Brevet FR2035179A1 — publié le 19701218

la présente invention concerne un appareil optique de mesure du type à deux faisceaux, avec un faisceau lumineux de mesure dirigé sur un parcours de mesure et un faisceau lumineux de référence et de comparaison, les intensités respectives de ces deux faisceaux étant 5 comparées entre elles au moyen d'une première installation de comparaison, après que le faisceau lumineux de mesure a parcouru le parcours de mesure, le faisceau lumineux de mesure et le faisceau lumineux de comparaison étant émis chacun par une- source de lumière particulière, pouvant être modulée par des signaux électriques. 10 On connaît déjà des appareils optiques de mesure à deus faisceaux, dans lesquels les deux faisceaux émanent d'une source de lumière commune, et, après que le faisceau lumineux de mesure a franchi le parcours de mesure, dans lequel il a été affaibli par absorption et/ou par dispersion sur un échantillon, par exemple dans 15 un canal d'évacuation de gaz de fumées, les deux faisceaux lumineux sont dirigés sur un récepteur photo-électrique commun. Du fait que les deux faisceaux lumineux émanent de la même source de lumière et tombent sur le même récepteur, on est assuré que des variations de la source de lumière ou du récepteur, agissent dans la même mesure 20 dans les deux faisceaux lumineux, de sorte qu'aucune erreur ne peut en résulter dans la mesure effectuée. Gepéndant, il est nécessaire de séparer l'un de l'autre les signaux qui sont produits sur le récepteur commun par les deux faisceaux lumineux. Dans ce but, les deux faisceaux lumineux sont 25 modulés de manières différentes, par exemple avec des fréquences différentes ou des phases différentes. Pour cela, il est nécessaire de prévoir des disques perforés rotatifs ou analogues. De tels mécanismes rotatifs apportent avec eux certains inconvénients. D'une part de telles pièces mécaniques mobiles sont par principe 30 indésirables'dans un appareil optique, d'autre part la fréquence de modulation qu'on peut obtenir, et, par suite, la vitesse avec laquelle des écarts entre le faisceau lumineux de mesure et le faisceau lumineux de comparaison peuvent être constatés, est limitée vers le haut. 35 Pour cette raison, il est connu de prévoir un appareil de mesure à deux faisceaux, dans lequel le faisceau de mesure et le faisceau de référence de comparaison sont émis chacun par une source de lumière particulière pouvant être modùlée par des signaux électri 70 10256 2 2035179 ques» sous la forme d'une diode luminescente. Chacune de ces diodes luminescentes est modulée par des signaux électriques d'une manière qui lui est particulière. On évite ainsi des pièces mécaniques mobiles, et la modulation peut être produite avec des fréquences 5 relativement élevées. Cependant, il existe l'inconvénient que le. faisceau de mesure et le faisceau de comparaison proviennent de sources de lumière séparées, de sorte que, par vieillissement des diodes luminescentes, par variations de tension ou analogues, il se produit des variations non contrôlées des intensités dans le faisceau 10 de mesure et dans le faisceau de comparaison, la plus grande facilité de modulation des faisceaux lumineux est ainsi défavorablement compensée par d'autres inconvénients. La présente invention a pour but de réaliser un appareil optique de mesure à deux faisceaux lumineux, qui, d'une part, permette une 15 modulation du faisceau de mesure et du faisceau de comparaison sans pièces mécaniques mobiles, mais, d'autre part, soit indépendant d'incidents de vieillissement et autres variations qieLeonques des sources lumineuses. L'appareil de l'invention est caractérisé en ce que, du faisceau 20 lumineux de mesure sortant de la source de lumière, avant son passage dans le parcours de mesure, et du faisceau de comparaison, sont dérivés un faisceau lumineux partiel, ces deux faisceaux partiels étant dirigés sur un second dispositif de comparaison, au moyen duquel on peut régler à une