Brevet FR2271577A1 — publié le 19751212

La présente invention concerne un appareil pour mesurer la vitesse de gaz chargés de poussières, et notamment des g circulant dans un four à ciment. On connait des appareils pour mesurer la vitesse des gaz qui sont basés sur une méthode optique différentielle. bans une première classe de ces appareils connus, un faisceau de lumière monochromatique cohérente est divisé en deux pinceaux symétri- ques par rapport à un axe quton fait converger en un meme point de l'en ceinte parcouru. par les gaz de façon à y créer un réseau d1interférences. La lumière provenant de ce réseau est modulée par les poussières et converge sur un récepteur photosensible. 8 la fréquence de modulation de la lllmière recue par le récepteur, on déduit la vitesse des gaz. bans une autre classe de ces appareils connus, un faisceau de lumière monochromatique cohérente pénètre dans l'enceinte où circulent les gaz. La diffusion de ce faisceau par les poussières en mouvement crée par effet Doppler un changement de sa longueur d'onde. On sélectionne dans la lumiers rétrodiffusée deux pinceaux symétriques par rapport à l'axe du faisceau initial quton fait converger et interférer en un même point de la surface sensible d'un récepteur photosensible. la fréquence de battement entre ces deux pinceaux permet d'atteiadre la vitesse des gaz. flets difficultés se présentent si Iton veut utiliser ces appareils dans un milieu très chargé en poussières et à température élevée, tel qu'un four à ciment. Rn effet, les surfaces optiques sont rapidement polluées et les dispositifs optiques et électroniques sont affectés par la température. La présente invention a notamment pour but d'adapter ces appareils connus à l'utilisation avec des gaz très chargés en poussières et à température élevée. Selon l'invention, l'appareil pour la mesure de la vitesse de gaz chargés de poussières, et notamment de gaz circulant dans un four à ciment, qui comprend une source de lumière monochromatique cohérente, un récepteur photosensible et un dispositif pour créer des interférences entre deux pinceaux lumineux symétriques par rapport à un axe, est caractérisé en ce qu'il est enfermé dans un carter qui présente une ouverture symétrique par rapport à cet axe et des moyens pour amener dans ce carter un gaz à une pression supérieure à celle des gaz dont on veut mesurer la vitesse. Le gaz en surpression refroidit les composants Opaques et électroniques de l'appareil. En outre, en stéchappant par l'orifice du carter, il empêche les poussières de pénétrer à l'intérieur de ce dernier. Belon une réalisation particulière de l'invention, le carter comporte un conduit divergent disposé autour de son ouverture et symétrique par rapport à l'axe de celle-ci. En outre des ailettes peuvent être disposées à l'intérieur de ce conduit divergent, de façon symétrique par rapport à l'axe de ce dernier, de façon à assurer un écoulement régulier du gaz en surpression, tout en préservant la symétrie du dispositif. De préférence, la source lumineuse est constituez par un langer. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront encore dans la description qui va suivre. À dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté deux réalisations particulières de l'invention. La Figure 1 est une vue schématique en coupe d'une première réalisation de l'invention. La Figure 2 est une vue schématique en coupe d'une seconde réalisation de l'invention. La Figure 3 est un schéma de la figure d'interférences créée dans la première réalisation représentée à la Figure 1-. Dans les deux réalisations représentées, l'appareil conforme à l1inention est appliqué à la mesure de la vitesse des gaz dans un four à ciment, dont on a repré.sente seulement une petite partie d'une paroi 1, les gaz circulant dans le four dans le sens des flèches f. Dans la première réalisation représentée à la Figure 1 une source de lumière monochromatique et -cohérente, constituée de préférence par un laser 2, émet un faisceau lumineux 3 qui est réfléchi par un miroir 4 dans une direction sensiblement perpendiculaire à sa direction initiale. Le faisceau réfléchi est divisé en deux pinceaux 5 et 6 par-une lame semitransparente 7. Le pinceau 5 qui traverse sans déviation la lame 7 est à nouveau réfléchi par un miroir 8 pour former un pinceau 9. Le dispositif est agencé de façon à ce que les deux pinceaux 6 et 9 soient symétriques par rapport à un axe 1 - x et convergent en un même point P à l'intérieur du four. Un système optique convergent 10 est disposé sur l'axe X - X è l'extérieur du four, et un récepteur photosensible} de préférence un photomultiplicateur 11, a sa surface sensible disposée sensiblement dans le plan focal du système 10. La laser 2, le récepteur Il et les différents éléments optiques sont enfermés dans un carter 12 qui présente du côté du four à ciment une ouverture 13 symétrique par rapport à l'axe I - i. Cette ouverture est raccordée à la paroi 1 du four par un conduit divergent 14 également symétrique par rapport à l'axe I - I . À l'intérieur du conduit 14 sont disposées des ailettes 15 elles-memes symétriques par rapport à l'axe I - I, et qui divisent le conduit en un certain nombre de canant concentriques. Une tubulure 16 est raccordée à un orifice du carter 12 pour permettre d'amener à l'intérieur de celui-ci un gaz propre1 tel que de l'air, en légère surpression par rapport aux gaz qui circulent dans le four à ciment. En fonctionnement, les deux pinceaux 6 et 9 créent au point P une figure d'interférences par suite de la grande cohérence spatiale et