Brevet FR2555748A1 — publié le 19850531

DISPOSITIF.INTERFEROMETRIQUE POUR LA DETECTION DE GAZ DANS UN MELANGE GAZEUX La présente invention se rapporte à un dispositif interférometrique pour la détection de gaz, faisant appel à la spectrométrie interférentielle à modulation sélective. Dans les dispositifs connus, un faisceau lumineux convenablement focalisé traverse une cuve contenant le gaz à analyser, puis avant d'atteindre un detecteur de signal, un ensemble d'interférométrie et de modulation. Cet ensemble peut comprendre une lame biréfringente, entre un polariseur et un analyseur dont la rotation assure la modulation sélective, ou comme décrit dans une demande de brevet déposée simultanément à celleci par la demanderesse sous le titre Détecteur interféromêtrique de gaz", un interféromètre de Perot-Fabry dont au moins une des lames est montée sur des lames piézoélectriques soumises à une tension de modulation alternative. Ces dispositifs sont de réalisation délicate et le dernier notamment demande une mécanique de grande precision. Il est par ailleurs très sensible aux vibrations. La présente invention a pour objet la realisation d'un dispositif interférométrique ne présentant pas ces inconvénients. Le dispositif interférométrique selon l'invention, pour la détection de gaz dans un melange gazeux, par spectrométrie interférentielle à modulation sélective, comprenant centrée sur l'axe optique d'un objectif de focalisation, une source lumineuse, ledit objectif, une cuve pour le gaz à analyser, un filtre interférentiel, des moyens d'interférométrie et de modulation et un detecteur pour recueillir le signal fourni par lesdits moyens, est caractérisé en ce que ces dits moyens consistent en une lame réfringente à faces parallèles disposée sur l'axe optique, dont les faces sont revêtues d'une couche mince réflectrice et dont l'épaisseur est fonction du gaz à analyseur, en un diaphragme centré sur ledit axe optique et disposé entre la lame et le détecteur et en une grille périodique disposée entre le diaphragme et le détecteur et associée à des moyens destinés à déplacer ladite grille de manière cyclique pour la modulation du signal fourni au détecteur. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la lame est inclinée par rapport à l'axe optique de manière à ce qu'une des figures latérales d'interférence qu'elle produit avec la grille soit, à travers le diaphragme, centrée sur l'image de la source sur le détecteur. Dans une forme de realisation, la grille est ménagee à la périphérie d'un disque mis en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe optique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description suivante donnee uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schematique d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention; - la figure 2 montre les anneaux d'interférences fournis par l'inter férométre du dispositif ci-dessus; - la figure 3 illustre une grille utilisée dans le dispositif de la figure 1. Le dispositif de la figure 1, dans la forme de réalisation choisie et représentée, comporte de manière connue en soi, une source lumineuse S placez devant un objectif O sur l'axe optique A de celui-ci, et der rière ce dernier, une cuve à gaz C que traverse le gaz G à analyser. Cette cuve est suivie d'un filtre interférentiel F, puis d'une lame interferométrique L sur laquelle on reviendra ci-après, d'un élément optique 0', d'un diaphragme B, et d'un détecteur D, tous alignés sur l'axe A. Une grille 100 sur laquelle on reviendra également ci-après, est disposée sur l1axe A, entre le diaphragme B et le détecteur D. Selon l'invention, la lame L est constituée par une lame à faces paralleles en un matériau réfringent transparent dont les deux faces sont recouvertes d'une couche mince réflectrice et dont l'épaisseur est calculée en fonction du gaz à analyser. La lame L fournit dans le plan focal de l'objectif des anneaux d'interférence. Si on forme ces anneaux sur une grille periodique, il se crée trois systèmes d'anneaux (fig. 2) constitués du système initial, au centre et de deux systèmes semblables au precédent et décales symétriquement par rapport à celui-ci d'une quantite fonction du pas de la grille, de l'epaisseur et de l'indice de réfraction de la lame L. Cette quantité xO est donnée par la formule: = x f2 x p x 2nl dans laquelle: p = pas de la grille, n = indice réfraction, 1 = epaisseur de la lame, f = focale lentille 0', Ao = longueurmoyenne de la bande d'absorption. Si on deplace cette grille dans son plan, perpendiculairement aux traits de ladite grille, l'éclairement au centre des systèmes d'anneaux laté- raux passe successivement par des maxima et des minima. Pour obtenir la modulation, on isole le centre d'un système d'anneaux latéraux au moyen d'un diaphragme et on fait vibrer la grille. Dans le dispositif de la figure 1, la grille 100 est ménagée sur un disque tournant autour d'un axe 101 parallèle à l'axe A, les traits de T la grille etant menagés sur le pourtour de ce disque et se déplaçant en regard de l'ouverture du diaphragme B. La lame L est inclinée sur l'axe A de maniere que le centre de l'un des systemes d'anneaux latéraux coincide avec l'image de la source. Un signal A est recueilli sur la détecteur D. Un capteur électro-optique D1 en regard d'une source S1 de part et d'autre de la grille permet de disposer d'un signa7 A1 de référence pour une détection synchrone du signal fourni par l'interféromètre en présence du gaz à analyser. Dans une forme de réalisation du dispositif de la figure 1, on utilise les éléments suivants: - la source S est un Globar de 70 W, (barreau de carbure de silicium chauffe vers 1.0000C par Effet Joule), - l'objectif O est en fluorine et a une distance focale de 10 mm et un diamètre de 25 mm, - la cuve C a une longueur de 300 mm et des fenêtres en fluorine (natu rellement pour ces fenêtres comme pour l'objectif 0, on peut utiliser un autre matériau transparent à l'infrarouge, par exemple du SZn), - la lame L, inclinée à 1" sur l'axe A, est réalisée en Ge, a un diame- tre de 25 mm et, par exemple, pour traiter le caz CO dont la periodi cité de structure fine est de 3 cm, a une épaisseur de 300p, - le pas des traits T de la grille 100 est de 0,3 mm, - le détecteur D est une cellule photorésistante au PbSe, refroidie par effet Peltier. Bien entendu, il est possible d'utiliser une grille vibrant selon un mouvement de translation dans son plan. REVENDICATIONS 1.- Dispositif interférométrique pour la détection de gaz dans un mélange gazeux, par spectrométrie interférentielle à modulation sélective, comprenant centrés sur l'axe optique (A) d'un objectif de focalisation (0), une source lumineuse (S), ledit objectif {0), une cuve (C) pour le gaz à analyser (G), un filtre interférentiel (F), des moyens d'interferométrie et de modulation (L, B, T) et un détecteur (0) pour recueillir le signal fourni par lesdits moyens, caractérisé en ce que ces moyens consistent en une lame réfringente (L) à faces parallèles disposee sur l'axe optique (A), dont les faces sont revêtues d'une couche mince relectrice et dont l'é- paisseur est fonction du gaz à analyser, en un diaphragme (B) centre sur ledit axe optique (A) et disposé entre la lame (L3 et le détecteur (D) et en une grille périodique (T) disposée entre le diaphragme (B) et le detecteur (D) et associee à des moyens destinés à déplacer ladite grille de manière cyclique pour la modulation du signal fourni au détecteur. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lame (L) est incline par rapport à l'axe optique (A > de manière à ce qu'une des figures laterales d'interfiErence qu'elle produit avec la grille (T) soit, à travers le diaphragme (B), centrée sur l'image de la source (S) sur le détecteur (D). 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la grille (T) est ménagée a la périphérie d'un disque mis en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe optique 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérise en ce qu'un second detecteur électro-optique ( est associe à la grille (T) pour fournir un signal de référence synchrone du signal fourni au premier détecteur. 5.- Forme de realisation du dispositif selon la revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la source lumineuse (S) est un émetteur d'infrarouge, par exemple un Globar, l'objectif (O) est en un matériau transparent à l'infrarouge, tel que fluorine ou SZn, la lame (L3 est en Ge et le détecteur (D) est une cellule photorésistante au PbSe refroidie par effet Peltier. 6.- Forme de réalisation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la lentille (0) a une distance focale de 100 m, la cuve (C) une longueur de 300 mm, et la lame (L) est inclinez de 1" sur l'axe.