valeur constante le rapport entre les flux 25 lumineux émis des deux faisceaux, par réglage des clartés des sources lumineuses. L1appareil conforme à l'invention fonctionne ainsi, d'une part, avec deux sources lumineuses séparées, pouvant être modulées par des signaux électriques, de préférence des diodes luminescentes, mais, 30 d'autre part, avec un second dispositif de comparaison, grâce auquel les flux lumineux émis dans le faisceau de mesure et dans le faisceau de comparaison sont maintenus dans un rapport réciproque fixe. On réalise ainsi une disposition de fonctionnement très sûr, tout en évitant les inconvénients des appareils déjà connusf 35 L'appareil de l'invention peut être réalisé de telle manière que, dans les parcours des rayons du faisceau de mesure et du faisceau de comparaison, sont disposés des réflecteurs, les faisceaux lumineux renvoyés sur eux-mêmes par les réflecteurs étant, dans ce parcours de 70 10256 3 2035179 retour, déviés chacun, par un miroir partiellement transparent, incliné sur l'axe du faisceau, sur un récepteur de rayonnement commun du premier dispositif de comparaison, ces miroirs semi-transparents servant en même temps, dans le parcours de rayonnement 5 de départ, pour dévier les faisceaux lumineux.partiels pour le secaxL dispositif de comparaison. De cette manière, on évite un affaiblissement supplémentaire des faisceaux par les faisceaux partiels dérivés, car on utilise comme faisceaux partiels des courants lumineux qui sont réfléchis sur les miroirs semi-transparents, directement 10 dans le parcours de rayonnement de départ. Il est avantageux de prévoir que le premier et le second dispositif de comparaison présentent chacun un récepteur photo-électrique commun pour les flux de mesure et de comparaison, de telle sorte que, de même manière pour chacun des récepteurs, 1'un des flux 15 lumineux ou flux lumineux partiel, tombe, par l'intermédiaire d'un miroir de renvoi, sur le récepteur, tandis que l'autre est superposé, par l'intermédiaire d'un miroir semi-transparent, au prsmier flux de lumière. Dans le cas de faisceaux modulés à la manière d'impulsions, la 20 régulation des clartés des sources dé lumière à un rapport constant, s'effectue de telle manière que le signal du récepteur photoélectrique du second dispositif de comparaison peut être connecté, par l'intermédiaire d'un commutateur synchrone commandé par un donneur de cadence, alternativement comme valeur réelle sur un 25 premier et sur un second régulateur d'amplitude, les deux régulateurs d'amplitude reçoivent une valeur imposée à partir d'un émetteur de valeur imposée commun, et, par l'intermédiaire d'un second commutateur synchrone, commandé par le même émetteur de cadence, les sorties des régulateurs d'amplitude chargent alternativement un générateur 30 de commandé également commandé par l'émetteur de cadence, lequel alimente, par l'intermédiaire d'un troisième commutateur synchrone commandé par l'émHtteur de cadence, les diodes luminescentes pour le faisceau de mesure et pour le faisceau de comparaison. l'exploitation des signaux de mesure proprement dits peut alors 35 avoir lieu de telle manière que le signal du récepteur photoélectrique du premier dispositif de comparaison peut être connecté, à travers un amplificateur réglable et un quatrième commutateur synchrone commandé par le même donneur de cadence, alternativement 70 10256 4 2035179 sur un premier et sur un second canal, un dispositif d'exploitation et un dispositif indicateur étant prévus dans le premier canal, tandis que le second canal contient un régulateur d'amplitude, auquel est donnée une valeur imposée constante, et dont la sortie 5 de réglage commande l'amplificateur réglable pour maintenir à une valeur constante l'amplitude dans le second canal. De cette manière, le rapport entre les signaux du faisceau lumineux de mesure et du faisceau lumineux de comparaison sont formés avec un procédé dit "procédé pilote", dans lequel, par un amplifica-10 