Brevet FR2436383A1 — publié le 19800411

Représente invention concerne la technique des mesures, et a notamment pour objet un dispositif pour ltenregistrement granulométrique des particules contenues dans liquide ou analogue (è'est-à-dire pour déterminer la quantité et la dimension des particules étrangères présentes dans ledit liquide). Elle stapplique de préférence à l'analyse de suspensions à faible concentration, par exemple pour enregistrer les particules polluantes contenues dans les combustibles et les huiles. Il est connu un senseur optique destiné à déterminer la quantité de particules dans un échantillon de liquide. Le senseur comprend une cellule à courant de liquide avec deux fenêtres. Cette cellule est traversée par une enveloppe -liquide à l'interieur de laquelle est introduit ltechantillon de liquide. L'enveloppe liquide joue le rôle d'un écran protégeant l'échantillon vis-à-vis-des particules provenant des parois de la cellule et introduit avec précision les particules de l'échantillon dans le foyer d'un faisceau lumineux qu'on fait passer par les fenêtres de la cellule. Onconnait aussi un dispositif d'enregistrement granulométrique comprenant une chambre à courant de liquide faisant partie d'un analyseur et com- portant des orifices d'admission et de sortie. Le dispositif comprend aussi un illuminateur dispose à ltextérieur de la chambre, en regard d'une fenêtre pratiquée dans la paroi de la chambre et transparente au flux de lumière, ledit illuminateur dirigeant dans la chambre un faisceau lumineux convergent, ainsi qu'un ensemble photosensible recevant la lumiere réfléchie par les particules à enregistrer.L'ensemble photosensible est situé en dehors de la chambre, en regard d'une deuxieme fenêtre pratiquée dans la paroi de la chambre ét transparente a la lumiere réfléchie. L'axe optique de ltensemble photosensible est perpendiculaire à celui de l'illuminateur et intersecte ce dernier à l'intérieur de la chambre. L'orifice d'admission de la chambre est en communication avec une tuyere tubulaire prévue au centre de la chambre. La tuyere tubulaire est entourée de tubes communiquant avec une source de liquide pur et destinés à créer une enveloppe liquide renfermant le jet de. liquide à contrôler Dans les deux dispositifs qu'on vient de décrire, 11 enveloppe liquide doit être identique, quant à ses propriétés optiques, au liquide à contrôler. Ceci s'obtient le plus simplement lorsque le liquide à contrôler et l'enve- loppe liquidegsont de composition identique, mais le liquide utilisé pour créer l'enveloppe liquide est-pur, c' est-àdire exempt de toute particule étrangère de dimension superieure au seuil de sensibilité de ensemble photosensible. C'est pourquoi il est nécessaire de doter le dispositif de moyens tels qu'un réservoir à liquide, une pompe et un épurateur de liquide assurant un haut degré d'épuration. I1 est en outre nécessaire, afin d'empêcher le mélange des courants de liquide à contrôler et de l'enveloppe liquide dans la zone d'intersection du courant de liquide à contrôler et du faisceau lumineux, c'est-à-dire afin de ne pas laisser pénétrer dans l'enveloppe les particules contenues dans le liquide à contrôler, de prévoir un moyen spécialement conçu pour égaliser les vitesses des courants mentionnés. Il est aussi à noter qu'au cours de l'utilisation du dispositif, le liquide à contrôler peut changer. Etant donné que l'enveloppe liquide doit présenter des propriétés optiques identiques à celles du liquide à contrôler, il est nécessaire de la changer aussi. Un tel changement réduit notablement le rendement et augmente le prix de revient du contrôle. L'invention vise donc à mettre au point un dispositif pour l'enregistre- ment granulométrique des particules présentes dans les liquides, qui empêcherait la pénétration dans l'ensemble photosensible de la lumière réfléchie par les parois de la chambre à courant de liquide,lesquelles forment le courant de liquide à contrôler, c'est-à-dire qui permettrait de réduire à un minimum les courants électriques parasites dus au faisceau de lumière traversant les parois de l'enceinte et le liquide à contrôler. Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif pour l'enregistrement granulométrique des particules présentes dans les liquides,ou analogues, du type comprenant une chambre à courant de liquide faisant partie d'un analyseur et comportant un orifice d'admission et un orifice de sortie, un illuminateur disposé à l'extérieur de ladite chambre, en regard d'une fenêtre pratiquée dans la paroi de la chambre et transparente au flux lumineux, ledit illuminateur dirigeant dans -ladite chambre un faisceau de lumière convergent, et un ensemble photosensible recevant la lumière réfléchie par les particules à enregistrer et situé en dehors de ladite chambre, en regard d'une deuxième fenêtre pratiquée dans la paroi de la chambre et transparenteau flux lumineux, l'axe optique de ltensemble photosensible étant perpendiculaire à celui de l'illuminateur et intersectant ce dernier à l'intérieur de la chambre, ledit dispositif étant caractérisé, selon l'invention, en ce que la deuxième fenêtre se présente sous forme d'un cylindre