Brevet FR2473707A2 — publié le 19810717

FR 2473707 A2 19810717 FR 8000646 A 19800111 PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA MESURE, PAR THERMONETRIE INFRAROUGE DE LA TEMPERATURE D'UN FIL, BARRE OU TIRE, OU D-'UNE TOLE On a décrit au brevet principal un procédé et un dispo sit3".f pour la mesure, par thermométrie infrarouge, de la température d'un fil ou d'une tôle (appelé ci-après "corps"), même mobile. Plus précisément le brevet principal a pour objet - d'une part, un procédé pour la mesure, par thermométrie infrarouge, de la température d'un corps présentant, ou moins dans une direction, une dimensi.on faible, tel qu'un fil ou une tôle, même en mouvement suivant sa longueur, devant un fond noir, notamment la différence entre la température de ce corps et celle du fond noir, ledit procédé consistant à envoyer sur l'élément sensible d'un détecteur infrarouge, alternativement et successivement, d'une part, au moins une partie du rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du fond noir qui entoure ladite portion et, d'autre part, au moins une partie correspondante du rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et à mesurer la différence d'intensité entre ces deux parties en mesurant la différence entre les signaux de sortie correspondants dudit élément sensible, et étant caractérisé en ce que lton collecte suer ledit élément s en - sible sensiblement le rayonnement infrarouge total émis nu réfléchi dans un angle solide déterminé par ladite portion dudit corps et ladite zone du fond, et, alternativement et successivement, sensiblement le rayonnement infrarouge total émis dans un même angle solide uniquement par I a d t e zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps;; - d'autre part, un dispositif pour la misse en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce qu'il comprend - en combinaison avec au moins un miroir plan apte à réfléchir, al ternativenjent et successivement, d'une part, au moins une partie du rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi Far une portion de longueur dudit corps et émis Far une zone du fond noir qui entoure ladite portion et, d'autre part, au moins une partie correspondante du rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et avec des moyens aptes à mesurer la différence d'intensité entre ces deux parties en mesurant la différence entre les signaux de sortie correspondants dudit élément sensible des moyens pour collecter sur ledit élément sensible sensiblement le rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi dans un angle solide déterminé par ladite portion dudit corps et ladite zone du fond et, alternativement et successivement, sensiblement le rayonnement infrarouge total émis dans un même angle solide uniquement par ladite zone ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps. Dans le brevet principal on met plus particulièrement en oeuvre un seul miroir plan oscillant, qui renvoie,alter- nativement et successivement, d'une part, au moins une partie du rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du corps noir qui entoure ladite portion telle que vue par ledit miroir et, d'autre part, au moins une partie correspondante du rayonnement infrarouge total émis uniquement Far ladite zon, olj une zone équivalente, du fond noir, et on réalise de préférence la collection du rayonnement sur l'élément sensible au moyen d'un seul miroir sphérique concave qui collecte le rayonnement infrarouge renvoyé par ledit miroir plan oscillant. La mise en oeuvre d'un miroir oscillant pose un certain nombre de problèmes - le rapport "dimension de la fenêtre optique de visée/distance entre cette fenêtre et le corps" doit être maintenu faible et il y a donc lieu d'accroître la dimension du fond noir lorsque le diamètre du corps vu par le miroir plan augmente; - la sensibilité diminue si le diamètre précité diminue. I1 est donc difficile de mesurer, avec le dispositif selon le brevet principal à miroir oscillant, la température. d'un fil de diamètre relativement important. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients précités, afin de permettre de mesurer la tem pérature de fils de diamètre relativement grand ainsi que celui des barres ou tubes. Conformément à celle-ci, on prévoit, pour réaliser le renvoi des rayonnements infrarouges, non pas un seul miroir plan oscillant, comme au brevet principal, mais deux miroirs plans fixes, et pour réaliser la collection des rayonnements infrarouges, non pas un seul miroir sphérique concave, comme au brevet principal, mais deux miroirs sphériques concaves, chaque miroir sphérique étant associé à un miroir plan, en combinaison avec des moyens pour intercepter,alternativement et successivement, d'une part, le rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du fond noir qui entours ladite portion et réfléchi par un desdits miroirs plans fixe et par un desdits miroirs concaves, et, d'autre part, le rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention du dit corps, et réfléchi par l'autre miroir plan et l'autre miroir sphérique. L'invention a donc plus précisémcnt pour objet un procédé et un dispositif selon le brevet principal, plus par t icu lièrement caractérisés - pour ce qui concerne le procédé, en ce qu'on réalise le renvoi des rayonnements infrarouges au moyen de deux miroirs plans fixes et la collection des rayonnements infrarouges, renvoyés par les miroirs plans, au moyen de deux miroirs sphériques concaves, chaque miroir sphérique étant associé à un miroir plan, et on interrompt,aAternativement et successivement, d'une part, le rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du fond noir qui entoure ladite portion et réfléchi par un desdits miroirs plans fixes et par un desdits miroirs concaves, et, d'autre part, le rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et réfléchi par l'autre miroir plan et 3'autre miroir sphérique; - pour ce qui concerne le dispositif, en ce que ledit au moins un miroir plan est constitué par deux miroirs plans fixes, en ce que lesdits moyens pour collecter les rayonnements infrarouges totaux sont constitués par deux miroir s sphériques concaves, chaque miroir sphérique concave étant associé à un miroir plan, et en ce qu'on prévoit des moyens pour intercepter,elternativement et successivement, d'une part, le rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du fond noir qui entoure ladite portion et réfléchi par un desdits miroirs plans fixes et par un desdits miroirs concaves, et, d'autre part, le rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et réfléchi par l'autre miroir plan et l'autre miroir sphérique. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La figure S représente schématiqueent, avec coupe partielle, un dispositif doté des perfectionnements selon 1 'invention La figure 2 représente, vus en plan, les moyens pour réaliser l'envoi alternatif et successif des deux rayonne monts infrarouges sur l'élément sensible. Les figures 3 et 4 représentent, suivant deux plans perpendiculaires entre eux, les moyens optiques mis en oeuvre dans le dispositif de la figure 1. La figure 5, enfin, représente schématiquement l'en- semble mécanique du dispositif de la figure 1. Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lisu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser un procédé et un dispositif pour la mesure, par thermométrie infrarouge; de la température d'un corps, tel qu'un fil, barre ou tube, ou une tale, on s'y prend comme suit ou d'une manière analogue. On réalise l'exploration du rayonnement émis, d'une part, par le corps allongé, notamment par un fil (et ci après on utilisera le mot "fil" pour désigner tant un fil, qu'un tube ou une barre), dans le mode de réalisation illustré, et, d'autre part, par le fond noir. non plus au moyen d'un miroir plan oscillant et d'un miroir sphérique concave comme au brevet principal, mais par mise en oeuvre de deux visées fixes utilisant chacune un miroir plan fixe et un miroir sphérique concave, disposés de manière que les parties utilisées du rayonnement émis tant par le fil que par le fond noir soient renvoyées par le miroir plan et collecte tées par le miroir concave de chaque visée vers la mee zone sensible d'un détecteur, et ceci sous le meme angle. des moyens étant prévus pour obturer,alternativement et successivement, les rayonnements constituant chacune des deux vises. Plus partjculiseent, Po se rsfrant à la figure 1, le rayonnement infrarouge 4 du corps 1 est renvoyé par un miroir plan fixe 6a sur un miroir sphérique concave Ba qui collecte tout le rayonnement infrarouge renvoyé par le miroir plan 6a et le concentre sur la zone sensible 10 d'un détecteur 11. Le fond noir 2a est constitué, dans le mode de réalisation illustré, par des plaques d cuivre recouvertes de graphite colloïdal de pouvoir émissif élevé, le cuivre ayant l'avantage d'avoir un bonne conductibilité thermique. Ce fond noir est chauffé par des résistances électriques 101 noyées dans une