autre de C10.



Figure 5b-1 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé, face composants.



Figure 5b-2 : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé, face soudures.



Liste des composants

R1 = 47 kΩ

R2 = 47 kΩ

R3 = 10 kΩ

R4 = 330 kΩ

R5 = 47 kΩ

R6 = 10 kΩ

R7 = 10 kΩ

R8 = 1 MΩ

R9 = 1 MΩ

R10 = 200 kΩ trimmer

R11 = 22 kΩ

R12 = 220 kΩ

R13 = 3,3 kΩ

R14 = 5,6 kΩ

C1 = 10 nF polyester

C2 = 10 nF polyester

C3 = 100 nF polyester

C4 = 100 nF polyester

C5 = 100 nF polyester

C6 = 100 nF polyester

C7 = 100 nF polyester

C8 = 10 μF électrolytique

C9 = 47 μF électrolytique

C10 = 100 nF polyester

DS1 = Diode Schottky BAR10 ou 5711

DS2 = Diode Schottky BAR10 ou 5711

DS3 = Diode Schottky BAR10 ou 5711

DS4 = Diode Schottky BAR10 ou 5711

DS5 = Diode 1N4148

DS6 = Diode 1N4148

DS7 = Diode 1N4148

IC1 = LM358 ou TS27M2CN

S1 = Interrupteur à glissière

μA = Galvanomètre 200 μA





Figure 6 : Photo d’un des prototypes de la platine du détecteur de fuites SHF.



La réalisation pratique

La figure 5 donne le schéma d’implantation des composants à l’échelle 1 du montage et la figure 6 la photo de l’un des prototypes : on voit que l’antenne dipôle replié en U est directement dessinée sur le circuit imprimé. Le montage de ce détecteur de signaux SHF étant très facile, vous l’aurez terminé en peu de temps.

Pour commencer, nous conseillons d’insérer et de souder le support du circuit intégré IC1 en prenant grand soin de ne faire aucun court-circuit entre les pistes ou les 8 pastilles, ni soudure froide collée.

Cela étant fait et bien vérifié, montez les diodes Schottky DS1, DS2, DS3 et DS4 : elles sont en principe bleues avec une fine bague noire repère-détrompeur que vous orienterez dans le bon sens (montré par les figures 5 et 6). DS1 a sa bague tournée vers le condensateur polyester C2, DS2 vers le haut, DS3 et DS4 vers la gauche. Si vous les montez dans le sens inverse, le montage ne fonctionnera pas.

Après les diodes Shottky, vous pouvez monter les diodes au silicium DS5, DS6 et DS7. A la différence des autres diodes, celles-ci se distinguent par leur boîtier en verre transparent, mais toujours avec une fine bague noire repère-détrompeur. DS5, près de C9, a sa bague orientée vers la droite. DS6, près de la Shottky DS4, bague vers la droite. DS7, près du trimmer R10, bague vers le haut.

Quand les diodes sont montées, vous pouvez insérer et souder toutes les résistances (en contrôlant leurs valeurs, bien sûr, afin de ne pas les intervertir), le trimmer R10, à droite, puis tous les condensateurs (en respectant bien la polarité des électrolytiques : le – est repéré par des – sur le côté du boîtier et le + est la patte la plus longue, pour C8 et C9 le + est vers la droite de la platine).

Poursuivez le montage avec, en bas à droite, le petit interrupteur à glissière S1, puis, à côté, les deux picots de la prise de pile et enfin, au milieu de la carte, de part et d’autre de C10, deux autres picots pour souder les cosses du μA-mètre qui prendra place dans l’évidement carré.

Soudures terminées et vérifiées, insérez dans son support le circuit intégré IC1, c’est-à-dire le double amplificateur opérationnel, repère-détrompeur en U orienté vers la droite. Nous avons utilisé un LM358 mais le TS27M2 et le TLC27M2 sont substituables broche à broche : cependant, si le repère-détrompeur du premier est en U, celui des deux autres est un point désignant la broche 1 (on orientera ce point du même côté que le U, soit vers la droite).



Figure 7 : En théorie, les ondes SHF utilisées dans les fours à micro-ondes ne devraient jamais sortir à l’extérieur, mais si vous approchez le détecteur de fuites, vous pourrez le vérifier par vous-même. Si vous placez le détecteur à environ 20 cm du four, l’aiguille ne devrait pas dévier jusqu’au fond de l’échelle (à droite). Si vous le placez à 50 cm de la porte du four, en absence de pertes, l’aiguille devrait rester immobile à gauche de l’échelle.



Le montage dans le boîtier plastique

Avant de fixer la platine dans le boîtier, vous devez ouvrir sur son bord droit un petit évidement rectangulaire afin de laisser sortir latéralement le levier de l’interrupteur de M/A S1. Montez sur la fenêtre du boîtier le μA-mètre puis fixez le circuit imprimé avec trois vis auto-taraudeuses et enfin soudez les deux cosses sur les deux picots voisins (figure 8).



Figure 8 : Photo d’un des prototypes du détecteur de fuites SHF installé dans son boîtier plastique. On remarque les cosses du galvanomètre μA soudées sur les picots disposés de part et d’autre de C10.



Les essais et le réglage

Quand la pile 6F22 de 9 V est installée, avant de fermer le boîtier, vous devez régler le trimmer R10 avec un petit tournevis. Tournez le curseur jusqu’à ce que l’aiguille du galvanomètre Vu-mètre aille sur le zéro à gauche de l’échelle. Ceci obtenu, vous pouvez vérifier l’intensité des éventuelles fuites SHF de votre four à micro-ondes.



Les essais in situ

Pour voir si votre four à micro-ondes laisse s’épancher des ondes SHF à l’extérieur du four, faites ces quelques essais en vraie grandeur. Attention : avant d’effectuer ces essais, il est préférable d’introduire dans le four des aliments à cuire. Vous éviterez de l’abîmer et, de plus, sachez que les fuites seront d’autant plus faibles que la quantité d’aliments absorbant les ondes sera plus importante.

Après avoir allumé le four à microondes, approchez le détecteur (allumé lui aussi !) à 20 cm environ de la porte : à cette distance, si le verre est correctement blindé, vous verrez l’aiguille dévier sans toutefois aller au-delà du milieu de l’échelle. Si, en revanche, vous déplacez le détecteur le long du périmètre de la porte, au niveau des charnières et de la garniture, vous trouverez des points où l’aiguille déviera jusqu’au fond de l’échelle, ce qui indique la présence d’une plus grande fuite localisée de SHF. Si c’est le cas, vous serez encore en deçà du niveau maximum acceptable, donc ne vous affolez pas.

Si à présent vous placez le détecteur à environ 50 cm, frontalement et le long des bords de la porte et que l’aiguille reste immobile, vous avez la certitude que votre four à microondes est parfaitement blindé et qu’il ne présente aucun danger pour quelqu’un se trouvant dans son voisinage (figure 7). En revanche, si à cette distance l’aiguille dévie au centre ou au fond de l’échelle, votre four présente des fuites de SHF importantes et il faut faire effectuer un contrôle et une réparation par un spécialiste.

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