Brevet FR2392376A1 — publié le 19781222

La présente invention a pour objet une sonde optique pour envoyer un faisceau de lumière, de préférence à rayons parallèles, vers un foyer dans un milieu fluide transparent ou pour l'envoyer en direction inverse à partir d'un point dans le milieu fluide en un faisceau, de préférence a rayons parallèles, vers l'extérieur. Le but de l'invention est une sonde utilisable dans des conditions industrielles très dures notamment lorsque le milieu fluide transparent est en mouvement et est ungaz très chaud, un gaz ou un liquide corrosif ou charmé de poussières ou autres matières qui risquent d'encrasser, d'altérer ou de dété- riorer les surfaces transparentes ou réfléchissantes d'un système optique.Le milieu fluide- peut être un courant de gaz chaud sortant librement dans l'air par exemple à la sortie d'une cheminée ou peut, de préférence, être canalisé dans un conduit approprié. La sonde optique peut être utilisée par exemple à des fins pyrométriques, d'analyse spectrale, de colorimètrie, d'allumage d'étincelles au moyen d'un rayon laser ...etc. La sonde optique suivant l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend dans un tube ouvert vers le milieu fluide transparent, alignés selon l'axe du tube, au moins un miroir axial à surface réfléchissante approximativement conique et au moins un miroir annulaire dont la surface réf léchissante est aussi approximativement conique, la lumière étant envoyée en un faisceau à rayons sensiblement parallèles sur le miroir axial qui la réflète en direction radiale vers un miroir annulaire et après une ou plusieurs réflexions vers un foyer à la sortie du tube.De préférence, elle comprend à l'intérieur du dit tube une admission d'un fluide de protection et/ou de nettoyage qui sort ensuite par l'ouverture du tube et se mélange au milieu du fluide transparent.De préférence également, au moins une des surfaces réfléchissantes, approximativement coniques,présente une courbure concave. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront dans la description ci-dessous de deux exemples de formes d'exécution représentés au dessin annexé. Les figures I et 2 du dessin sont des coupes schématiques de sondes optiques suivant l'invention. La figure I représente un agencement de sonde optique utilisable par exemple pour observer un milieu fluide transparent, en rouvement, tel un gaz incandescent en un point I détermine de ce milieu fluide transparent, soit à des fins pyrométriques, soit à des fins d'analyse spectrale. La lumière remise au point I en un faisceau divergent 2 frappe une surface réfléchissante ayant, approximativement, la forme d'un segment de cone disposée sur la face intérieure d'un miroir annulaire 3 fixe près de l'ouverture d'un tube 4. Cette surface réfléchissante présente une légère courbure concave définie par la rotation d'un segment de parabole. Elle transforme le faisceau divergent 2 émanant du point I dans le milieu fluide transparent en un faisceau radialement convergent 5. Dans le cas général, non représenté,le faisceau radialement convergent peut être incliné par rapport à l'axe du tube 4 qui se confond avec 1' axe du miroir annulaire 3 et peut prendre la forme d'un cône creux ouvert vers le haut ou vers le bas.Dans le cas représenté à la figure I, le faisceau radi aliment convergent 5 présente la forme d'un disque dans lequel tous les rayons sont perpendiculaires à l'axe du tube.Ce faisceau 5 est envoyé sur un miroir axial 6 à surface réfléchissante conique inclinée, en l'occurrence,de 450 et quitte ce dernier en un faisceau à rayons parallèles 7 le long de l'axe du tube 4. il est évidemment possible de prévoir une courbure concave sur le miroir axial6 et, une surface conique sur le miroir annulaire 3 pour obtenir le même résultat. Le miroir axial 6 est fixé sur une traverse 81vue en coupe, fixée au tube 4. Le tube 4 est fermé par un verre transparent 9 à son extrémité opposée à celle portant le miroir 3.Un conduit d'admission 10 d'un fluide de protection et/ou de nettoyage, disposé près de l'extrémité fermée du tube 4 amène par exemple de l'air comprimé à l'interieur du tube 4 et le chasse en balayant les surfaces réfléchissantes des miroirs 3 et 6 à travers l'ouverture du tube 4 dans le milieu fluide transparent. On évite ainsi que le milieu fluide transparent qui fait l'objet d'observations ne puisse entrer en contact avec des surfaces réfléchissantes ou transparentes de la sonde optique. Si même cela arrivait par accident, le courant de fluide de protection ou de nettoyage est capable d'enlever des poussières éventuellement déposées.Le fluide de nettoyage est un liquide si le milieu fluide transparent est un liquide. il peut être un fluide inerte, oxydant ou réducteur suivant les détériorations qui sont à craindre pour les surfaces réfléchissantes de la sonde optique. Pour éviter que l'écoulement du milieu fluide transparent ne soit perturbé à l'endroit du point 1, un agencement de déflecteurs appropriés est prévu, notamment un conduit d'accélération 11 et un tuyau de reprise 12ftous les deux munis d'échancrures appropriées pour laisser passer la lumière. Les déflecteurs 11, 12 peuvent être supportés soit par le tube 4, soit comme