Brevet FR2217691A1 — publié le 19740906

La présente invention concerne un dispositif de mesure électro-optique cr l'analyse des gaz Far abso@ption de rayonnement. Elle consiste essentiellement en un émetteur de rayonnement modulable, un récepteur de ayonnement, une ou plusieurs cuves, un amplificateur de si gn@l de mesure et, en option une plaque de support ou une enveloppe cheuffée. La composition des différents éléments constitutifs s'effectue en fonction da problème de mesure à résoudre. On connaît déjà des dispositifs de mesure optiques permettant de résoudre ces probièmes et dans ces dispositifs les éléments constitutifs sont centrés sur un banc d'optique, les bancs d'optique pouvant être de conceptions tiès différentes. On connaît déjà des bancs d'optique exploitant des guidages par prismes t par barres ou tales profilees ou par colonnes cylindriques. flans ces dispositife, il est courant de raccorder un amplificateur au récapteur di- rayon- nement par des contacte sensibles D'autre part, il est courant et cornu de fixer les cuves sous la forme d'éléments de construction démontables entre l'émetteur et le récaptour de rayonnement les forces de sorrage de l'émmtteur du récepteur de rayonnement étant supportées par le banc d'optique. Il en résulte que ces éléments de construction doivent titre dimensionnés avec Üne robust@@@@ suffisante et que les dilatations différentes entre les cuves d'émetteur et de récepteur de rayonnement d'une part, et entre le banc d'optique, l'émetteur et le récepteur de rayonnement dtautre part, donnent lieu a diverses perturbations. Dans les solutions connues jusqu'à présent pour obtenir l'alignement optique des éléments de construction, les coats de fabrication sont trgs élevés par rapport aux résultats obtenus C'est ainsi que, par exemple, certains contours extérieurs des éléments de construction tels que l'émetteur et le récepteur de rayonnement doivent entre usinés aves beaucoup de précision, car leur portée sur le banc d'optique doit venir exactement au niveau de certaines cavités. Pour cette raison il faut effectuer différents travaux d'usinage fins en retirant les copeaux.Un problème qui n'a pas été réolu jusqu'ici de façon satisfaisante est la liaison s@re et étanche aux pojesières entre les groupes de construction. Si les éléments de construction sont simplement rapprochés à la main sur le banc d'optique, il se produit des intervalles d'air. Si l?on force l'assemblage pa-r des baisons vissées il apparat des tensions mecaniques intenses du fait des dilatations thermiques dans le système statique non défini ainsi obtenu; Pour éliminer les défectuosités dues à la pénétration des poussières des aérosols ou autres impuretés on a déjà proposé de monter autour de ces appareils d'optique un carter de protection particulier étanche aux poussières. Ce carter protecteur étanche impase une grande. dépense supplémentaires. Cela rend l'accès difficile, et en service, lorsquton ouvre le carter étanche, la protection contre les poussières est supprime. A l'intérieur de ces carters, il faut également pour autres raisons, par exemple pour uniformiser la température, fare tour@er l'air chargé de poussières. I1 en résulte que les poussières et les aérosols arrivsnt sur l'optique. On a aussi propose de protéger les éléments optiques de construction alignés plus ou moins lâchement sur un banc d'optique, en interposant des disques d'étanchéité particuliers. On prévoit également dans le même but de "shunter" la non accessibilité de cette protection en provoquant de l'intérieur de l'optique une aération de protection dans laquelle l'air protecteur doit être débarassé de poussières et d'huile. Toutes les solutions proposées jusqu'i-i exigent des dépenses particulières élevées pour fournir des réaultats satisfaisants. Une liaison absolument rigide de tous les éléments de construction sur un banc d'optique conduit à des conditions statiquement indéterminées. Les solutions comportant des éléments alignés de façon lâche posent des problèmes d'étanchéité et imposent des performances techniques importantes. En pratique on cherche à obtenir une bonne accessibilité. L'optique complète et son electronique doivent Btre très accessibles. Les différents éléments doivent donc pouvoir pivoter, basculer ou sortir du carter étanche étroit éventuellement utilisé. La simple transposition de la technique couramment utlisés