teur réglable agissant sur les deux signaux, l'un des signaux est maintenu à une valeur constante, tandis que l'autre charge le dispositif indicateur» Ii'invention peut cependant être réalisée en prévoyant que les deux diodes luminescentes pour le faisceau de mesure et pour le faisceau 15 de comparaison sont modulées chacune par un générateur de commande avec des fréquences différentes, le signal du récepteur photoélectrique du second dispositif de comparaison étant appliqué, à travers deux filtres accordés chacun sur l'une des fréquences, comme deux valeurs réelles, chacune sur un régulateur d'amplitude, les 20 deux régulateurs d'amplitude reçoivent une valeur imposée provenant d'un émetteur de valeur ihdiqué commune, et chaque sortie de régulateur charge l'un des générateurs de commande dans le sens du réglage de l'amplitude. Naturellement, on peut également mesurer, avec une telle méthode à deux fréquences, le rapport des intensités du fais-25 ceau de mesure et du faisceau de comparaison dans leurs parcours de renvoi par un procédé pilote comme exposé plus haut. Au lieu de cela, une modulation de phase peut également'être produite, et une compensation de comparaison peut s'effectuer par des moyens optiques, par exemple un prisme de gris, un diaphragme à 30 peigne, ou analogues, jusqu'à ce que les intensités du faisceau de mesure et du faisceau de comparaison agissant au récepteur du premier dispositif de comparaison soient égales, le parcours de réglage nécessaire pour le prisme ou pour l'écran à peigne constitue une mesure pour l'affaiblissement du faisceau de mesure sur le circuit 35 de mesure. Ce sont là des techniques connues. la description se rapporte à deux modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : 70 10256 5 2035179 la figure 1 montre schématiquement le parcours optique des rayons d'un appareil de mesure de la densité des fumées, construit conformément à 1'invention ; la figure 2 montre une possibilité de réalisation pour les circuits 5 électriques sous forme de diagramme schématique, et la figure 3 montre une autre possibilité de réalisation des circuits électriques également sous forme de diagramme schématique. Un faisceau lumineux de mesure avec le flux lumineux^) M est émis par une source à diode luminescente Ljj. A partir d'une autre 10 diode luminescente ly est émis un faisceau lumineseen^fcomparaison avec un flux y faisceau lumineux de mesure t raverse un canal d'évacuation de fumées .10, et tombe, de l'autre côté du canal, sur un réflecteur j_2. Par ce réflecteur _1_2, le faisceau lumineux est renvoyé sur lui-même, de sorte qu'il passe à nouveau à travers le 15 conduit de fumées J_0 et tombe sur une miroir semi-transparent 14. le miroir J_4 est incliné à 45- sur l'axe du faisceau, de sorte que le faisceau lumineux de mesure réfléchi, est dévié de 90^, avec un flux lumineux M' affaibli par-l'absorption produite dans le conduit de fumées J_0. Ce faisceau réfléchi est renvoyé, par l'intermédiaire 20 d'un miroir de renvoi J_6, sur une photo-diode j_8, gur le miroir semi-transparent J_4 est déjà réfléchi, dans le trajet incident des rayons, un faisceau lumineux partiel. Ce faisceau partiel est utilisé, conformément à l'invention et est dévié, par des miroirs 20, 22 et 24, sur une seconde photo-diode 26. 25 le parcours des rayons est analogue pour' le faisceau lumineux de comparaison avec le flux de lumière le faisceau lumineux de comparaison frappe, après un parcours relativement court, un réflecteur de renvoi -28. le faisceau est renvoyé sur lui-même et il est dévié par un miroir semi-transparent 30, incliné de 452 sur 30 l'axe du faisceau, ainsi qu'un autre miroir semi-transparent 32, pour tomber également sur la photo-diode JJ3. les miroirs sont disposés de telle manière que les parcours des rayons du faisceau lumineux de mesure renvoyé et du faisceau lumineux de comparaison renvoyé, se rencontrent sur la photo-diode _18. Une partie du fais-35 ceau lumineux de comparaison