cela est représenté à la figure 1 par une gaine 13 refrodie à l'eau dans laquelle coulisse le tube 4 également refroidi à l'eau et qui est fixée dans la paroi 14 d'un conduit pour le milieu fluide transparent. Un autre agencement assurant que l'écoulement du milieu fluide transparent ne soit pas perturbé au foyer d'observation dans le milieu fluide transparent est représenté à la figure 2. A la figure 2, une sonde optique suivant l'invention est disposée dans un tube 15 fermé d'un côté par une lame transparente 16 et comprend un miroir axial 17 et deux miroirs annulaires 16 et 19. Un faisceau de lumière à rayons paral- les 20 émanant d'un laser,non représenté,est envoyé sur le miroir axial 17 qui en l'occurrence est un cône dont la surface est inclinée de 450. Après réflexion, la lumière est envoyée en direction radiale sur le miroir annulaire 18 constitué également par une surface réfléchissante conique inclinée de 450. A la sortie du miroir annulaire 18, on obtient un faisceau à rayons parallèles 21 ayant la forme d'un cylindre creux et frappant le miroir annulaire 19.Ce dernier miroir renvoie vers l'axe du tube 15 la lumière émise par le laser, Dans l'axe du tube 15 est monté un conduit 22 relié à l'espace a l'extérieur du tube 15 par quatre tuyères d'aspiration allongées en direction de l'axe du tube 15 afin de maintenir à un minimum la section du faisceau 21 obturée par le passage de ces tuyères 23. Le conduit 22 possède une ouverture de sortie 24 située près dg l'ouverture de sortie du tube 15 qui se trouve à l'endroit du miroir 19. Un conduit 25 pour amener du fluide de protection et/ou nettoyage, par exemple de l'air comprimé est disposé du côté de la lame transparente 16. L'air comprimé balaye continuellement les surfaces réfléchissantes des miroirs 17, 18 et 19 et aspire aussi le fluide dans le conduit 22 à l'endroit de son ouverture de sortie 24 qui se trouve dans l'axe du tube 15 . Juste en aval de cette ouverture de sortie 24ile miroir 19 fait converger vers un foyer linéaire 26 la lumière émise par le laser.En donnant à la surface réfléchissante du miroir annulaire 19 une légère courbure concave, on peut faire converger la lu mière émise par le laser en un foyer ponctuel 27 (Fig. 2a) La lumière du laser concentrée dans un foyer 26 ou 27 y engendre un plasma qui émet des raies et ou bandes de lumière caractéristiques de la composition du milieu fluide transparent à l'endroit de ces foyers et situées dans d'autres plages du spectre que la lumière émise par le laser. Cette lumière peut être renvoyée sur le chemin inverse, donc via les miroirs 19, 18 et 16 vers un spectromètre, non représenté. il est à remarquer que les sondes optiques montrées ici ne comprennent pas de surfaces transparentes à proximité des points 1, 26 ou 27 situés dans le milieu fluide. Ceci est avantageux, car le milieu fluide peut être de nature à salir ou à détériorer une surface transparente qui est plus difficile à protéger ou à nettoyer que les surfaces réfléchissantes décrites. REVENDICATIONS. i. Sonde optique pour envoyer un faisceau de lumière, de préférence à rayons parallèles, vers un foyer dans un milieu fluide transparent ou pour l1envoy- er en direction inverse à partir d'un point dans le milieu fluide transparent en un faisceau, de préférence à rayons parallèles, caractérisée en ce qu'elle comprend dans un tube ouvert vers le milieu fluide transparent, alignés selon l'axe du tube, au moins un miroir axial à surface réfléchissante approximativement conique et au moins un miroir annulaire dont la surface réfléchissante est aussi approximativement conique, la lumière étant envoyée en un faisceau à rayons sensiblement parallèles sur le miroir axial qui la reflète en direction radiale vers un miroir annulaire et après une ou plusieurs réflexions vers un foyer à la sortie du tube. 2. Sonde optique suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle coar prend, à llinterieur du dit tubefune admission dtun fluide de protection et/ou de nettoyage qui sort ensuite par ltouverture du tube. 3. Sonde optique suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'au moins un des miroirs approximativement coniques présente une courbure concave. 4. Sonde optique suivant une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un agencement assurant que I'écoulement du milieu fluide transparent ne soit pas perturbé au foyer dans le milieu fluide transparent. 5. Sonde optique suivant une des revendications précédente, caractérisée en ce qu'elle comprend un miroir axial etdeux miroirs annulaires. 6. Sonde optique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'agencement assurant que l'écoulement du milieu fluide transparent ne soit pas perturbé est constitué par des déflecteurs 7. Sonde optique suivant la revendication 4 et la revendication 5 caractérisée en ce que l'agencement assurant que l'écoulement du milieu fluide transparent ne soit pas perturbé est constitué par un conduit disposé dans l'espace entre les deux miroirs annulaires, communicant avec l'espace extérieur au tube de la sonde par des tuyères d'aspiration et une ouverture de sortie à proximité de l'ouverture et dans l'axe du tube de la sonde et à proximite immédiate du foyer.