dont l'axe coïncide avec l'axe optique de l'illuminateur et joue le rôle des parois de la chambre,~le système optique -I'illuminateur étant choisi de telle façon que le point dtintersection des axes optiques de l'illuminateur et de l'ensemble photosensible se trouve en aval du foyer de ltilluminateur si l'on considére le sens de propagátion du flux lumineux, et que-l'angle solide C(du faisceau de-lumière convergent tombant dans le cylindre soit eompris dans les limites suivantes 0#&alpha;#2 arc cos 1 , n1 ou n1 est l'indice de réfraction du liquide à contrôler. En vue d'éviter la perte d'informations utiles, il est avantageux de choisir le système optique de ltensemble photosensible de manière que la zone limitée par l'angle solide du rayon "visuel" de ltensemble photosensible soit située sur la surface intérieure du cylindre, en aval (si lton considèrele sens de propagation du flux lumineux) de la ligne d'intersection de cette surface et du flux lumineux provenant de l'illuminateur. Le dispositif, objet~de l'invention, pour l'enregistrement granulomé- trique des particules contenues dans les liquides, permet de contrôler le degré de pollution dw liquide courant, tout en évitant la pénétration dans ensemble photosensible de la lumière réfléchie par les parois de la chamr bre à courant de liquide, et ce, grâce au choix de l'angle solide &alpha; dans les limites précitées, ce qui assure une réflexion intérieure totale de la lumière sur les parois extérieures du cylindre.Ceci permet de-réduire à un minimum les courants électriques parasites dus au flux lumineux traversant les parois de la chambre et le liquide à contrôler, c'est-àdire d'élever le rapport signal utile/bruit, et donc, d'obtenir une sensibilité maximale. Par ailleurs, 1è fait de disposerl'ensemble photosensible en tenant compte de1'emplacement des zones délimitées par l'angle solide du rayon "de vision" de l'ensemble photosensible sur la surface intérieure du cylindre, en aval (suivant le sens de propagation du flux lumineux) de la ligne d'intersection de cette même surface et du flux lumineux provenant de l'illu- minateur, permet d'empêcher le passage des particules par la zone non illuminée et en dehors du champ de "vision" de l'ensemble photosensible. te risque de perte des informations utiles est ainsi évité, et la précision du contrôle, améliorée. L'invention est expliquée dans ce qui suit par la description d'exemples de réalisation concrets mais non limitatifs illustrés par le dessin unique annexé dans lequel: - la figure 1 représente le schéma structural d'un dispositif conforme à l'invention pour ltenregistrement granulométrique des particules contenues dans les liquides; - la figure 2 représente le schéma de disposition de l'illuminateur et de l'ensemble photosensible par rapport au cylindre de la chambre à courant de liquide. Le dispositif (figures 1, 2) pour l'enregistrement granulométrique des particules contenues dans les liquides comprend une chambre 1 à courant de liquide, faisant partie d'un analyseur et ayant un orifice d'admission 2 et un orifice de sortie 3, un illuminateur 4 disposé en dehors de la chambre 1, en regard d'une fenêtre 5 pratiquée dans la paroi de la chambre 1 et transparente au flux lumineux, cet illuminateur dirigeant dans la chambre 1 le faisceau de lumière convergent 6.Un ensemble photosensible 7 destiné à recevoir le flux lumineux 8 réfléchi par les particules à enregistrer est monté en dehors de la chambre 1, en regard d'une deuxième fenêtre 9 pratiquée dans la paroi de la chambre 1 et transparente au flux lumineux 8, l'axe optique de l'ensemble photosensible 7 étant perpendiculaire à celui de l'illuminateur 4 et intersectant ce dernier à l'intérieur de la chambre 1, en un point 10. La fenêtre 9 est exécutée sous la forme d'un cylindre (dénommé dans ce qui suit "cylindre 9") dont l'axe coincide avec l'axe optique de l'illuminateur 4 et qui remplit la fonction des parois de la chambre 1 formant le courant de liquide à contrôler. Le système optique de l'illuminateur 4 est choisi de façon que le point 10 d'intersection des axes optiques de l'illuminateur 4 et de l'ensemble photosensible 7 se trouve en aval du foyer 11 de l'illuminateur 4, si l'on considère le sens de propagation du flux lumineux 6 émis par la source de lumière 12 de l'illuminateur 4. L'ensemble photosensible 7 comporte un élément photosensible 13, par exemple un multiplicateur photoélectronique. L'angle solide ou du faisceau convergent 6 est choisi dans la plage: 0#&alpha;#2 arc cos 1 , n1 où n est l'indice de réfraction du liquide à contrôler. Cette relation a été choisie pour assurer la réflexion intérieure totale la lumière sur la surface extérieure du cylindre 9: 90 #ss#ss1 ou p est l'angle d'ineidence du faisceau de lumière à la surface extérieure du cylindre 9; est l'angle d'incidence limite pour lequel-il se produit une réflexion intérieure totale de la lumière par la surface extérieure du cylindre 9. La réflexion intérieure totale n'est possible qu' en respectant la condition: où sin ss1 est le sinus de l'angle d'incidence limite; n2 = 1 est l'indice de refraction de l'air, n3 est l'indice de réfraction du