Brevet FR2594549A1 — publié le 19870821

La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé d'analyse des variations de densité d'un article en forme de cigarette, dans lequel: on soumet à un rayonnement radioactif de type 0 une zone dudit article, on mesure l'intensité dudit rayonnement après traversée dudit article, on fait défiler ledit article dans le sens longitudinal, - on enregistre les variations de l'intensité mesurée. Un tel procédé est utilisé pour contr8ler le remplissage en tabac d'un boudin de tabac continu destiné à être débité en cigarettes, ou encore d'une cigarette unitaire. En ef- fet, il est connu que ltatténuation d'un rayonnement lorsqu'il traverse une épaisseur donnée d'un matériau dépend de la masse spécifique, c'est-àdire de la densité, de ce matériau. Un procédé du type défini ci-dessus permet donc, par exemple, de vérifier l'homogénéité du remplissage dans le cas de cigarettes homogènes, ou, au contraire, de vérifier la position de zones intentionnellement prévues avec une densité plus élevée, dites "zones renforcées", devant coïncider avec les extrémités de chaque cigarette, dans le cas de cigarettes dites "légères". Dans ce dernier cas, en effet, le remplissage en tabac de la zone médiane est peu dense, et, en l'absence de zones renforcées, le tabac s'écoulerait hors des cigarettes au cours des mani- pulations de celles-ci. Un tel procédé peut être utilisé également pour la détection de corps étrangers à l'inté- rieur du boudin de tabac ou de la cigarette, ou pour le contr8le de la Jonction entre le tabac et le filtre, et mSme pour le contr8le d'un boudin de matière filtrante. On connait déjà un tel procédé, dans lequel l'article à analyser défile à l'intérieur d'un manchon en aluminium pourvu d'ouvertures définissant la dimension longitudinale de la zone traversée par le rayonnement, qui est de l'or- dre de un à deux centimètres. Cette longueur correspond sensiblement à la dimension longitudinale de la zone sen- sible du capteur utilisé pour mesurer l'intensité du rayonnement atténué. De plus comme l'épaisseur d'aluminium est insuffisante pour arrêter le rayonnement, les limites de la zone traversées sont floues. Il en résulte qu'A un instant donné, l'intensité mesurée par le capteur est représentative de la densité moyenne sur une dimension longitudinale assez mal définie. Compte tenu de la valeur élevée de cette dernière, relati- vement à la longueur d'une cigarette, la résolution longi- tudinale de l'analyse est donc de l'ordre de un centimètre, ce qui ne permet pas de détecter un corps étranger de dimensions de l'ordre du millimètre par exemple, et ne permet pas, à cause du lissage des discontinuités qui ré- sulte de cette mauvaise résolution, d'étudier finement une cigarette unitaire, ou un tronçon discontinu. L'expérience montre même que le procédé connu, assez bien adapté pour contrôler l'homogénéité d'un boudin de tabac uniforme, ne permet qu'imparfaitement l'analyse des boudins inhomogènes à zones renforcées de plus en plus utilisés pour la fabri- cation de cigarettes légères. Dans ce dernier cas, le procédé connu permet seulement de déterminer de manière statistique la position des zones renforcées, par intégra- tion des résultats obtenus après passage d'un grand nombre de ces zones renforcées, car la variation d'intensité occasionnée par une seule zone est trop faible et trop lissée pour qu'on puisse en localiser le maximum avec précision. La présente invention vise à pallier les inconvénients précédents. A cet effet, elle a pour objet un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé par le fait quee: - ladite zone ayant une dimension longitudinale L infé- rieure ou égale à sensiblement 1 mm, - on enregistre les mesures d'intensité chaque fois que le déplacement dudit article est au moins égal à L. Avec le procédé de l'invention, chaque mesure d'intensité enregistrée est représentative d'une zone de l'article dont la dimension longitudinale L est faible relativement A la longueur d'une cigarette unitaire, et la mesure suivante est représentative d'une zone de même dimension longitu- dinale L, mais distincte de la zone voisine. Ainsi, il n'y a aucune influence d'une zone analysée sur les zones analysées voisines, et la suite des mesures d'intensité enregistrées représente bien les variations longitudina- les de densité de l'article analysé, sans lissage, et avec une résolution assez fine pour que l'analyse des zones discontinues, comme les extrémités, soit significa- tive. La -présence d'un corps étranger, même de taille re- lativement modeste, peut être localisée avec une précision suffisante, et l'analyse d'une zone renforcée unique est représentative. Avantageusement, on peut faire