est également réfléchie dans son parcours incident sur le miroir 30. le faisceau partiel ainsi obtenu est également dévié, par l'intermédiaire de miroirs de renvoi J4, 36 et d'un miroir partiellement transparent 3§, sur la photo-diode 70 .10256 6 2035179 26. Ici aussi, la disposition est telle que, sur la photo-diode 26. les faisceaux lumineux partiels, qui sont dérivés du faisceau de mesure et àu faisceau de comparaison, coïncident dans leurs parcours-La disposition des miroirs Vo et 32 est e ssentiellement la mime que 5 celle des miroirs 24 et 38. La photo-diode _U3 reçoit de cette manière des flux lumineux du faisceau de mesure renvoyé, qui a traversé deux fois le parcours de mesure (conduit de fumées 12), et du faisceau de comparaison qui a été réfléchi sur le réflecteur de renvoi 28, sans affaiblissement. 10 Ces deux flux lumineux ^)]V[' et çj? y, sont comparés entre eux d'une manière usuelle, en vue d'obtenir une mesure de l'affaiblissement du faisceau de mesure dans le conduit de fumées J_0, et ainsi une mesure de la densité de la fumée. La photo-diode _26 est chargée par des flux lumineux qui sont 1 5 proportionnels aux flux lumineux des faisceaux incidents tj) et (jf) y > c'est-à-dire aux flux lumineux qui sont effectivement émis par les diodes luminescentes L^ et Ly. Ces deux flux 'lumineux sont comparés entre eux et on fait ainsi en sorte que 3ie rapport des flux lumineux reste maintenu à une valeur constante réglée, ou que, 20 par exemple, les deux flux lumineux soient égaux entre eux. La figure 2 montre un diagramme schématique d'une possibilité de réalisation de circuits avec laquelle le résultat ci-dessus est obtenu. L'installation de la figure 2 comprend un émetteur de cadence 25 40 par lequ'el sont commandés un premier commutateur synchrone 42. un second commutateur synchrone 44, un troisième commutateur synchrone 46 et un quatrième commutateur synchrone 48. L'émetteur de cadence 40 commande en outre un générateur de commande J50 pour les diodes luminescentes L^ et Ly. Le générateur de commande j)0 produit des 30 impulsions pour l'excitation des diodes luminescentes Ljy[ et Ly. La hauteur des impulsions peut être commandée par l'intermédiaire d'une entrée de commande 52 du générateur de commande. Par l'intermédiaire d'une entrée de commande 54 du générateur de commande 50, ces impulsions venant de l'émetteur de cadence 40, sont synchronisées. A 35 travers le commutateur synchrone 46 sont envoyées alternativement des impulsions sur la diode luminescente Ljyj; du faisceau lumineux de mesure et sur la diode luminescente Ly du faisceau de comparaison. A la photo-diode j26 sont produites alors des impulsions du type 70 10256 7 2035179 indiqué, qui proviennent alternativement du faisceau lumineux de mesure et du faisceau lumineux de comparaison. Ces impulsions sont amplifiées dans un amplificateur 56 et sont délivrées par le commutateur synchrone 42 alternativement sur un premier canal et un 5 second canal 58, 60. Le canal 58 reçoit ainsi les impulsions du faisceau ihumineux de mesure, tandis que le canal 60 reçoit les impulsions du faisceau lumineux de comparaison. Les impulsions sont amenées comme valeurs réelles chacune à un régulateur d'amplitudes 62 et 64 respectivement. Des valeurs imposées sont fournies au 10 préalable aux régulateurs 62 et 64 par un émetteur de valeurs imposées commun. Lors d'unéîart entre les amplitudes des impulsions et la valeur imposée, on obtient à une sortie 68, 70 respectivement une tension de réglage pour les impulsions du faisceau lumineux de mesure et du faisceau lumineux de comparaison. 15 Ces tensions de réglage sont délivrées, à travers le commuta teur synchrone 44,'alternativement sur l'entrée 52 du générateur de commande 50. De cette manière, l'excitation des diodes luminescentes Ljv[ et Ly est ^réglée de telle manière qu'elles délivrent des amplitudes d'impulsions identiques. 