Brevet FR2553889A1 — publié le 19850426

25,53889 La présente invention concerne des dispositifs pour la détection des gaz et en particulier pour la mesure des niveaux de gaz carbonique dans les mélanges gazeux à respirer L'invention concerne également des respirateurs, par exemple pour utilisation sous l'eau. Il est souhaitable de contr 8 ler la composition des mélanges de gaz à respirer pour s'assurer que leur taux de gaz carbonique reste inférieur a un maximum prédéterminé Ceci est particulièrement important pour les mélanges gazeux fournis aux plongeurs ou à d'autres personnes travaillant dans des conditions défavorables o la somnolence 10 provoquée par l'excès de gaz carbonique dans le mélange gazeux pourrait s'avérer extrêmement dangereuse. Il existe un certain nombre de dispositifs pour la détection et la mesure des gaz tels que le gaz carbonique Cependant certains sont relativement chers et aucun n'est suffisamment portable pour permettre 15 le contr 8 le dans un respirateur et la détection à distance. L'invention a pour objet de réduire au minimum ou de surmonter cet inconvénient. Selon l'une des caractéristiques de l'invention, il est prévu un dispositif pour la détection et la mesure du taux d'un gaz 20 ayant une bande d'absorption dans l'infrarouge, ce dispositif étant constitué d'une source lumineuse et d'un photodétecteur, d'un filtre d'interférence multicouches disposé dans le parcours de la lumière entre la source et le détecteur, et de moyens faisant vibrer le filtre de façon à ce que son pic de transmission oscille à travers 25 la limite de la bande d'absorption du gaz à détecter. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un filtre d'interférence à bande passante dans l'infrarouge, comprenant un corps lamellaire transparent pour le rayonnement infrarouge, plusieurs couches diélectriques transparentes d'épaisseur pratiquement égale disposées sur 30 au moins une surface du corps, et un cadre support à l'intérieur duquel le corps est monté au moyen d'au moins deux filaments souples, le corps pouvant effectuer une oscillation selon un mode de torsion. Avantageusement le filtre comporte un corps en silicium muni d'une série de couches superficielles afin de lui donner la caracté35 ristique souhaitée Un dispositif de ce type est suffisamment compact pour être monté dans un respirateur afin de donner à celui qui le porte ou à un poste situé à distance l'indication de charge, par exemple celle du niveau du gaz carbonique. 2 2553889 Il est bien connu que certains gaz, par exemple le gaz carbonique, ont des bandes d'absorption distinctes dans le domaine des infrarouges du spectre Il est donc possible de se baser sur l'absorption du rayonnement infrarouge pour détecter la présence d'un gaz de ce type et mesurer son taux Le dispositif décrit ici comporte un filtre oscillant dont la bande passante se déplace à travers la limite d'une telle bande d'absorption Cela donne une référence continue permettant de compenser les variations de sortie de la source d'infrarouges Cette technique est basée également sur l'utilisation d'un am10 plificateur accordé afin de réduire au minimum l'effet du bruit de fond. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: la figure 1, un diagramme schématique du détecteur de gaz; la figure 2, une forme de filtre à infrarouges à utiliser avec le détecteur selon la figure 1; la figure 3, la section du filtre selon la figure 2. Conformément aux figures, le dispositif de détection de gaz com20 porte une source d'infrarouges 11, un photodétecteur associé 12 et un filtre 13 disposé dans le parcours de la lumière entre la source et le détecteur Généralement la source d'infrarouges 11 comprend un filament de résistance chauffé électriquement, mais il est possible d'employer aussi d'autres dispositifs, tels qu'une diode électrolumi25 nescente ou un laser à semiconducteurs, à condition qu'ils émettent à la longueur d'onde voulue La sortie du détecteur 12 est couplée à un amplificateur 14. Le filtre 13 est animé d'un mouvement oscillant par un oscillateur 15, la longueur d'onde de coupure de la bande de transmis30 sion du filtre variant à une fréquence qui correspond à celle de l'oscillateur En présence d'un gaz, par exemple du gaz carbonique, ayant une bande d'absorption correspondant à la longueur d'onde de coupure du filtre, le détecteur 12 produit un signal oscillatoire correspondant. Ce signal est fourni par l'amplificateur 14 à l'entrée de signaux 35 d'un détecteur synchrone 16, l'entrée de porte du détecteur 16 étant couplée à l'oscillateur 15 Ce dispositif réduit au minimum l'effet du bruit de fond et permet de compenser les variations de sortie de la source 11. 