défiler ledit article A une vitesse continue V, et échantillonner A une fréquence au plus égale à V/L. 3o Avantageusement, encore, chaque mesure d'intensité enre- gistrée a pour valeur la valeur moyenne d'une pluralité de mesures successives. Ainsi, la précision de la mesure est accrue, le moyennage de plusieurs mesures successives permettant de réduire l'influence du bruit accompagnant le signal. La présente invention a également pour objet un appareil permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. A cet effet, la présente invention concerne donc également un appareil comprenant: - une source de rayonnement radioactif de type A, - un capteur, sensible & l'intensité dudit rayonnement, à signal de sortie électrique, - un manchon dans lequel sont ménagées deux ouvertures se faisant face, une première ouverture étant disposée pour être soumise au rayonnement de ladite source, et la deu- xième ouverture étant disposée en regard dudit capteur, - des moyens pour faire défiler ledit article à l'intérieur du manchon, - des moyens d'enregistrement, reliés audit capteur, appa- reil caractérisé par le fait que: - le matériau dans lequel est réalisé ledit manchon, et l'épaisseur de paroi dudit manchon sont tels que la tota- lité du rayonnement P émis par ladite source est arrêtée par cette paroi, - lesdites ouvertures sont deux fentes ménagées dans un même plan de section droite du manchon, - les moyens d'enregistrement comprennent des moyens pour réduire le rapport signal sur bruit en sortie dudit cap- teur, et des moyens pour échantillonner le signal de sor- tie du capteur. Dans l'appareil de l'invention, on réalise l'analyse d'une zone de l'article de faible dimension longitudinale en utilisant une source de rayonnement et un capteur de dimen- sions conventionnelles, grace au manchon imperméable au rayonnement À, pourvu de fentes, et on compense l'affai- blissement résultant de signal utile sur le capteur grâce aux moyens pour réduire le rapport signal sur bruit en sortie du capteur, et à l'échantillonnage qui permet le traitement ultérieur des mesures enregistrées. Avantageusement, ladite source émet un rayonnement 0 de spectre d'énergie maximale égal A sensiblement 2,5 MeV, ledit matériau dans lequel est réalisé ledit manchon est du bronze de type UE 12ZI enrichi de sensiblement 9 % de plomb, et ladite épaisseur de paroi dudit manchon est de sensiblement 3 mm. Dans ce cas, l'épaisseur du manchon est double de celle qui arrête théoriquement la totalité du rayonnement de la source. Le rayonnement qui atteint le capteur est donc uniquement celui qui est passé à travers l'article à analyser. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée de l'appareil de l'invention, ainsi que de la mise en oeu- vre préférée du procédé de l'invention, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la fig. 1 représente une vue de profil schématique d'une partie de l'appareil de l'invention, - la fig. 2 représente une vue de face de la partie de l'appareil de la figure 1, - la fig. 3 représente un schéma par blocs du circuit élec- tronique de commande et de traitement de l'appareil de la figure 1, et, les fig. 4a et 4b présentent les résultats obtenus avec l'appareil de l'invention dans le cas d'une cigarette, et dans le cas de cinquante cigarettes, respectivement. En se référant aux figures 1 et 2, un appareil pour mesu- rer les variations longitudinales de densité d'une ciga- rette 5 comprend: - une source 1 de rayonnement radioactif de type A, - un volet d'obturation 2 de la zone rayonnante de la source 1, partiellement représenté car classique, - un manchon 3, dans lequel est ménagée une fente 32, contenue dans un plan de section droite du manchon, disposé pour que la fente 32 se trouve en regard de la zone rayon- nante de la source 1 lorsque celle-ci n'est pas obturée par le volet d'obturation 2, - un capteur 4 de rayonnement À, dont la zone sensible est disposée en regard d'une fente 31 ménagée dans le manchon 3, et contenue dans le même plan de section droite que la fente 32. Le manchon 3 est de diamètre intérieur correspondant à celui de la cigarette 5 à analyser et un organe pousseur 7, partiellement représenté car classique est prévu pour faire défiler la cigarette, dans le sens longitudinal 6, à travers le manchon 3. La source 1 est du type connu à pastille de stroncium 90. Ici, il s'agit de la source fabriquée par la société an- glaise Radiochemical Centre sous la référence SIF W 280 et dont le spectre est d'énergie moyenne 0,8 Mev et d'éner- gie maximale 2,4 Mev. Le manchon 3 est ici réalisé dans du bronze du type 2Z1, enrichi de 9 % de plomb. Le bronze UE 12Z1 a pour compo- sition: Cu: 84 % Sn: pas moins de 10,5 % Sb: 0,3 % Pb: 