matériau du cylindre 9. Selon la loi de réfraction de la lumière à la jonction entre le liquide et le matériau du cylindre 9: n3. sin ss1 = n1. sin &gamma; , (2) où sin &gamma; est le sinus de l'angle d'incidence de la lumière à la surface intérieure du cylindre 9. De l'expression (2) on obtient: On peut voir sur la figure 2 que où &alpha;1 est l'angle de convergence maximal du faisceau de lumière, pour lequel il se produit une réflexion intérieure totale de la lumière par la surface extérieure du cylindre 9. L'expression -(1) permet d'écrire: sin ss1 . n3 = 1 (5) Par substitution de (4) et (5) dans (3) on obtient: d'où: 1 = 2 arc cos 1 (7) 1 2 n1 La disposition de l'ensemble photosensible 7 par rapport au cylindre 9 de la chambre à courant de liquide l-est choisiede manière que les zones 14 limitées par l'angle solide du rayon "de vision" (du flux lumineux 8) de l'ensemble photosensible 7 soient situées sur la surface intérieure du cylindre 9, en aval (suivant le sens de propagation du flux lumineux) de la ligne 15 d'intersection de cette même surface et du faisceau convergent 6 en provenance de l'ilîuminateur 4. Le principe de fonctionnement du dispositif pour l'enregistrement granulométrique des particules dans les liquides consiste en ce qui suit. Le liquide à contrôler est pompé à travers l'enceinte 1 à partir de l'orifice d'admission 2 jusqu'à l'orifice de~sortie 3, en passant par le cylindre transparent 9 où le liquide est illuminé par le faisceau de lumière 6 émis par l'illuminateur 4. tes'particules polluantes présentes dans le liquide lors de leur passage dans la zone 14, c'est-à- dire, dans le champ "de vision" de l'ensemble photosensible 7, provoquent une impulsion de lumière réfléchie, proportionnelle à la taille d'une particule et qui est appliqué à l1élément photosensible 13.L'angle de réflexion de la lumière par la particule est inférieur à l'angle limite de réflexion intérieure totale de la lumière sur la surface extérieure du cylindre 9, et de ce fait, ladite impulsion lumineuse atteint sans diffi cultés le multiplicateur photoélectronique, l'impulsion électrique élaborée alors par le multiplicateur étant transmise à un appareil indicateur (non représenté sur les figures). Par contre, la lumière émise par l'illuminateur 4 et réfléchie par les parois du cylindre 9 n' atteint pas le multiplicateur photoélectronique, car son angle P d'incidence à la paroi extérieure du cylindre 9 est supérieur à l'angle limite 21 et la lumière subit une réflexion interne totale. Cela exclut complètement l'apparition, dans le multiplicateur photoélectronique, de courants parasites dus aux rayons lumineux réfléchis par les parois du cylindre 9, d'où une amélioration de la sensibilité du dispositif. La zone 14 située dans le champ de "vision" de l'ensemble photosen sible 7, etant donné qu'elle se trouve en aval de la ligne 15 d'intersec- tion de la surface intérieure du cylindre 9 -et du flux lumineux émis par l'illuminateur 4, est illuminée entièrement, ce qui exclut les pertes d'informations utiles. Bien entendu5 l'invention ntest nullement limitée au mode de téalisation décrit et représenté qui nta été donné qu a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant- son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I' C A T I O N S 1.- Dispositif pour l'enregistrement granulométrique de particules présentes dans des liquides, du type comprenant une chambre à courant de liquide faisant partie d'un analyseur et comportant un orifice d'admission et un orifice de sortie, un illuminâteur placé à l'extérieur de ladite chambre, en regard d'une fenêtre pratiquée dans la paroi de ladite chambre et transparente au flux lumineux, ledit illuminateur envoyant dans ladite chambre un faisceau de lumière convergent, ainsi qu'un ensemble photosensible destiné à recevoir la lumière réfléchie par les particules à contrer et disposé à l'extérieur de ladite chambre, en regard d'une deuxième fenêtre pratiquée dans la paroi de la chambre et transparente à la lumière réfléchie, l'axe optique de l'ensemble photosensible étant perpendiculaire à celui de l'illuminateur et intersectant ce dernier à l'intérieur de ladite chambre, caractérisé en ce que la deuxième fenêtre précitée est exécutée sous forme d'un cylindre dont l'axe coïncide avec l'axe optique de l'illuminateur et qui constitue les parois de ladite chambre, le système optique de l'illuminateur étant choisi de telle façon que le point d'intersection des axes optiques de l'illuminateur et de ensemble photosensible se trouve en aval (suivant le sens de propagation du flux-lumineux) du foyer de l'illuminateur et que l'angle solide du faisceau de lumière convergent se situe dans les limites suivantes où n1 est l'indice de réfraction du liquide à contrôler. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système optique de l'ensemble photosensible est disposé de façon que la zone limitée par l'angle solide du rayon de "vision" de ensemble photosensible soit situé sur la surface intérieure du cylindre,en aval (suivant le sens de propagation du flux lumineux) de la ligne d'intersection de cette même surface et du flux lumineux émis par l'illuminateur.