Brevet FR2654509A1 — publié le 19910517

La présente invention concerne un procédé de détection d'une flamme. Dans les moteurs à turbine à gaz, il est souhaitable de s'avoir si une flamme est présente ou non dans la chambre de combustion ou à la postcombustion On peut surveiller la présence d'une flamme en observant si un rayonnement optique d'une longueur d'onde particulière est supérieur à un niveau de fond prédéterminé Avec ce procédé, le problème est que des parties chaudes des parois du moteur emettent aussi un rayonnement optique dont une partie se trouve dans la longueur d'onde que l'on observe Dans certains cas, le rayonnement diffus provenant du soleil peut aussi entrer dans le moteur et donner lieu à une fausse indication de présence d'une flamme. La présente invention a pour but de fournir un procédé et un appareil de détection de flamme qui soit moins susceptible de donner une fausse indication. Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de détection d'une flamme, caractérisé en ce que l'on compare l'intensité de rayonnement à une première longueur d'onde et l'intensité de rayon- nement à une longueur d'onde plus grande, et en ce que l'on délivre une indication de présence d'une flamme quand le rapport entre les intensités à la première longueur d'onde et à la longueur d'onde plus grande est supérieur à une première valeur et inférieur à une seconde valeur, plus élevée que la premiere. Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de détection d'une flamme, caractérisé en ce que l'on compare l'intensité de rayonnement à une première longueur d'onde et l'intensité de rayon- nement à une longueur d'onde plus grande, et en ce que l'on délivre une indication d'absence d'une flamme quand le rapport entre les intensités à la première longueur d'onde et à la longueur d'onde plus grande est -2inférieur à une première valeur ou supérieur à une seconde valeur, plus elevee que la première. Une forme particulière de ce dernier procédé consiste en ce que l'on délivre un signal de sortie à une unité d'allumage en réponse à l'indication d'absence d'une flamme. Dans l'un ou l'autre procédé, ladite première longueur d'onde peut être comprise sensiblement entre 470 nm et 530 nm, tandis que ladite longueur d'onde plus grande peut être sensiblement égale à 670 nm La première valeur peut être sensiblement égale à 0,1 et la seconde à 1,0. L'indication peut être délivrée sur un dispositif d'affichage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante, concernant un appareil de détection de flamme dans un moteur à turbine à gaz et son procédé de fonctionnement, donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la fig 1 représente schématiquement l'appareil, et la fig 2 est un diagramme représentant l'intensité spectrale de sources de rayonnement à trois températures différentes. En référence à la fig 1, l'appareil représenté comporte une sonde optique 1 qui est montée dans une paroi 2 d'un moteur à turbine à gaz 3 de manière à recevoir un rayonnement optique émis à l'intérieur d'une zone 4, par exemple dans la chambre de combustion Le rayonnement reçu par la sonde 1 est transmis, à travers un câble optique 5, à un diviseur de faisceau dichroïque 6 qui divise le rayonnement en deux composantes de longueurs d'ondes Le rayonnement dans une bande de longueurs d'ondes située approximativement entre 470 nm et 530 nm, c'est-à-dire d'une couleur allant du bleu au vert, est transmis à une première photodiode 7 Cette bande peut avoir n'importe quelle largeur et être située n'importe o dans cette partie bleu-vert du spectre, en fonction des caractéristiques du diviseur de faisceau dichroïque et de la réponse de la photodiode 7 L'autre sortie du diviseur 6 comprend le -3- rayonnement se trouvant dans une bande sensiblement de même largeur que celle qui est transmise à la photodiode 7, mais dans des longueurs d'ondes plus grandes, centrées autour de 670 nm, c'est-à-dire dans la couleur rouge Ce rayonnement est transmis à une seconde photodiode 8. Les signaux électriques de sortie des deux photodiodes 7 et 8 sont délivrés à un élément comparateur 10 qui en tire un signal de sortie indiquant le rapport entre les niveaux d'intensité du rayonnement dans les deux bandes respectives de longueurs d'ondes Ce signal de sortie