Brevet FR2535053A1 — publié le 19840427

La présente invention concerne la technique de mesure de certains des paramètres de particules de très faibles dimensions, de l'ordre du micron, qui peuvent se présenter sous une forme pulvérulente ou, au contraire, etre placees en suspension è l'interieur d'un fluide liquide ou gazeux les véhlculant. Dans de nombreux domaines, il est nécessaire de pouvoir apprécier certaines au moins des caracteristiques physiques de particules, afin de pouvoir déterminer si elles repondent ou non ' des critères de référence déterminés en fonction de l'application ou de l'utilisation qui en est faite. C'est ainsi qusil est parfois necessaire de pouvoir compter, de façon précise; le nombre de particules entrant ou sortant d'un milieu ou, encore, de pouvoir apprécier la granulométrie en vue de la connaissance dune valeur moyenne d'un échantillon donné ou, encore, d'un tri devant être effectué. Dans dsautres domaines, il est nécessaire de pouvoir apprécier la forme de ces particules. La technique antérieure disponible, en ce qui concerne le domaine ci-dessus, est peu riche. Le brevet français 71-01 091 vise des perfectionnements apportés la mesure de la granulométrie d'une matière pulvérulente a l'aide d'un faisceau laser. Selon cette technique, il est préco- nisé de diriger le faisceau laser sur un conduit transparent, de faible section, destiné à être traversé par la matière pulvérulente à analyser. Le faisceau laser ayant traversé le conduit rencontre un système d'analyse du rayonnement diffracté par suite de son trajet à travers le milieu à mesurer. Si cette technique permet, effectivement, d'effectuer un certain nombre de mesures globales, il faut noter qu'elle ne donne pas satisfaction dans les cas où il convient de pouvoir disposer d'informations paramétriques individuelles des particules. En effet, la technique d'appréciation, selon ce brevet français, doit entre qualifiée de globale ou macroscopique et ne permet donc pas de fournir une indication de l'un au moins des paramètres de chaque particule prise individuellement. L'objet de l'invention vise d reTnédier aux inconvenients ci-dessus en proposant un nouvel appareil d'identification des propriées multiparamétriqes, telles que taille, volume, absorption, etc ..., pour des particules déformables ou non, pour lesquelles une mesure des caractéristiques physiques individuelles doit être effectuée. L'objet de l'invention est de proposer une nouvelle technique permettant de traiter, rapidement et avec une grande précision, des échantillons de particules déplacées en flux continu au sein de l'appareil de mesure. L'un des avantages de l'appareil d'identification multiparamétrique est de permettre de recueillir des informations optiques dans un volume au moins égal à 3Ur stéradlans, centré sur chaque particule à identifier, de manière à récolter, pour chacune d'elle, un faisceau d'informations spécifiques conférant une grande sensibilité d'identification. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend - un réflecteur quadrique non divergent, - un conduit capillaire transparent passant par le foyer du réflecteur et assurant le cheminement individuel de particules en suspension, - au moins un moyen d'irradiation, selon une direc tion normale à l'axe du conduit, de la partie du dit conduit passant par le foyer, - un masque occultant les rayons diffractés non réfléchis émis lors de l'irradiation, - une cellule photosensible de réception des diffé rents rayons diffractés réfléchis, - et des moyens de traitementoet d'exploitation des signaux fournis par la cellule. Un autre avantage de l'objet ds l'invention est d'offrir la possibilité de pouvoir utiliser, en tant que moyen d'irradiation, toute longueur d'onde, depuis le domaine ultraviolet, en passant par le domaine visible, jusqu'au domaine infrarouge. Diverses autres caractéristiques de l'objet de l'invention ressortent de la description détaillée qfli suit, faite cidessous en référence au dessin annexé. ta figure unique est une vue schématique de l'appareil d'identification multiparamétrique conforme à l'invention. L'appareil d'identification multiparamétrique de particules diverses, indifféremment solides ou déformables, comprend un réflecteur quadrique 1 non divergent, monté sur un support quelconque, non représenté -au dessin. Par réflecteur quadrique, on entend tout miroir de forme paraboloidale ou ellipsoldale. Le réflecteur 1 est associé à un conduit capillaire 3 realisé en matière transparente. Le conduit capillaire (3) présente un diamètre utile interne en relation avec la dimension moyenne des particules a identifier, de manière n1 autoriser que le cheminement individuel de chacune d'elles. Les particules sont déplacées à l'intérieur du conduit capillaire 3 en étant véhiculees par un fluide convenable sollicité en écoulement laminaire à l'intérieur du conduit par l'intermédiaire d'une pompe 4 puisant à partir d'un réservoir 5 contenant la suspension. Le conduit 3 peut être réalisé en plusieurs matieres convenables, comme cela est connu dans la technique et, par exemple, en verre. Le conduit 3 est associé au réflecteur 1, de manière qu'une partie rectiligne le composant passe par le foyer F du réflecteur. Dans la forme de réalisation illustrée, le conduit 3 traverse le-sommet du réflecteur 1 et s'étend le long de l'axe xx' de révolution de ce dernier. Il doit être compris, toutefois, que le conduit