au laboratoire pour les appareils de mesure optique n'est pas recommandée. Dans la forme habituelle de raccordement et de positionnement des amplificateurs du signal de sortie, il s'est révélé techniquement et écono- miquement désavantageux d utiliser une liaison par contacts amovibles entre le récepteur de rayonnement et l'amplificateur, car les isolements très élevés qu'il faut garantir ne peuvent être mai@tenus avec une sécurité suffisante en présence des fluctuation s de l'humidité de l'air. La présente invention a pour but de fournir une solution techiquement et économiquement favorabie pour obtenir un équipement de mesure opto-électro- nique servant à l'analyse par absorption de rayonnement, dans lequel les différents éléments de construction peuvent être assemblés au choix en dispositifs de mesure complets. L'invention a donc pour but de créer un équipement de mesure opto-électronique dans lequel les souries de perturbations situées sur le chemin des rayons et se présentant comme des intervalles d'air ou des disques de fermeture, sont réduits au minimum.- On cherche par aillleurs è obtenir une solution mettant en oeuvre les forces nécessaires pour assurer l'étanchéité antre les éléments on toute sécurité et sans réactions parturbatrices sur les éléments fonctionnels La diminution des influences perturbatrices pose le problème de la meilleure disposition de l'amplificateur de signaux électriques par rapport au récepteur de rayonnement. A cet offet la présente invention concerne un équipement de mesure électro-optiqus pour l'ana- lyse des gaz par absorption de rayonnement,équipement carac- térisé en ce que la partie d'optique physique et la partie électronS que sont réunies en unités de construction de telle façon que chaque unité de construction soit entourée de façon étanche par un corps protecteur formant carter, en ce que ces carters préssntent sur leur axe optique des disques de fermeture en forme de fenêtres et sont constitués en un métal résistant aux rdactions chimiques avec le milieu de mesure et formant écran vis 3 vis des champs perturbateurs électriques et magnétiques, les carters comportant des traversées étanches pour les lignes électriques et les conduites d'amenée des échantillons de matière à mesurer, ces carters partant au moins d'un cbté dans la di-ection de l'axe optique des accouplements munis de corps d'adaptation avec la liaison orientée optiquement et sans confusion possible, autoporteuse et détachable, de telie façon que le type, le nombre et la succession des unités puissent être modifiés, et qu'un composant au moins soit muni de pieds pour la fixation des unités de construction rigidement accouplées tous les carters étanches entre eux formant un blcc de construction fermé rigidement dans lequel ou autour duquel est éventuellement placée une protection thermique ainsi qu'une stabilisation par thermostat dont les organes de commande sont placés à l'intérieur d'une unité de cons traction. Pour-riduiro au minimum les couplages électriques entre les différentes éléments de construction, la liaison entre ces élements de formation du rayonnement : optique de rayonnement, modulation du rayonnement et réglage d'intensité, se fait à partir des éléments de mesure des différences de rayonnement et de transformation du signal de mesure alors que les ensembles électroniques de stabilisation du courant, de stabilisation de la tension, d'amplification des signaux et d'obtention des fonctions électriques- auxlliaires, sont répartis entre les groupes correspondants des élEmcnts de construction. Pour éliminer les effets perturbateurs de l'environnement sur l'amplificateur de signaux, il est prévu de réunir en une seule unité de construction le récepteur de rayonnement et l'amplificateur de signaux lorsque ce dernier ne peut astre réalisé à basse impédance. Le récepteur de rayonnement est donc formé d'un corps en métal léger absolument étanche au gaz, de façon à recevoir aussi bien la partie d'optique physique du récapteur de rayonnement que la partie électronique de l'amplificateur de signaux. Les deux parties sont sépares de façon étanche à l'intérieur du corps en métal léger, les liaisons électriques étant réalisées par des traversées verre-métal. On obtient de cette façon une liaison électrique optimale à la fois courte et de faible capacité. Le volume dans lequel se trouve l'amplificateur de signaux, est