Brevet FR2582097A1 — publié le 19861121

L'objet de l'invention concerne un dispositif analyseur de gaz par infra-rouge à capteur "état solide" et démodulation synchrone. Il est destiné à l'analyse des gaz vapeurs polyatomiques et similaires. Dans les dispositifs connus pour l'analyse des gaz de cette nature ou se heurtant d'abord aux difficultés nées des délais de mise en température avec perturbations nées de la sensibilité aux chocs et vibrations, ensuite aux temps de réponse vu la nécessité de redresser le signal modulé et de le lisser pour éviter les oscillations de l'aiguille, à la limite des gaz et vapeurs détectables par le fait de charger le récepteur avec des gaz de même nature que celui qui doit être dosé, et enfin des coûts de fabrication très élevés. L'objet de l'invention supprime ces inconvénients par l'abscence de référence à utiliser et la suppression de réglage optique avec utilisation d ' un capteur quantique pyroélectrique "état solide" avec emploi d'un système mono-source, infra-rouge et mono-faisceau permettant une analyse sur deux longueurs d'ondes. I1 présente en outre une insensibilité aux chocs et vibrations perturbatrices avec position de fonctionnement indifférent, tout en étant extensible à la détection simultanée de plusieurs gaz par agencement du modulateur étant en outre précisé que ce dispositif est utilisable en détecteur d'ambiance à distance tout en étant d'un prix de revient très bas. Il se caractérise par l'absorbance spectrale de l'énergie infra-rouge issue d'un faisceau émi par une source unique cette absorbance sur deux longueurs d'ondes distinctes suffisamment proches pour exciter équipotentiellement un détecteur pyroélectrique à large bande spectrale avec un ensemble d'élements formé par la combinaison nouvelle d'un modulateur porte filtre rotatif, d'un capteur, d'une cuve de mesure et d'un émetteur infra-rouge. Sur les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention La figure 1 représente le dispositif dans son ensemble. La figure 2 montre vu en élévation et de face le modulateur porte filtre. La figure 3 est une vue en coupe à une échelle différente du modulateur avec ses filtres. La figure 4 montre schématiquement l'agencement des éléments optiques. Les figures 5, 6, 7 représentent les détails d'exécution du bloc détecteur de la cuve de mesure et de l'émetteur. La figure 8 montre le dispositif destiné à la détection simultanée de plusieurs gaz. Le dispositif repose sur l'absorbance spectrale de l'énergie infra-rouge issue d'un faisceau émis par une source unique. Cette absorbance s'effectue sur deux longueurs d'ondes distinctes mais suffisamment proches pour exciter équipotentiellement un détecteur pyroélectrique à large bande spectrale. Une longueur d'onde est isolée par un filtre interférentiel à bande étroite accordé sur les raies principales du gaz à doser. L'autre longueur d'onde est isolée par un filtre interférentiel à bande étroite accordé à + 1 % de la première longueur d'onde. On s'assure que pour la deuxième longueur d'onde, les gaz interférents, s'il y en a, agissent sensiblement de même que pour la première longueur d'onde. Pour chaque gaz à doser, on dispose d'un couple de filtres. Ces filtres soit disposés sur un disque modulateur de telle sorte que sa mise en rotation provoque le passage alterné de L1 - O - L2 devant le détecteur pyroélectrique. Les filtres 4, 5 sont interférentiels utilisant les techniques de couches minces déposées sous vide et formant un traitement sur mesure. Le disque de modulation 1 avec filtres 4, 5 est entrai- né à vitesse constante par un rnoteur 2 pas à pas à commande électronique. La fréquence de modulation résultante peut atteindre plusieurs centaines de Hz sans inconvénient. Le détecteur pyroélectrique 3 perçoit une énergie correspondant soit à L1 soit à L2. Chaque passage de filtre 4, 5, c'est-à-dire L1 et L2 provoque l'apparition d'une période d'un signal alternatif composé d'une alternance positive (L1, L2)) suivie d'une alternance négative (occultation) 6. Le signal généré par le capteur 3 est une succession de périodes, l'une relative à L1, la suivante relative à L2. Il est à noter que contrairement aux montages connus, le signal capteur est au maximum de sa valeur, le rapport signal sur bruit est meilleur que 40 db. L'agencement des éléments optiques, fig 4, représente les alternances positives correspondent à l'illumination du capteur sur la longueur d'onde L1 ou L2, les alternances négatives correspondent au refroidissement du capteur et à l'occultation du faisceau par la partie opaque du modulateur.. En présence d'un gaz absorbant sur L1, l'amplitude des alternances positives et négatives correspondantes diminue. L'exploitation rationnelle de ce signal est atteint pour une diminution d'environ 10 %. Sur le dessin, fig 3, la zone 10 représente l'absence de gaz, la zone 11 la présence de gaz à doser La figure 8 représente le dispositif utilisé pour la détection simultanée de plusieurs gaz. A cette fin le modulateur est équipé dans l'exemple donné de quatre disques 12, 13, 14, 15.Le nombre de filtres est égal au nombre de gaz, plus un, 12. La section optique de 12 est le double de celle des autres filtres. La partie électronique permet l'absence de tout dispositif de capteur de position du synchronisme et le verrouillage de la phase sur le passage à zéro de l'alternance. Ce qui assure un temps de réponse instantané avec un prix de revient minime. De plus, il évite le repérage optique ou inductif de la position du modulateur par rapport au détecteur. REVENDICATIONS 10 Dispositif analyseur de gaz par infra-rouge à capteur "état solide" et démodulateur synchrone destiné à l'analyse des gaz vapeurs polyatomiques et similaires permettant la suppression du gaz de référence évitant les recyclages complexes utilisant un système mono-source, infra-rouge et mono-faisceau avec analyse sur deux longueurs d'ondes voisines et présentant une insensibilité aux vibrations et chocs perturbateurs avec position de fonctionnement indifférent, tout en étant extensible à la détection simultanée de plusieurs gaz, ainsi qu'à la détection d'ambiance à distance et permettant un prix de revient peu éle vé, se caractérisant par l'absorbance spectrale de l'énergie infra - rouge issue d'un faisceau à source unique sur deux longueurs d'ondes distinctes mais suffisamment proches pour exciter équipotentiellement un détecteur ou capteur pyroélectrique (3) à large bande spectrale, combiné avec un modulateur porte filtres (1) rotatif, une cuve de mesure (8, 9) et un émetteur (7). 20 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que le modulateur (I) circulaire est entraîné par un moteur (2) pas à pas à commande électronique et supporte les filtres (4, 5) à longueurs d'ondes différentes L2 et L1 avec zone opaque (6) provoquant l'apparition d'un signal à alternance positive (4, 5) suivie d'une alternance négative (6) d'occultation. 30 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que l'émetteur (7) est constitué par une unique source d'infra-rouge et que la cuve (8, 9) est obturée à chacune de ses extrémités par une fenêtre à large branche spectrale et est solidaire de l'émetteur (7). 40 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que le détecteur (3) est de fabrication courante alors que le circuit électronique de démodulation du signal capteur en synchronisme avec le passage des filtres évite l'emploi du repérage optique ou inductif de la position du modulateur par rapport au détecteur. 5 Dispositif suivant la revendication 1 se caractérisant par le fait que pour la détection simultanée de plusieurs gaz, le modulateur est équipé de plusieurs disques (12, 13, 14, 15) afin que le nombre soit égal au nombre de gaz, plus un, 12, dont la section optique (12) est le double de celle des autres filtres.