Brevet FR2130037A1 — publié le 19721103

Parmi les variables décrivant un écoulement biphasique, il en est une originale appelée "variable caractéristique de phase définie en un point et à un instant donnés, qui prend les valeurs 0 ou 1 selon que le point considéré se trouve dans une phase ou dans l'autre. La mesure de cette variable a suscité un développement considérable de diverses techniques, le dispositif faisant l'objet de l'invention permet d'accéder à cette variable de phase dans de très bonnes conditions. Les dispositifs connus utilisent les propriétés électriques, thermiques ou optiques des milieux. Les dispositifs optiques utilisent la propriété qu'a la lumière d'être réfléehie ou d'être transmise par une interface entre deux milieux suivant la valeur des indices de ces milieux pour une incidence bien choisie de la lumière sur cette interface. Les dispositifs existant sont constitués d'un conducteur optique unique assurant l'aller et le retour de la lumière traversant la partie sensible de la sonde, le signal ainsi obtenu est fortement brouillé par la lumière parasite. D'autre part, Le dispositif suivant l'invention permet de détecter la nature liquide ou gazeuse de la phase présente dans un espace avec une bonne résolution spatiale et temporelle. Ce résultat est obtenu sous la forme d'un signal électrique élevé exempt de parasites, ceci indépendamment de la transparence ou des propriétés de conductivité électrique ou thermique des phases en présence. Le dispositif, objet de l'invention,eomporte une source de lumière éclairant l'extrémité d'une fibre optique à gradient d'indice radial qui transmet l'énergie lumineuse vers la partie sensible. Cette partie, dont la géométrie en contact avec le fluide extérieur permet, suivant l'indice du milieu, le passage vers l'extérieur ou la réflexion à l'intérieur du flux lumineux ; dans ce dernier cas, la lumière est ramenée par une autre fibre vers un photorécepteur. La séparation des flux lumineux incident et réfléchi assure l'obtention d'un bon rapport signal sur bruit. Des dispositifs de focalisation aux extrémités source et photorécepteur des fibres optiques permettent un bon rendement énergétique d'ensemble et l'utilisation d'une source de lumière de faible puissance. L'emploi d'une fibre optique à gradient radial d'indice limite les pertes de transmission et contribue ainsi au bon rendement de l'ensemble. La partie sensible peut être formée soit par la courbure selon un faible rayon d'une fibre optique, soit par la soudure suivant une petite boule des extrémités de deux fibres parallèles. Eventullement, cette petite boule pourrait être taillée en coin pour augmenter la modulation du signal. Ces réalisations permettent de miniaturiser la partie sensible. On peut aussi choisir une source de lumière modulable, ce qui permet d'ajouter facilement un signal au signal principal de la sonde ; on peut, en particulier, faire ainsi apparaître une référence de temps superposé au signal. Si l'on a peur d'être gêné par la lumière parasite éclairant le milieu où l'on fait la mesure, une adaptation spectrale de la source et du photorécepteur permet de s'affranchir de toute influence extérieure, on peut ainsi par exemple, photographier le passage d'une bulle sur la sonde tout en enregistrant le signal non perturbé de la sonde. Des dessins annexes illustrent à titre d'exemple un mode de réalisation d'ensemble ainsi que des variantes de réalisation de la partie sensible. Tel qu'il est représenté figure A, le dispositif comporte une source (1), un dispositif de focalisation (2), une fibre (3) amenant l'énergie à la partie sensible, une partie sensible (4), une fibre de retour (5), un photorécepteur (6) et une gaine de protection (7). Des réalisations possibles de la partie sensible : fibre courbée (B), soudée (C), soudée et taillée (D). Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas où l'on veut mesurer le taux de présence d'une phase liquide ou gazeuse. En particulier, l'étude des écoulements biphasiques dans le cas de liquides non cnnducteurs semble une application particulièrement intéressante. Dans les autres liquides, l'absence de difficultés d'ordre électriques affectant, par contre, les sondes à variations d'impédance, peut faire préférer alors 1'adoption de sonde optique du type faisant objet de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif optique permettant de détecter la nature liquide ou gazeuse de la phase en présence de la partie sensible de l'instrument essentiellement caractérisé par l'emploi de deux conducteurs de lumière séparés à l'aller et au retour du flux lumineux. 2 - Dispositif selon 1 dans lequel les conducteurs de lumière sont formés par une fibre à gradient radial d'indice. 3 - Dispositif selon 1 dans lequel des éléemnts optiques classiques, lertille ou miroir, focalisent le flux lumineux entre la source , le photorécepteur et les extrémités des fibres optiques. 4 - Dispositif selon 1 où la partie sensible est formée par la courbure suivant un faible rayon d'une fibre optique. 5 - Dispositif selon 1 où la partie sensible est formée par la soudure suivant une petite boule des extrémités de deux fibres parallèles. 6 - Dispositif selon 5 où on taille la soudure en forme de coin formant un prisme rectangle. 7 - Dispositif selon 1 où la source est modulée pour ajouter un signal extérieur à celui propre de la sonde. 8 - Dispositif selon 1 où la source et le photorécepteur travaillent dans le même domaine spectral étroit afin d'éliminer l'influence de l'éclairement externe. 9 - Dispositif selon 1 où l'indice de la partie sensible a été choisi de manière à détecter le taux de pré sence de liquides d'indice différent. 10 - Dispositif selon où l'on associe plusieurs parties sensibles pour effectuer des mesures particulières (vitesse d'interface. correlation du taux de présence deux points.)