20 L'émetteur de cadence 40 commande simultanément le commutateur synchrone 48. Le signal de la photo-diode _18 est délivré, par l'intermédiaire d'un amplificateur réglable 72 et du commutateur synchrone 48, alternativement sur un premier canal 74 ou un second canal 76. Dans le second canal, auquel sont ainsi amenées les impul-25 sions du faisceau lumineux de comparaison, est prévu un régulateur d'amplitude 78, auquel est appliquée, à partir d'un émetteur 80. une valeur imposée. Le régulateur livre à une- sortie 82 une tension de réglage, par laquelle est modifié le degré d'amplification de l'amplificateur réglable 72. Les impulsions, qui proviennent du 30 faisceau lumineux de comparaison, sont en conséquence maintenues à une amplitude constante à la sortie de l'amplificateur réglable 72. Dans le canal 74, auquel sont amenées les impulsions du faisceau lumineux de mesure, est prévu un circuit d'exploitation de valeur 84 et un dispositif indicateur 86» Etant donné que l'amplitu-35 de d'impulsion dans le canal 74 est réglée avec la même facteur que l'amplitude d'impulsion dans le canal 76, on obtient une indication, qui est proportionnelle au rapport des amplitudes d'impulsion dans le faisceau lumineux de mesure et le faisceau lumineux de 70 10256 8 2035179 comparaison. Dans la disposition conforme à la figure 3, les diodes luminescentes Ljyj- et 1 y sont commandées chacune par un générateur de commande 90 et 92 avec des fréquences différentes, de sorte que les 5 faisceaux lumineux sont modulés avec des fréquences différentes, les signaux à la photo-diode 26 sont amplifiés dans un amplificateur 94. et les deux fréquences sont séparées par des filtres appropriés 96 et 98, de sorte que les signaux du faisceau lumineux de mesure et ceux du faisceau lumineux de comparaison sont délivrés sur des canaux 10 séparés 100 et 102» Dans chacun de ces canaux est prévu un régulateur d'amplitude 104 et 106 respectivement. A chacun des régulateurs d'amplitude 104 et 106 est appliquée, une valeur imposée à partir d'un émetteur de valeur imposée commun 108. les régulateurs délivrent une tension de réglage, qui est fournie aux générateurs de commande 15 90 et 92 respectivement. Il en résulte que les flux lumineux qui sont émis par les diodes luminescentes Igyf et ly sont réglés de, telle manière que le rapport de ces flux est maintenu à une valeur constante, et que, par exemple, les deux flux sont identiques. I1exploitation des faisceaux lumineux renvoyés, qui sont effi-20 caces sur la photo-diode 18, s'effectue de manière analogue au mode de réalisation suivant la figure 2, au moyen d'un procédé dit pilote, les signaux délivrés par la photo-diode J_8 sont amplifiés dans un amplificateur 110 et sont séparés en fonction de leur fréquence par des filtres 112 et 114. les signaux obtenus à partir du faisceau de 25 comparaison sont appliqués à un régulateur 116. auquel est appliquée au préalable une valeur imposée à partir d'un émetteur 118. la tension de réglage du régulateur 116 commande le dégré d'amplification de l'amplificateur réglable commun 110. les signaux provenant du faisceau lumineux de comparaison sont amenés, à travers le filtre 30 112. à un circuit d'exploitation de valeur 120 et à un dispositif indicateur 122. 70 10256 9 2035179 -REVENDICATIONS- 1. Appareil optique de mesure à deux faisceaux, avec un faisceau lumineux de mesure dirigé sur un parcours de mesure et un faisceau lumineux de comparaison, les intensités respectives de ces 5 deux faisceaux étant comparées entre elles dans un premier dispositif de comparaison, après que le faisceau lumineux de mesure a parcouru le parcours de mesure, le faisceau de mesure et le faisceau de comparaison étant émis chacun par une source lumineuse particulière pouvant être modulée par des signaux électriques, appareil caracté-10 risé en ce que, du faisceau de mesure, sortant de la source de lumière, avant son passage à travers le parcours de mesure, et du faisceau lumineux de comparaison, est dérivé, pour chacun, un faisceau partiel ces deux faisceaux partiels étant dirigés vers un second dispositif de comparaison, au moyen duquel on peut régler, à une valeur constan-15 te, le rapport entre les flux lumineux émis dans les deux faisceaux, par réglage des clartés des sources lumineuses. 