3 2553889 La sortie du détecteur synchrone est couplée à un système d'affichage à bande 17 et/ou par une ligne de transmission 18 à un poste de détection à distance 19. Le filtre représenté en détail par les figures 2 et 3 est un filtre d'interférence et il comporte plusieurs couches diélectriques minces 21 d'épaisseur pratiquement égale disposées sur un corps de support transparent aux infrarouges 22 De préférence, le corps support 22 comprend une structure monocristalline en silicium obtenue par la gravure sélective d'une pastille de silicium Cette structure peut 10 comporter un cadre 23 à l'intérieur duquel le corps 22 est soutenu par des filaments 24 Cette structure peut effectuer facilement une oscillation par torsion, par exemple sous l'action d'un système d'entratnement électrostatique (non représenté). La bande passante du filtre est déterminée par l'épaisseur des 15 différentes couches diéleetriques 21 Ces couches sont d'épaisseur pratiquement égale et, ce qui est bien connu, elles sont transmettrices lorsque la longueur du parcours optique à travers chaque couche 21 est égale à un nombre impair de quarts d'onde Comme le fait app ra tre la figure 3, la rotation du filtre autour d'un axe situé sur 20 sa surface change l'aspect présenté à un faisceau de lumière incidente Si d est l'épaisseur de la couche, la longueur du parcours 1 à travers chaque couche est donnée par 1 = d sec G o O est l'angle formé entre le faisceau lumineux et la nor25 male à la surface du filtre. En choisissant convenablement l'épaisseur d de la couche il est possible d'adapter la bande passante du filtre à une bande d'absorption du gaz à détecter de sorte que, lorsque le filtre oscille, la bande passante balaie la limite de la bande d'absorp30 tion pour donner un signal modulé en amplitude Par exemple le gaz carbonique a un pic d'absorption élevé à une longueur d'onde de 4,3 microns L'utilisation d'une couche d'épaisseur d égale à 1 micron permet d'adapter la caractéristique du filtre à ce pic d'absorption pour donner une mesure du taux de gaz. Le détecteur de gaz est robuste et portable; il peut en particulier être monté sur des appareils de plongée pour fournir une mesure du taux de gaz carbonique à celui qui le porte et/ou par un raccordement par câble, à un poste de contr 8 le situé à la surface. 4 2553889 REVENDICATIONS 1 Dispositf pour la détection et la mesure du taux d'un gaz ayant une bande d'absorption dans l'infrarouge, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une source lumineuse ( 11) et d'un photodétecteur ( 12), d'un filtr( d'interférence multicouches ( 13) disposé dans le parcours de la lumière entre la source et le détecteur, et de moyens ( 15) faisant vibrer le filtre de façon à ce que son pic de transmission oscille à travers la limite de la bande d'absorption du gaz à détecter. 2 Dispositif de détection de gaz conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre comprend un filtre d'interférence multicouches. 3 Dispositif de détection de gaz conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre est disposé sur un substrat monocristallin en silicium. 4 Dispositif de détection de ga conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le substrat est suspendu par une paire de filaments souples monoblocs dans un cadre support. Dispositif de détection de gaz conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur synchrone couplé par un amplificateur au photodétecteur et verrouillé à la fréquence de vibration du filtre. 6 Appareil de plongée caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de détection de gaz conforme à l'une des revendications 1 à 5. 7 Filtre d'interférence à bande passante dans l'infrarouge, caractérisé en ce qu'il comporte un corps lamellaire transparent aux infrarouges, plusieurs couches diélectriques transparentes d'épaisseur pratiquement égale disposées sur au moins une surface du corps, et un cadre support à l'intérieur duquel le corps est monté au moyen d'au moins deux filaments souples, le corps pouvant effectuer une oscillation par torsion. 8 Filtre conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le corps, le cadre support et les filaments sont obtenus par la gravure sélective d'un corps ayant une structure monocristalline en silicium.