rempli d'un composé désbydratant après montage et contrôle complets du récepteur de rayonnement et de l'amplificateur. On doit alors accoupler par vis deux ou plusieurs unités de construction et les réunir par des adaptations étanches. Les adaptations doivent être formées par des anneaux cylindriques, les unités de construction étant de préférence à section carres et enfermant les adaptations. Les vis sont placées à l'intérieur des coins qui dépassent. Pour assembler les unitas de constructionp on peut utiliser au lieu des vis : a) des fermetures par leviers à tension excentrique, b) des aimants placés à la périphérie des unités de constrtiction, c) des oeillets à ressorts ds traction placés sur chaque unité de construction. Pour visser l'unité forme de groupes de construction assemblés rigidement sur un carter, sur un cadre de fixation ou sur une simple plaque, on prévoit à cet effet, des points de fixation dans certains groupes de construction. Si l'on emplie des cuves relativement courtes, les points de fixation se trouvent alors sur l'emetteur de radiation modulable qui se présente sous la forme de deux couches rigides avec vis de serrage, et une couche élastique en forme de ressort en métal et caoutchouc est placée sur le récepteur de rayennement. Cette réalisation garantit une fixation adéquate et sue. D'autre part, les variations de longueur sont absorbées élastiquement par des dilatations thermiques différentes. Si l'on utilise des cuves très longues, toute la fixation peut alors êre transferée sur la cuve. Cela signifie que dans ce cas une extrémité de la cuve est équipée de deux points de fixation servant au positionnement rigide par deux vis de serrage, et autre extrémité étant équipée dcune couch-e élastique en forme de ressort en métal et caoutchouc. Les autres groupes de construction sont simplement fixés rigidement sur la cuve longue à l'avant et à l'arrière, de sorte qu'ils dépassent librement au-dessus de la cuve. L'accouplement étroit des différents groupes de construction offre la possibilité très intéressante de diminuer de façon importante le nombre des disques de fermeture et de separation traversés par le rayonnement. Lâ où il était courant jusqu'à présent de fermer une cuve à l'avant et à l'carrière avec étanchéite aux gaz par des disques de fermeture en matière optiquement transparente, la solution proposée offre la possibilité d'insérer la cuve sous la forme d'un corps tubulaire simple sans disques de fermeture, entre deux groupes de construction déterminés, avec étanchéité aux gaz par des disques de fermeture et de réduire de moitié le nombre des disques de fermeture. I1 en résulte quelques avantages importants.D'une part, les pertes de rayonnement diminuent avec le nombre des disques de fermeture. D'autre part, aucun milieu perturbateur ne peut s'insérer dans le chemin de mesure, car les espaces inter médiaires perturbateurs entre groupes de construction sont supprimés. Les groupes d'éléments de construction sont entourés d'une gaine dtisolant thermique qui peut être raccordée par des boutons ou fermée, et qui contient à l'intérieur des conducteurs de chauffage ou des éléments Peltier. Dans ce cas, une unité de construction contient des palpeurs de température associés à la gaine, ces palpeurs étant en liaison électrique avec le thermostat et les organes de commande. A l'intérieur et à I'extérieur de la gaine en isolant thermique se trouvent des parties bonnes conductrices de la chaleur, qui reçoivent entre elles des éléments Peltier ou sont reliées par un conducteur thermique métallique, et sont placées contre les sources de chaleur d'une unité de construction. Les groupes d'unités de construction peuvent être glissés dans un coffret, une paroi fixe ou mobile portant le groupe d'unités de cons truc- tion, et le guidage de la paroi mobile se faisant par des rails et des galets. Ces différentes caractéristiques permettent d'obtenir un ensemble de construction compact présentant une'haute fiabilité, L'accessibilité aux divers groupes de construction est fortement améliorée par rapport au mode de construction habitueL â banc d'optique. D'autre part, ce principe de montage permet de diminuer le coût de fabrication. D'autre part, il est en principe indifférent, selon l'invention que les unités de construction soient conçues plus particulièrement pour un procédé à un seul rayon, ou à deux rayons, ou pour lumiere "alternée" ou "continue". Avec des cotes de construction fixe, les différents éléments de construction peuvent être utilisés avec exactement le me me montage mécanique pour toutes les gammes de longueur d'onde du rayonnement. Dans ce cas ; il suffit de faire varier les dispositions d'optique physique selon la longueur d'onde. L'emploi répété des mêmes éléments mécaniques de construction simplifie considérablement la fabrication des pièces individuelles. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'exemples non limitatifs de réalisation représentés sur les figures ci-jointes dans lesquelles - la figure I représente-schématiquement l'équipement de mesure complet en deux vues, - la figure 2 représente un dispositif d'accouplement à oeillets élastiques et ressort de traction, - la figure 3 représente un dispositif d'accouplement à anneau magnétique, - la figure 4 représente en coupe partielle un équipement optique à dispositifs d'accouplement de types divers, - la figure 5 représente un équi- pement optique particulièrement court à électronique accouplée. Sur la figure 1, ltéquipement de mesure comprend l'émetteur de rayonnement î muni de ses câbles de raccordement et de ses dispositifs de réglage mécaniques non représentés en détail, cet émetteur étant accouplé rigidement par des vis 2 à la cuve 3 La cuve 3 est reliée à l'arrivée 4 et au départ 5, et vient se placer, dans notre exemple, sur le corps tubulaire qui ports-les compartiments d'électronique 6. Sur la deuxième bride de la cuve se raccorde le récepteur de rayonnement 7 avec son électronique incorporée 8, cet ensemble étant à son tour accouplé rigidement par les vis 9.Les paliers 10 servent à la fixation de l'équipement complet dans des installations toutes montées, la gaine 11 en tissu élastique servant d'écran de protection de l'équipement contre les effets mécaniques et thermiques extérieurs, La fermeture facilement accessible du type fermeture éclair, placée dans la gaine 11, n'est pas représentée. Selon la figure 2, ltaccouplement des éléments de construction est réalisé par l'oeillet élastique 12 relié rigidement à un élément de construction, et par 11 oeillet élastique 13 relié à l'autre élément de construction. Le ressort de traction 14 reçoit les forces de traction nécessaires pour l'accouplement. La figure 3 représente l'accouple- ment des éléments de cons-truction par un anneau magnétique. L'élément d'anneau de centrage à joint d'étanchéité 15 assure l'orientation optique des éléments accouplés et permet d'obtenir une fermeture étanche contre les-poussières. Les anneaux magnétiques frittés 16 et les disques agnéti- quemet conducteurs 17 sont collés dans les éléments de construction à accoupler de façon que des parties de piles différents des anneaux magnétiques soient face à face et assurent un accouplement sûr. Le goujon d'assemblage prévu pour empêcher la rotation n'est pas représenté. La La figure 4 représente un équi- pement optique en coupe partielle avec des dispositifs d'accouplement de types variés, Le récepteur de rayonnement 18, comporte un accouplement magnétique selon la figure 3. La fermeture 19 représente un dispositif d'accouplement par fermeture à levier coudé. La fenêtre 20 forme la fermeture étanche aux gaz du récepteur de rayonnement et du tube de cuve 21. L'émetteur d'impulsions de rayonnement est constitué par le carter à miroir creux 22, au centre duquel est placé le radiateur 23, les lentielles 24 et 25 servent à la focalisation des rayons et à la transformation en faisceau parallèle. Le diaphragme tournant de modulation 26 est placé de façon à interrompre le rayon lumineux au point de focalisation. Les miroirs 27 et 28 servent à la déviation ou à la subdivision des rayons. Le mécanisme de réglage des miroirs n'est pas représenté. La figure 5 représente un équipement optique particulièrement court dans lequel un groupe compact d'équipement électronique est accouplé sur le récepteur de rayonnement 29de même forme extérieure que dans le cas précédent. Bien entendu, invention n'est pas limites aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre- de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 10) Equipement de mesure électrooptique pour l'analyse des gaz par absorption de rayonnement, équipement caractérisé en ce que la partie d'optique physique et la partie électronique sont réunies en unités de