est délivré à une unité logique Il qui détecte si le rapport est supérieur à une première valeur, par exemple 0,1, et inférieur à une seconde valeur, par exemple 1,0. Quand le rapport se trouve entre ces deux valeurs, l'unité Il délivre un signal à un dispositif d'affichage 12 qui donne une indication de la présence d'une flamme Un signal pourrait aussi être délivré à un autre dispositif utilisateur 13, par exemple une unité de commande d'allumage qui actionne un allumeur quand une absence de flamme est détectée. La température de couleur Tc de la flamme dans une chambre de combustion de turbine à gaz est en moyenne d'environ 1800 K, tandis que celle des parois du moteur peut être d'environ 1000 K et celle du soleil vaut environ 6000 K La longueur d'onde à laquelle se trouve le maximum d'intensité du rayonnement émis est donnée par la loi du déplacement ou de Wien: max = 2897,9 um/Tc. Dans la fig 2, on remarque que du rayonnement est émis dans l'ensemble des longueurs d'ondes, pour n'importe laquelle des températures de couleur, mais que le niveau relatif d'intensité I à une longueur d'onde donnée dépend de l'éloignement entre cette longueur d'onde et celle du maximum d'intensité Si l'on considère en particulier les trois couleurs bleu ( 470 nm), vert ( 527 nm) et rouge ( 670 nm), les intensités relatives dans le rayonnement émis par le soleil (Tc = 6000 K) seront respectivement de 99 %, 99 % et 83 % du maximun Pour une flamme à 1800 K ou 2000 K, ces valeurs pour les trois couleurs sont respecti- -4- vement de 1,3 %, 4 % et 20 % du maximum correspondant Pour un corps tel qu'une paroi de moteur à 1000 K, ces trois valeurs sont de l'ordre de 2 x 103, 1,5 X 10 i 2 et 4 xl O 1 Si l'on compare le niveau d'intensité dans la bande bleu-vert à celui du rayonnement dans le rouge, on obtient en définitive un rapport supérieur à 1 pour le rayonnement solaire, une valeur inférieure à 1 mais supérieure à 0,1 pour une flamme et une valeur inférieure à 0,1 pour la paroi du moteur Ainsi, en établissant le rapport entre les intensités de rayonnement à différentes longueurs d'ondes et en déterminant si ce rapport est supérieur ou inférieur à 1, et supérieur ou inférieur à 0,1, il est possible de déterminer si le rayonnement provient d'une flamme, du soleil ou de la paroi du moteur. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier De plus, elle n'est pas limitée à des applications dans les moteurs et elle peut être utilisée avantageusement dans d'autres applications, spécialement là o une sonde de flamme est susceptible de recevoir la lumière du soleil, par exemple dans des torchères. Revendications 1 Procédé de détection d'une flamme, caractérisé en ce que l'on compare l'intensité de rayonnement à une première longueur d'onde et l'intensité de rayonnement à une longueur d'onde plus grande, et en ce que l'on délivre une indication de présence d'une flamme quand le rapport entre les intensités à la première longueur d'onde et à la longueur d'onde plus grande est supérieur à une première valeur et inférieur à une seconde valeur, plus élevée que la première. 2 Procédé de détection d'une flamme, caractérisé en ce que l'on compare l'intensité de rayonnement à une première longueur d'onde et l'intensité de rayonnement à une longueur d'onde plus grande, et en ce que l'on délivre une indication d'absence d'une flamme quand le rapport entre les intensités à la première longueur d'onde et à la longueur d'onde plus grande est inférieur à une première valeur ou supérieur à une seconde valeur, plus élevée que la première. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on délivre un signal de sortie à une unité d'allumage ( 13) en réponse à l'indication d'absence d'une flamme. 4 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite première longueur d'onde est comprise sensiblement entre 470 nm et 530 nm. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite longueur d'onde plus grande est sensiblement égale à 670 nm. 6 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite première valeur est sensiblement égale à 0,1. 7 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde valeur est sensiblement égale à 1,0. 8 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite indication est délivrée sur un dispositif d'affichage ( 12).