temporelle du faisceau laser. Cette figure représentée à la Figure 3 est composée de franges brillantes 17 alternant avec des franges obscures 18. Les poussières qui circulent au voisinage du point P sont donc successivement éclairées et-plongées dans l70bscurité et émettent en direction du système optique 10 un faisceau lumineux modulé 19 qui est concentré sur la surface sensible du récepteur 11. La fréquénce de modulation de ce faisceau est directement proportionnelle à la vitesse des gaz dans le four. L'air propre qui arrive par la tubulure 16 circule à l'intérieur du carter 12 suivant les flèches s en refroidissant le laser 2 et le récepteur 11 et s'échappent par l'orifice 13 et le conduit 14 suivant les floches hs empochant ainsi les poussières du four de pénétrer à l'intérieur du carter. Les surfaces optiques restent ainsi parfaitement propres. Les ailettes 15 assurent un écoulement laminaire de l'air à l'intérieur du conduit divergent 14. Il ne se forme ainsi aucun tourbillon qui pourrait faire pénétrer quelques poussières dans le carter. La symétrie de l'orifice 13, du conduit 14 et des ailettes 15 par rapport à l'axe i - I préserve la symétrie du système qui est absolument essentielle. Dans la réalisation de la Figure 2, le laser 2 est centré sur l'axe I - X et émet un faisceau 20 en direction de cet axe. Le système comporte encore les deux miroirs 4 et 8 et la lame semi-transparente 7o Un système optique convergent 21 concentre la lumière réfléchie par le miroir 4 sur la surface sensible du photomultiplicateur 11. Comme dans la réalisation précédente, les dispositifs optiques et électroniques du système sont enfermés dans un carter 12 de constitution analogue à celle du carter de la Figure 1. Dans cette réalisation, le faisceau cohérent 20 du laser pénètre directement à l'intérieur du four st illumine les grains de poussière en mouvement. La lumière rétrodiffusée par ces grains subit par effet Doppler un changement de fréquence proportionnel è la valeur absolue de la vitesse des grains. Le miroir 8 et la lame semi-transparente 7 sélectionnent parmi la lumière rétrodiffusée deux pinceaux 22, 23 symétriques par rapport à l'axe x - I. et qui ont de ce fait subi des variations de fréquence de sens opposés. Ces deux pinceaux sont dirigés par le système optique 21 sur le récepteur 11 ou ils interfèrent par suite de la grande cohérence du laser. La fréquence de battement ainsi produite est proportionnelle à la vitesse des gaz dans le four. L'air propre amené par la tubulure 16 et s'échappant par le conduit divergent 14, en étant canalisé par les ailettes 15, joue les mêmes rôles que dans la réalisation précédente. En plus des avantages déjà cités, le système a le mérite de permettre d'explorer de façon fine un volume important en procédant à un balayage, soit axial, soit transversal. Ainsi en faisant tourner la lame semi-transparente 7 et le miro-ir 8 autour d'axes perpendiculaires au plan de la fig. 1, et en déplaçant simultanément la lentille 10 selon l'axe x - i, on réalise un balayage axial, le point d'observation P se déplaçant parallèlnt à l'axe X - I. On peut d'autre part faire déplader tout l'ensemble du système de telle façon que le point P se déplace dans un plan normal à l'axe x - i, réalisant ainsi un balayage transversal. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites et on peut apporter à celles-ci de nombreuses variantes d'exécution à la portée de l'Homme de l'Art sans sortir du domaine de l'invention0 REVENDICATIONS 1.- Appareil pour la mesure de la vitesse de gaz chargés de poussières, et notamment de gaz circulant dans un four à ciment, l'appareil comprenant une source de-- lumière monochromatique cohérente, un récepteur photosensible et un dispositif pour créer des interférences entre deux pinceaux lumineux symétriques par rapport à un axe, caractérisé en ce qu'il est enfermé dans un carter qui présente une ouverture symétrique par rapport à cet axe, et des moyens pour amener dans ce carter un gaz à une pression supérieure à celle des gaz dont on veut mesurer la vitesse. 2.- Appareil conforme à la Revendication 1, caractérisé en ce que le carter comporte un conduit divergent disposé autour de son ouverture, et symétrique par rapport à l'axe de celle-ci. 3.- Appareil conforme à la Revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des ailettes disposées dans le conduit divergent, symétriquement par rapport à l'axe de ce dernier. 4.- Appareil conforme à l'une des Revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la source lumineuse est un laser. 5.- Appareil conforme à ltune des Revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour diviser le faisceau émis par la source en deux pinceaux convergeant en un wQ e point et symétriques par rapport à un axe, et un système optique pour faire converger la lumière provenant de ce point sur le récepteur photosensible. 6.- Appareil conforme à l'une des Revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour sélectionner dans la lumière rétrodiffusée deux pinceaux symétriques par rapport à l'axe du faisceau émis par la source, et pour faire converger ces deux pinceaux en un meme point de la surface sensible du récepteur. 7.- Appareil conforme à l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier le point d'observation défini par les deux pinceaux symétriques suivant une direction parallèle à l'axe. 8.- appareil conforme à 11 une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier le point d'observation défini par les deux pinceaux symétriques dans un plan sensiblement normal à l'axe.