construction de telle façon que chaque unité de construction soit entourée de façon étanche par un corps protecteur formant carter, en ce que ces cartem préentent sur leur axe optique des disques de fermeture en forme de fenêtres et sont constitués en un métal résistant aux réactions chimiques avec le milieu de mesure et formant écran vis-à-vis des champs perturbateurs électriques et magnetiquas, les carters comportant des traverse as étanches pour les lignes électriques et les conduites d'amenée des echantillons de matière à mesurer, ces carters portant au moins dtun c8té dans la direction de l'axe optique des accouplements munis de corps avec la liaison orientée optiquement et sans confusion possible autoporteuse et détachable7 de telle façon que le type, le nombre et la succession des unités puissent entre modifiés et qutun composant au moins soit muni de pieds pour la fixation des unités de constructio rigidement accouplées, tous les carters étanches entre eux formant un bloc de construction fermé rigidement dans lequel ou autour duquel est éventuellement placée une protection thermique ainsi qu'une stabilisation par thermostat dont les organes de commande sont placés à'lVintarisur d'une unité de construction. 20) Equipement de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la série d'unités de construction consiste en éléments Démission de rayonnement dgoptique de rayonnement, ds modulation de rayonnement et de réglage d'intensité, en éléments de filtrage de rayonnement, d'absorption de rayonnement et de-fixation mécanique, en éléments de mesure de différences de rayonnement et de transformation du signal de mesure les différents blocs de construction électronique pour la stabilisation du courant, la stabilisation de la tension, l'amplificatior des signaux et les fonctions électriques auxiliaires étant repartis entre les unités de construction de telle façon que les accouplements électriques entre les unités de construction soient réduits au minimum. 30)-Equipement de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que deux ou-plusieurs unités de mesure sont accouplées par au moins deux vis et sont maintenus en place les unes par rapport aux autres par des corps d'-adaptation étanches, ces corps d'adaptation étant formés par des anneaux cylindriques et les unités de construction ayant de préférence une section carrée enfermant les corps d'adaptation et les vis étant placées à l'intérieur des angles qui dépassent. 40) Equipement de mesure seLon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on emploie, au lieu des vis,des fermetures à levier à tension excentrique. 50) Equipement de mesure selon l'une-quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'accouplement se-fait par des aimants de maintien placés à la périphérie. 60) Equipement de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'accouplement se fait au moyen d'oeillets placés sur chaque unité de construction, et de ressorts de traction interposés. 70) Equipement de mesure selon lune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les groupes de construction électronique placés à l'intérieur des carters sont enfermés avec étanchéité aux gaz au moyen d'une masse d'imprégnation en résine artificielle après le raccordement électrique et le contre du fonction nement. 80) Equipement de mesure selon l'une- quelconque-des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un groupe unités de construction fermé, est entouré dtune gaine d'isolant thermique pouvant être raccordée par bouton ou se fermer, et à l'intérieur de laquelle sont introduits des conducteurs-chauffants ou des éléments Peltier, tandis qu'à l'intérieur d'une unité de construction sont placés des capteurs de température associés à la gaine. 90) Equipement de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans la gaine d'isolant thermique sont introduits, à l'extérieur et à l'intérieur, des conducteurs de la chaleur qui reçoivent entre eux des éléments Peltier ou qui sont reliés entre eux par conduction thermique métallique et viennent au contact des sources de chaleur d'une unité de construction. 100) Equipement de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le groupe a'unités de construction est introduit dans un. carter tandis qu'unie paroi fixe ou mobile porte le groupe d'unités de construction, le-guidage de la paroi mobile se faisant par des rails et des galets.