enveloppe isolante cylindrique 3a (en fibres de verre par exemple). Un détecteur de température 102 (tel qu'une sonde à résistance ou un couple thermoélectrique) dont les fils de sortie sont représentés en 103, permet de réguler, au moyen d'un thermostat non représenté, la température des résistances 101 et donc du corps noir 2a. Dans ce mode de réalisation on a donné au fond noir 2a une section rectangulaire pour en faciliter la construction et pour réaliser la visée d'une portion 104 du fond noir sur une surface plane et donc sous un angle constant, La visée de la portion ou zone j04 est réalisée grâce à un miroir plan 6b qui renvoie le rayonnement infrarouge 5 émis par cette zone 104 sur un miroir sphérique concave 9b qui collecte tout le rayonnement infrarouge, renvoyé par le miroir 6b et provenant de la zone 104, sur la même zone sensible 10 du détecteur 11, les rayonnements en provenance des miroirs concaves 9a et 9b atteignant sous le même angle la zone sensible 10.On s'arrange également pour que le chemin optique soit le même pour le rayonnement infrarouge en provenance de la zone 104 et pour le rayonnement infra- rouge en provenance du fil 1. Une telle disposition conduit à un double décalage de l'axe optique, un décalage étant réglé par les miroirs plans 6a et 6b et l'autre par les miroirs concaves 8a et 8b. En se référent maintenant également aux figures 3 et 4, correspondant respectivement par exemple à une vue suivant un plan vertical [par devant) et une vue suivant un plan horizontal (par-dessus) respectivement, on voit que, si la vis-ée sur le fil 1 est effectuée verticalement, les miroirs plans 6a et 6b contrôlent le décalage des rayons infrarouges dans un plan vertical, tandis que les miroirs concaves 8a et Sb réalisent ce décalage dans le plan hori zontal. Dans un exemple particulier non limitatif, les miroirs Sa et 8b sont des -miroirs sphériques ayant une focale de 110 mm et une ouverture de 40 mm. la distance entre le fil 1 et le centre du miroir plan 6a étant de 110 mm et la distance entre les centres du miroir plan 6a et du miroir sphérique 8a étant également de 110 mm. Sur la figure 3 on a porté les références des rayonne-- monts 7 et 9 renvoyés par les miroirs plans, d'une part, et les miroirs sphériques, d'autre part, ainsi que les rayons centraux 4c, 7c et 9c correspondant aux rayonnements 4, 7 et 9, à savoir les mômes références qu'au brevet principal (figures 1 et 11). L'inclinaison dans le plan vertical, qui est contrôlée par les miroirs plans 6a et Sb, est alors de 802, tandis que l'inclinaison dans le plan horizontal, qui est contrôlée par les miroirs sphériques Sa et Sb, est de 509 pour les deux miroirs. Enfin l'angle solide sous lequel est vu le fil est de 6,28 x 10-4 stéradian. On a porté sur les figures 3 et 4 les angles d'incli naison dans le plan vertical et dans le plan horizontal. Le dispositif qui vient d'être décrit comprend des moyens illustrés sur les figures 1 et 2 permettant d'ohturer, alternativement et successivement, le n-ayonnement infrarouge 4 en provenance du fl 1 et: le rayonnem-nlt infrarouge 5 en provenance du fond noir. A titre d' exemple ces moyens sont constitués par un disque 105, illustré en plan sur la figure 2, qui est entraîné en rotation à vitesse constante par un moteur 100. Ce disque comporte - d'une part, deux ouvertures 106 limitées par deux diamètres arthoganaux 107 et par quatre quarts de cercle 108 et 1094 - d'autre part, deux évidements 110 limités également par les diamètres orthogonaux 107 et par deux quarts de cercle 1,11; et 112. Les ouvertures 106 coopèrent avec une fenêtre 113 mé- nagée dans le corps noir 2.a- et l'enveloppe isolante 3a, de manière à laisser passer lorsque l'une d'elles se trouve au niveau de cette fenêtre 1i3, le rayonnement infrarouge 4 émis par le corps ou fil 1 vers le miroir plan Sa et donc vers l'élément sensible 10 du détecteur 115 après collection par le miroir concave Sa. De même les ouvertures ou évidements 110 coopèrent avec une fenêtre analogue 114 qui est traversée par le rayonnement infrarouge 5 émis par la zone 104 pour laisser passer ce rayonnement vers le miroir plan 6h puis vers le miroir concave de collection 8b pour qu'il atteigne l'élément sensible 10 lorsqu'un de ces évidements se trouve en regard de la fenêtre 114. Grâce aux fenêtres 113 et 114 et aux ouvertures 106 et 110 qui se succèdent alternativement (du fait qu'elles sont limitées par les mêmes diamètres 107), on voit que l'élément sensible 10 reçoit, après