capillaire 3 pourrait être disposé de manière qu'une partie rectiligne le constituant passe par le foyer F en suivant une direction radiale en considération de l'axe x-x', par exemple perpendiculairement au plan du dessin. Le conduit 3 s'étend jusqu'au delà de la section ouverte du réflecteur 1 après lequel il est dirigé vers un récipient, un appareil ou tout autre moyen d'utilisation, de triage, de réception, etc ... des particules. L'appareil selon l'invention comprend, par ailleurs, au moins un moyen d'irradiation, désigné dans son ensemble par la référence 6. Ce moyen d'irradiation comprend une source 7 d'émission d'un rayonnement destiné è être dirigé selon une direction normale à la partie rectiligne du conduit 3 traversant le foyer F en étant, en outre, orienté vers ce dernier. Ainsi, le moyen 6 pourrait être disposé de manière à atteindre le foyer F en passant par le sommet du réflecteur lorsque le conduit 3 occupe une disposition radiale, comme dit ci-dessus. Dans le cas de disposition radiale du moyen 6, comme illustré par la figure, plusieurs sources 7 peuvent être prévues à la périphérie en étant équidistantes ou non angulairement. La source 7 est, de préférence, constituée par un laser dont les caractéristiques (puissance et longueur d'onde) sont choisies en fonction des particularités physiques des particules à identifier. Dans tous les cas, le moyen d'irradiation est choisi ou réglé de manière que la tâche d'irradiation au foyer F soit de l'ordre de grandeur de la particule à mesurer. Le moyen d'irradiation 6 comprend, par ailleurs, dans le cas de disposition radiale, un trou 8 qui est ménagé radialement dans le réflecteur 1, de manière à conduire le faisceau émis par la source 7 en direction du foyer F. L'appareil comprend de plus, un masque 9, dont la surface est choisie de manière à n'observer que le rayonnement diffracté non réfléchi par le réflecteur 1. Dans le cas de réalisation selon le dessin, le masque 9 est porté par le conduit 3 et présente une surface au plus égale à celle du trou ménagé dans le sommet du réflecteur pour le passage du conduit 3. La position du masque 9 sur le conduit 3 peut-être réglée en fonction de la surface active d'une cellule photosensible 10 chargée de recevoir et d'exploiter les rayonnements diffractés réfléchis émis par le réflecteur. Cette cellule peut être un capteur photoélectrique ou un analyseur d'images.La cellule 10 dirige les signaux recueillis vers une chaine d'exploitation 1 1 A titre indicatif, la cellule sensible 10 peut être constituée par une caméra vidéo dont l'objectif est orienté en direction du réflecteur 1 en étant disposée perpendiculairement à l'axe d L'appareil décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante. La source 7 est alimentée de manière à produire un rayonnement aboutissant au foyer F. Tant que le conduit 3 n'est traversé par aucune particule et assure, uniquement, le cheminement d'un fluide non chargé, le rayonnement, matérialisé au dessin par la flèche R, ne subit aucune diffraction et traverse le réflecteur I par l'intermédiaire dune lumière 12 ménagée a cet effet, de façon diamétralement opposée au trou 8, en considération du conduit capillaire 3. Lorsqu'une particule cheminant dans le conduit 3 intersecte le rayonnement lors de son passage au foyer F, le faisceau émis est diffracté spatialement et divisé en rayonnements diffractés qui sont dirigés vers le réflecteur 1. Les rayonnements diffractés sont réfléchis et s'établissent parallèlement entre eux en étant dirigés vers la cellule photosensible 10. Ces rayons diffractés assurent ainsi une transformation des informations émises en trois dimensions en une collection dtinrm2tions en deux dimensions Les informations lumineuses reçues par la cellule photosensible 10 sont traitées et exploitées, directement ou par l'intermédiaire de la chaine 11, de manière à fournir une représentation logique ou analogique des paramètres d'identification de la particule. Ces paramètres peuvent entre de divers ordres, étant donné la caractéristique constructive de l'appareil selon l'invention. En effet, l'irradiation de chaque particule au foyer F du réflecteur 1 permet de disposer d'une indicatrice de diffraction sur, au moins, 3 Il devient ainsi possible d'identifier la taille d'une particule dans le cas d'application è la mesure de la granulométrie en flux continu. Etant donné que les informations collectés proviennent d'une enveloppe spatiale au moins égale à 38[ stéradians, il devient possible aussi d'apprécier des facteurs de forme de chaque particule et de réaliser9 par un tel moyen, une sélection éventuelle et/ou un comptage parmi une population ou un échantillon incluant différents types de particules, par les techniques traditionnelles mathématiques et informatiques d'identification et de traitement de signaux. Il devient également possible d'effectuer un simple comptage, si besoin est, dans le cas ou il est nécessaire de disposer d'une information quantitative de la présence de particules au sein d'un milieu fluide donné. il est également possible d'utiliser l'appareil pour le relevé multiparamétrique à partir des propriétés optiques, y compris après incorporation de fluorochrome aux particules ou objets à étudier. Toutes ces identifications individuelles peuvent être effectuées en flux continu avec une grande sensibilité, puisque les informations collectées proviennent d'une enveloppe spatiale