2. Appareil optique de mesure suivant la revendication 1,, caractérisé en ce que les sources lumineuses sont des diodes luminescentes. 3- Appareil optique de mesure suivant la revendication 2, carac-20 térisé en ce que dans les parcours de rayonnement du faisceau de mesure et du faisceau de comparaison sont placés des réflecteurs de renvoi et que les faisceaux renvoyés sur eux-mêmes par les réflecteurs sont, dans ce parcours de renvoi, déviés chacun par un miroir semi-transparent, incliné sur l'axe du faisceau, vers un récepteur de 25 rayonnement commun du premier dispositif de comparaison, ces miroirs semi-transparents servant en même temps, dans le parcours d'incidence à dévier les faisceaux partiels pour le second dispositif de comparaison. 4. Appareil optique de mesure suivant la revendication 3, carac-30 térisé en ce que le premier et le second dispositif de comparaison comprennent chacun un récepteur commun pour le faisceau de mesure et pour le faisceau de comparaison, de sorte que, de manière analogue pour les deux récepteurs, l'un des faisceaux ou faisceau partiel tombe sur le récepteur, par l'intermédiaire d'un miroir de renvoi, 35 tandis que l'autre est superposé au premier faisceau à l'aide d'un miroir semi-transparent. 5. Appareil optique de mesuré suivant la revendication 4, avec des faisceaux lumineux modulés du type à impulsions, caractérisé en 70 10256 10 2035179 ce que le signal.du récepteur photo-électrique du second dispositif de comparaison est connecté, par l'intermédiaire d'un commutateur synchrone commande par un émetteur de cadence, alternativement, comme valeur réelle, sur un premier et sur un second régulateur 5 dIamplitude, ces deux régulateurs d'amplitudes recevant une valeur imposée à partir d'un émetteur de valeur imposée commun, et, par l'intermédiaire d'un second commutateur synchrone, commandé par le même.émetteur de cadence, les sorties des régulateurs d'amplitude étant appliquées, également alternativement, à un générateur de 10 commande, commandé lui-même par l'émetteur de cadence, lequel générateur alimente, par impulsions, par l'intermédiaire d'un troisième commutateur synchrone, commandé par l'émetteur de cadence, les diodes luminescentes pour le faisceau lumineux de mesure et pour le faisceau lumineux de comparaison. 15 6. Appareil optique de mesure suivant la revendication 5, carac térisé en ce que le signal du récepteur photo-électrique du premier dispositif de comparaison est connecté, par l'intermédiaire d'un amplificateur réglable et- d'un quatrième commutateur synchrone commandé par le même émetteur de cadence, alternativement avec un premier 20 et avec un second canal, le premier wanal contenant un dispositif d'exploitation de signal et un dispositif indicateur, tandis que le second contient un régulateur d'amplitude auquel est appliquée une valeur imposée et dont la sortie commandé l'amplificateur réglable de manière à maintenir une valeur d'amplitude constante dans le 25 second canal. 7. Appareil optique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les deux diodes luminescentes pour le faisceau de mesure et pour le faisceau de comparaison sont modulées chacune par un générateur de commande avec des fréquences différentes entre ëLles, 30 le signal du récepteur photo-électrique du second dispositif de comparaison étant appliqué, comme valeur imposée, sur chacun de deux régulateurs d'amplitude à travers respectivement un filtre accordé sur l'une de ces fréquences, ces deux régulateurs d'amplitudes recevant d'autre part une valeur imposée à partir d'un émetteur 35 de valeur imposée commun, chaque sortie de régulateur étant appliquée à l'un des générateurs de commande de modulation dans le sens d'une régulation des amplitudes»