1% Fe: 0,2 % Ni: 1% Zn: 2 % autres: 1 % Après mélange de 100 parties de bronze UE 12Z1 à 9 parties de plomb, on obtient un matériau dont la masse spécifique est d'environ 10 g/cm3. Le manchon 3 est prévu pour que l'épaisseur minimale de paroi séparant la cigarette 5 de la source 1 lorsque celle-ci n'est pas obturée soit égale à 3 mm. Or, les courbes d'atténuation connues d'un rayonnement P en fonc- tion de l'épaisseur et de la masse spécifique du matériau qu'il traverse montrent que le rayonnement émis par la source 1, de spectre d'énergie maximale 2,4 Mev, est arrêté après 1,4 mm du matériau utilisé pour réaliser le manchon 3. Ainsi, on peut dire que la totalité du rayonnement p émis par la source 1 est arrêtée par la paroi du manchon 3. Les fentes 31 et 32 pratiquées dans le manchon ont ici une dimension longitudinale L de 0,8 mm. Le capteur 4 est ici une chambre d'ionisation de type connu, délivrant sur un conducteur 40, un signal dépendant de l'intensité du rayonnement 0 reçu par la zone sensible de la chambre d'ionisation 4. Par souci de simplicité, l'appareil de l'invention n'est représenté que partiellement sur les figures 1 et 2. Il comprend de plus tous les dispositifs nécessaires, comme par exemple les blindages, lorsqu'on utilise une source radioactive et une chambre d'ionisation. Ces dispositifs sont bien connus de l'homme de métier. De même, toutes les précautions sont prises pour éviter les fuites entre la zone rayonnante de la source 1 et la zone sensible de la chambre d'ionisation 4. L'organe pousseur 7 est entralné ici par un moteur pas à pas non représenté car classique. Le signal de sortie de la chambre d'ionisation, délivré sur le conducteur 40, est traité à l'aide d'un circuit électronique, schématiquement représenté sur la figure 3. Le circuit de la figure 3 comprend un amplificateur 10, un filtre passe bas 11, un convertisseur analogique-numé- rique 12 montés en cascade. Un microprocesseur 13 est relié par un conducteur 131 à l'entrée de commande de conversion du convertisseur analogique-numérique 12 et par un bus 121, à la sortie numérique du convertisseur analogique- numérique 12. Le microprocesseur 13 est aussi relié, par un bus 133, à un dispositif électronique de mémorisation et de visualisation non représenté car classique, ainsi que, par les conducteurs 132, à l'organe de commande du volet obturateur 2 et à l'entrée de commande du moteur pas à pas d'entraînement de l'organe pousseur 7. L'amplificateur 10 est du type connu utilisé en instrumen- tation, à impédance d'entrée élevée et à grand gain. Le filtre passe bas 11 est ici un filtre de Butterwortk du 3me ordre, dont la fréquence de coupure vaut 15 HZ, et le gain statique 80. La réalisation d'un tel filtre, sous forme de filtre actif est à la portée de l'homme de métier. Le convertisseur analogique-numérique 12 est de type connu, la conversion étant effectuée ici sur 12 bits. L'appareil qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante. Un système connu de trémie et de barillet, non représenté, permet de positionner la cigarette 5 à l'entrée du man- chon 3. Le microprocesseur 13 commande le moteur pas A pas qui entraîne l'organe pousseur 7. L'utilisation d'un tel moteur permet de connaitre avec précision la position de la cigarette 5 par rapport A sa position initiale connue ou facilement repérable par tous moyens connus de l'homme de métier, comme par exemple un capteur de position. Bien que le moteur pas à pas soit commandé de façon dis- continue, la vitesse V de déplacement de l'organe pousseur est avantageusement ici continue à cause de l'inertie mé- canique du dispositif. V est ici égale à 16,6 m/s. Le microprocesseur 13 commande l'ouverture du volet obtura- teur 2 lorsque la cigarette 5 atteint la zone en regard des fentes 31 et 32, ici de dimension longitudinale L = 0,8 mm, et commande un échantillonnage des mesures d'inten- sité chaque fois que la cigarette s'est déplacée d'une va- leur déterminée au moins égale A L, par exemple de l'ordre de 1 mm de manière A analyser chaque zone indépendamment l'une de l'autre. A la limite ces deux zones pourraient être consécutives. Chaque mesure enregistrée correspond ici A la moyenne, calculée par le microprocesseur 13, du résul- tat de vingt conversions successives effectuées par le convertisseur analogique/numérique 12. Chaque conversion dure 10 fs, la cigarette avance donc de 3,3 microns pen- dant la durée de ces vingt conversions, c'est-à-dire qu'on peut la considérer comme pratiquement immobile pendant cette durée. Le bruit qui affecte chaque mesure d'intensité est réduit d'une part à cause du traitement analogique effectué par le filtre passe-bas Il et d'autre part par le traitement numérique effectué par le moyennage commandé par le microprocesseur 13. Lorsque l'ensemble de la cigarette 5 a été analysé, le microprocesseur 13 ferme l'obturateur 2, et envoie les données vers le dispositif de mémorisation et de visuali- sation via le bus 133. Un dispositif de type connu permet l'évacuation de la ci- garette 5 analysée et le positionnement d'une nouvelle cigarette 5 A analyser. Les résultats obtenus sont montrés sur les figs. 4a et 4b. La fig. 4a visualise les variations de densité d'une ciga- rette unique et la fig. 4b les variations moyennes d'un lot de cinquante cigarettes. On constate que les résultats sur une cigarette unique sont parfaitement exploitables. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à l'analyse de cigarettes unitaires, et peut être aussi utilisée en particulier pour l'analyse d'un boudin continu de tabac. De même, les fentes 31 et 32 peuvent, au lieu de déboucher directement à l'intérieur du manchon comme cela vient d'être décrit, en être isolées par une mince pellicule de matériau léger, afin que le manchon présente une face interne lisse pour éviter l'accrochage des particules de tabac. De même, l'utilisation d'un moteur pas A pas pour entraîner le pousseur 7 n'est pas obligatoire et on peut utiliser un moteur classique, conjointement avec un capteur de po- sition permettant le repérage de la position de la ciga- rette 5. il Enfin, ce moteur pourrait être utilisé conjointement avec un capteur de vitesse de déplacement de l'organe pousseur 7. Dans ce cas lorsque l'article se déplace à la vitesse V, le microprocesseur 13 commande un échan- tillonnage des mesures d'intensité & une fréquence F au plus égale à V/L. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'analyse des variations de densité d'un arti- cle en forme de cigarette, dans lequel: - on soumet A un rayonnement radioactif de type a une zone dudit article, - on mesure l'intensité dudit rayonnement après traversée dudit article, - on fait défiler ledit article dans le sens longitudinal, - on enregistre les variations de l'intensité mesurée, procédé caractérisé par le fait que: - ladite zone ayant une dimension longitudinale L infé- rieure ou égale A sensiblement 1 mm, - on enregistre les mesures d'intensité chaque fois que le déplacement dudit article est au moins égal à L. 2.- Procédé selon 1, dans lequel le défilement dudit arti- cle se faisant A une vitesse continue V, - on enregistre les mesures d'intensité après les avoir échantillonnées à une fréquence F au plus égale A V/L. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel chaque mesure d'intensité enregistrée a pour valeur la valeur moyenne d'une pluralité de mesures successives. 4.- Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant: - une source (1) de rayonnement radioactif de type P, - un capteur (4), sensible A l'intensité dudit rayonne- ment, A signal de sortie électrique, - un manchon (3) dans lequel sont ménagées deux ouvertures (31, 32) se faisant face, une première ouverture (32) étant disposée pour être soumise au rayonnement de ladite source (1) et la deuxième ouverture (31) étant disposée en regard dudit capteur (4), - des moyens (7, 13) pour faire défiler ledit article (5) à l'intérieur du manchon (3), - des moyens d'enregistrement, reliés audit capteur (4), appareil caractérisé par le fait que: - le matériau dans lequel est réalisé ledit manchon (3), et l'épaisseur de paroi dudit manchon (3) sont tels que la totalité du rayonnement l émis par ladite source (1) est arrêtée par cette paroi, - lesdites ouvertures sont deux fentes (31, 32) ménagées dans un même plan de section droite du manchon (3), - les moyens d'enregistrement comprennent des moyens (11) pour réduire le rapport signal sur bruit en sortie dudit capteur (4), et des moyens (12, 13) pour échantillonner le signal de sortie du capteur (4). 5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel ladite source (1) émet un rayonnement 0 de spectre d'énergie maxi- male égal à sensiblement 2,5 MeV, ledit matériau dans lequel est réalisé ledit manchon (3) est du bronze de type UE 12Z1 enrichi de sensiblement 9 % de plomb, et ladite épaisseur de paroi dudit manchon (3) est de sensiblement 3 mm. 6. Appareil selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel lesdites fentes (31, 32) ont une dimension longi- tudinale L inférieure ou égale à sensiblement 1 mm. 7. Appareil selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel lesdits moyens pour réduire le rapport signal sur bruit comprennent un filtre passe-bas (11). 8. Appareil selon l'une des revendications 4 à 7, dans le- quel lesdits moyens pour échantillonner comprennent un convertisseur analogique-numérique (12) et un microproces- seur (13).