renvoi par les miroirs plans 6a et 6b et collection par les miroirs concaves 8a et 8b, al ternativement et successivement, et sous le mono angle, les rayonnements infrarouges en provenance du fil 1 et en pro yenance du corps noir (zone 104). Le détecteur Il est avantageusement un détecteur pyro électrique sensible à tout le rayonnement infrarouge émis par le fil ou autre corps 1 et le fond noir (zone 104) à toutes les températures, notamment par exemple aux environs de 1500C. La détection finale se fait t par exemple comme décrit au brevet principal, avec référence aux figures 2 à 10 de celui-ci, c'est-à-dire par détection synchrone. Etant donné que la fréquence du rayonnement est stable, car les visées sont fixes sans mettre en oeuvre de miroir oscillant, on peut réaliser une excellente détection synchrone. On remarquera que l'on peut mettre en oeuvre le même système électronique qu'au brevet principal pour les raisons suivantes - dans le système avec un miroir oscillant du brevet principal, on passe progressivement, grâce à l'oscillation du miroir, de la yisée du fil à celle du fond noir et réci proquement:: - dans le dispositif selon la présente invention, on passe également progressivement de la visée du fil à celle du fond noir et réciproquement, car, lorsque les ouvertures 106 viennent progressivement découvrir la fenêtre 113, les zones opaques 115 viennent progressivement remplacer les ouvertures 110; de ce fait le rayonnement en provenance du corps 1 vient remplacer progressivement le rayonnement en provenance de la zone 104 sur l'élément sensible 10 du dé tecteur; il y a donc passage graduel d'un rayonnement à l'autre: de même, lorsque les ouvertures 110 viennent se substituer aux zqnes 115 opaques devant la fenêtre 114, le rayonnement infrarouge On provenance de la zone 104 vient progressivement se substituer au rayonnement infrarouge en provenance du fil 1 sur la zone sensible 10 du détecteur 11. On notera que cette zone sensible 10 reçoit également le rayonnement renvoyé par les zones opaques 115 et 116. Pour ne pas perturber la mesure, il est nécessaire que ces zones soient à la même température et à cet effet on réalise le disque 105 en une matière conductrice de la chaleur de manière que sa température soit uniforme. On peut réaliser par exemple le disque 105 en cuivre. Sur la figure 5 on a représente schématiquement dans l'espace l'ensemble du dispositif selon l'invention avec une réalisation pratique de 1 entraînement du disque 105 au moyen d'un moteur 100 qui entraîne l'axe 117 du disque 105, non pas directement, mais au moyen d'un dispositif à courroie 118, l'axe 119 du moteur 100 étant décalé par rapport à 1 axe 117, ce qui permet de disposer sans problème, d'une part, le moteur 100 et, d'autre part, les miroirs plans 6a et 6b. Comme indiqué dans le préambule, le dispositif selon la présente invention présente un certain nombre d'avantages par rapport au dispositif décrit dans le brevet principal, notamment l'amélioration de la sensibilité, la facilité du réglage, la possibilité de mesurer la température de corps, tels que fils, barres ou tubes, et tnles, présentant même une section relativement importante, sans nécessiter la mise en oeuvre d'un fond noir de grande dimension, et enfin la mise en oeuvre, dans les meilleures conditions, d'une détection synchrone du fait de la stabilité de la fréquence du rayonnement infrarouge détecté. Comme il -va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d 'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la mesure, par thermométrie infrarouge, de la température d'un corps présentant, au moins dans une direction, une dimension faible, tel qu'un fil, barre ou tube, ou une tôle, même en mouvement suivant sa longueur, devant un fond noir, notamment la différence entre la température de ce corps et celle du fond noir, ledit procédé consistant, selon la revendication 1 du brevet principal, à envoyer sur l'élément sensible d'un détecteur in infrarouge, alternativement et successivement, d'une part, au moins une partie du rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du fond noir qui entoure ladite portion, et, d'autre part, au moins une partie correspondante du rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et à mesurer la différence d'intensité entre ces deux parties en mesurant la différence entre les signaux de sortie correspondants dudit élément sensible, agrès avoir collecté sur ledit élément sensible le rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi dans un angle solide dé-terminé par ladite portion dudit corps et ladite zone du fond, et, alternativement et successivement, sensiblement le rayonnement infrarouge total émis dans un même angle solide uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans interontion dudit corps, et étant caractérisé en ce qu'on réalise le renvoi des rayonnements infrarouges au moyen de deux miroirs plans fixes et la collection des rayonnements infrarouges, renvoyés par les miroirs plans, au moyen de deux miroirs sphériques concaves, chaque miroir sphérique étant associé à un miroir plan, et on interrompt alternativement et successivement, d'une part, le rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du fond noir qui entoure ladite portion et réfléchi par un desdits miroirs plans fixes et par un desdits miroirs concaves, et, d'autre part, J e rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et réfléchi par l'autre miroir plan et l'autre miroir sphérique. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comprenant, comme dans la revendication 5 du brevet principal - en combinaison avec au moins un miroir plan apte à réfléchir, alternativement et successivement, au moins une partie du rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du fond noir qui entoure ladite portion et, d'autre part, au moins une partie correspondante du rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et avec des moyens aptes à mesurer la différence d'intensité entre ces deux parties en mesurant la différence entre les signaux de sortie correspondants dudit élément sensible des moyens pour collecter suer ledit élément sensible sensiblement le rayonnement infrarouge total émis ou réfléchi dans un angle solide déterminé par ladite portion dudit corps et ladite zone du fond et, alternativement et successivement, sensiblement le rayonnement infrarouge total émis dans un même angle solide uniquement par ladite zone ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et étant caractérisé en ce que ledit au moins un miroir plan est constitué par deux miroirs plans fixes, en ce que lesdits moyens pour collecter les rayonnements infrarouges totaux sont constitués pdr deux miroirs sphériques concaves, chaque miroir sphérique concave étant associé à un miroir plan, et en ce qu'on prévoit des moyens pour intercepter, alternativement et successivement, d'une part, le rayonnement infrarouge total emis OU réfléchi par une portion de longueur dudit corps et émis par une zone du fond noir qui entoure ladite portion et réfléchi par un desdits miroirs plans fixes et par un desdits miroirs concaves, et, d'autre part, le rayonnement infrarouge total émis uniquement par ladite zone, ou une zone équivalente, dudit fond noir, sans intervention dudit corps, et réfléchi par J 'autre miroir plan et l'autre miroir sphérique. 3. Dispositif selon la royendication 2, caractérisé en ce que ledit détecteur est un détecteur pyroélectrique sensible à tout le. rayonnement infrarouge émis, d'une part, par ledit corps et, d'autre part, par le fond noir, à toutes les températures. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le fond noir est constitué par des plaques de cuivre recouvertes de graphite colloïdal de pouvoir émissif élevé. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le fond noir a une section rectangulaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le fond noir est maintenu à la température désirée au moyen d'éléments chauffants et d'un système du type thermostat. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les miroirs plans et les miroirs sphériques concaves sont disposés pour que l'élément sensible du détecteur reçoie le rayonnement i.nfrarouge dudit corps et le rayonnement infrarouge du fond noir sous le même angle et sensiblement suivant le même chemin optique. 8. Dispositif selon l'une quelconq!ie des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens pour intercepter alternativement et successivement le rayonnement infrarouge provenant dudit corps et celui provenant dudit fond noir sont constitués par un disque, entraîné en rotation à vitesse constante, comportant des ouvertures successives dont la moitié laisse passer le rayonnement infrarouge émis par le dit corps et le fond qui l'entoure et l'autre le rayonnement infrarouge émis par la zone correspondante du fond noir, chaque moitié des ouvertures coopérant avec une fenêtre mé -. nagée dans ledit corps noir pour laisser passer le rayonne ment infrarouge.