quasi complet. En combinant les moyens de traitement des informations reçues, il devient possible d'effectuer des identifications paramétriques multiples simultanées de particules au sein d'un fluide ou liquide quelconque. il est possible ainsi de prendre en compte le comptage global, le comptage différentiel en fonction de la forme et, par exemple, la proportion relative de chacune des particules au sein d'un milieu donné, par exemple en concentration par unités de volume. Un des avantages de l'objet de l'invention réside dans la simplicité du matériel mis en oeuvre et dans le coût relativement faible, soit de fabrication, soit d'entretien. En-effet, le réflecteur 1 représente un matériel du commerce qui ne nécessite qu'une adaptation pour ménager le ou les passages nécessaires à l'implantation du conduit capillaire 3 et è la conduction du rayonnement émis par la source 7. Un autre avantage réside dans la possibilité d'analyse rapide offerte par l'appareil qui permet une identification multiparamétrique en flux continu et le traitement immédiat ou, éventuellement différé après mise en mémoire, des informations propres à chaque particule détectée. il y a lieu de noter que l'appareil-conforme à l'invention peut être utilisé pour l'identification multiparamétrique de particules solides, mais aussi liquides, portées par un fluide les véhiculant à travers le conduit 3. Un tel appareil permet ainsi d'apprécier les facteurs de forme éventuelle de telles particules, en fonction des adjuvents de traitement de surface qui leur ont été appliqués directement ou au sein du milieu porteur ainsi, par exemple, que leur fréquence de passage et leur comptage. Dans un exemple d'application au contrôle de la granulométrie de particules de latex de 10 / de diamètre, les moyens suivants sont réunis : - conduit 3 ............................ diamètre intérieur de l'ordre de 25 à 30 - vitesse de circulation ............. quelques millilitres par seconde - fluide porteur 04 transparent, non diffusant et dont l'indice est différent de celui des particules - concentration en volume de la suspension ........................ de l'ordre de 1 % - puissance laser .................... quelques milliwatts - longueur d'ondes ................... 632,8 nm - réflecteur 1 ....................... paraboloïdal - cellule 10 ......................... caméra vidéo équipée d'une cible en silicium Comme dit précédemment, n moyens d'irradiation peuvent être prévus. Dans un tel cas, ils émettent des faisceaux de longueurs d'ondes différentes et sont placés de manière à converger au foyer F. Le système d'analyse possède alors des filtres couleurs permettant de trier les différents rayonnements diffractés réfléchis. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Appareil d'identification optique des propriétés multiparamétriques individuelles de particules ou objets en flux continu, caractérisé en ce qu'il comprend - un réflecteur quadrique (1)non divergent, - un conduit capillaire transparent (3) passant par le foyer (F) du réflecteur et assurant le chemi nement individuel de particules en suspension, - au moins un moyen (6) d'irradiation, selon une direction normale à l'axe du conduit, de la par tie dudit conduit passant par le foyer, - un masque (9) occultant les rayons diffractés non réfléchis émis lors de l'irradiation, - une cellule photosensible (10) de déception des différents rayons diffractés réfléchis, - et des moyens (11) de traitement et dVexploita- tion des signauz: fournis par la cellule. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur (B) est constitué par un miroir parabololdal. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réflecteur (1) est constitué par un miroir ellipsoidal. 4 - Appareil selon l'une des revendications 1 è 39 carac térise en ce qu'il comprend un refleeteur (1) associé à un conduit (3) traversant le sommet, du réflecteur et s'étendant sur l'axe (x-x') de révolution dudit réflecteur,d'une part, et au moins un moyen d'irradiation (6) comprenant une source (7) disposée radialement et émettant un rayonnement aboutissant au foyer (F), d'autre part. 5 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un réflecteur (1) associé è un conduit (3) s'étendant perpendiculairement è l'axe (x-x') en passant par le foyer (F) où aboutit le rayonnement d'au moins un moyen d'irradiation. 6 - Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend n moyens d'irradiation émettant des-faisceaux de longueurs d'ondes différentes et en ce que la cellule photosensible (10) est constituée par un analyseur d'Images dont le système d'analyse est équipé de filtres de triage correspondant à ces longueurs d'ondes. 7 - Appareil selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque moyen d'irradiation un trou (12) percé dans le réflecteur de façon diamétralement opposée à la position occupée par le moyen. 8 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'irradiation (6) comprend une source d'émission (7) constituée par un laser. 9 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellule photosensible (10) est constituée par l'objectif d'une caméra vidéo. 10 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit capillaire transparent (3) comporte une section utile interne en rapport avec la dimension moyenne des particules pour n' autoriser qu'un cheminement individuel de chacune d'elles dans le voluue de mesure eclairé par le moyen d'irradiation.