Brevet FR2666163A1 — publié le 19920228

DISPOSITIF OPTO-ELECTRONIQUE DE DETECTION DE FUMEES OU DE GAZ EN SUSPENSION DANS L'AIR. L'invention concerne un dispositif optoélectronique de détection de fumées ou de gaz en suspens ion dans l'air, comprenant un système optique passif installé en un point souhaité de détection et relié par fibre optique à une source lumineuse et à un système électronique de génération et de traitement de signaux électriques. I1 est déjà connu de détecter des fumées au moyen dlun système opto-électronique à mesure de diffusion ou d'absorption de la lumière par les fumées en suspension dans l'air. Il est également connu d'utiliser des fibres optiques dans ces dispositifs, pour relier la partie optique du dispositif à la partie électronique, qui peut être située à une certaine distance de la partie optique, par exemple lorsque la détection des fumées doit être faite dans un environnement dangereux (explosif, corrosif ou radiatif). L'invention a notamment pour but d'apporter des perfectionnements importants à ces dispositifs connus. Elle a pour objet un dispositif de détection de fumées ou d'un gaz en suspension dans l'air, du type précité, qui permette, d'une part, de valider les alarmes, et d'autre part, de contrôler en permanence et de façon automatique le bon état du dispositif de détection. L'invention a encore pour objet un dispositif de détection de ce type, qui permette d'éliminer les fausses alarmes dues par exemple à la présence de vapeur d'eau dans l'air. Elle propose, pour cela, un dispositif optoélectronique de détection de fumées ou de gaz en suspens ion dans l'air, comprenant un système optique passif installé en un point souhaité de détection et relié par fibre optique à une source lumineuse et à un système électronique de génération et de traitement de signaux électriques, caractérisé en ce que le système électronique est relié au système optique par deux fibres optiques dont les extrémités sont voisines du côté du système optique, et en ce que le dispositif comprend également des moyens pour transmettre des impulsions lumineuses au système optique alternativement par l'une et par l'autre des deux fibres optiques, et des moyens de mesure des intensités des signaux lumineux retransmis en sens inverse par les deux fibres optiques et dus à des réflexions, des diffusions ou des rétro-diffusions desdites impulsions lumineuses. Les intensités de ces signaux varient en effet en fonction de la concentration de fumées dans la zone de détection. Les deux fibres optiques constituent deux voies de détection et de mesure qui fonctionnent en alternance, de sorte que toute mesure fournie par une voie peut être validée par la mesure suivante sur l'autre voie. La comparaison des mesures sur ces deux voies permet en outre de vérifier l'état du dispositif et de détecter toute anomalie d'une voie de détection et de mesure. De préférence, et pour simplifier les comparaisons des mesures, les deux fibres optiques sont parallèles et ont la même longueur. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comprend deux sources lumineuses qui sont associées chacune à une fibre optique et qui fonctionnent en alternance. Avantageusement, les longueurs d'onde des impulsions lumineuses émises par ces deux sources sont différentes, ce qui permet par exemple de détecter la présence d'un gaz donné en suspension dans l'air dans la zone de détection, lorsqu'une des longueurs d'onde est absorbée par ce gaz, et que l'autre ne l'est pas. On peut ainsi, d'une part détecter la présence de ce gaz, d'autre part éviter le déclenchement de fausses alarmes d'incendie dues à la présence de ce gaz. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système optique comprend une lentille de collimation, qui est reliée aux extrémités voisines des fibres optiques, et un rétro-réflecteur, tel par exemple qu'un coin de cube ou un composant catadioptrique plan ou semi-sphérique. Dans ce cas, le dispositif fonctionne en réflexion, les impulsions lumineuses transmises au système optique par une des fibres optiques étant automatiquement réinjectées dans cette fibre optique par le rétro réflecteur, tandis que la présence de fumées dans la zone de détection se traduit par une diffusion de la lumière et une réinjection moins importante dans la fibre optique considérée, avec une réinjection faible dans l'autre fibre. Selon une autre forme de réalisation, le système optique comprend deux lentilles de collimation, dont chacune est à l'extrémité d'une fibre optique, et une lentille focalisant en un même point de l'axe optique les faisceaux lumineux provenant des deux fibres. Dans ce cas, la détection des fumées a lieu par rétro-diffusion. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un détecteur selon l'invention ; la figure 2 est un diagramme représentant l'allure des différents signaux émis et reçus par ce dispositif de détection la figure 3 représente schématiquement une autre forme de réalisation du détecteur selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1, qui représente un mode de réalisation d'un dispositif de détection selon l'invention. Ce dispositif comprend essentiellement un système optique passif désigné généralement par la référence 10, qui est installé dans une zone de détection prédéterminée, un système électronique 12 qui est installé à distance plus ou moins importante du système optique, et deux fibres optiques 14 reliant le système optique 10 et le système électronique 12. Ces deux fibres optiques sont parallèles et voisines, et ont sensiblement la même longueur. A leur extrémité située du côté du système optique 10, elles sont associées à une lentille de collimation 16 suivie d'un rétro-réflecteur 18, tel qu'un coin de cube, une lentille semi-sphérique à face arrière métallisée, un composant catadioptrique plan (tel que celui commercialisé par la société 3M) ou tout autre moyen équivalent ayant la propriété de réfléchir la lumière dans la direction d'incidence. De cette façon, le faisceau lumineux 20, 22 émis par l'une ou par l'autre des fibres optiques 14, est réinjecté, après réflexion par le coin de cube 18, dans la fibre optique d'où il provient. A leur extrémité située du côté du système électronique 12, les fibres optiques 14 sont associées chacune à une source lumineuse 24 et à un photodétecteur ou photorécepteur 26 tel par exemple qu'une photodiode. Le système électronique 12 comprend par ailleurs des circuits 28 de mesure des intensités lumineuses reçues par les photodiodes 26, de comparaison de ces mesures entre elles et à des valeurs prédéterminées, et des moyens de commande du fonctionnement en alternance des sources lumineuses 24. Le fonctionnement de ce dispositif va être maintenant expliqué en référence à la figure 2. Les sources lumineuses 24 sont commandées en alternance pour émettre des impulsions lumineuses I1 et I2, de durée prédéterminée, dans la fibre optique 14 à laquelle elles sont associées. Chaque impulsion lumineuse I1 ou I2 est transmise par la fibre optique 14 au système optique 10, réfléchie par le coin de cube 18 et, en l'absence de fumée ou d'un gaz particulier dans la zone de détection comprise entre la lentille 16 et le coin de cube 18, réinjectée dans la fibre optique d'où elle est sortie. Cette fibre optique la transmet jusqu'à la photodiode associée 28, dont le signal de sortie S1 ou S2 est transmis aux circuits de mesure et de comparaison 28. En l'absence de fumée ou d'un gaz particulier susceptible d'absorber plus ou moins lesdites impulsions lumineuses, l'intensité de chaque signal S1 ou S2 est égale à une valeur prédéterminée s. La présence de fumées dans la zone de détection se traduit par la diffusion de la lumière, aussi bien à son trajet aller entre la lentille 16 et le coin de cube 18, qu'à son trajet retour entre le coin de cube et la lentille. Cette diffusion se traduit par une réinjection d'une partie importante de la lumière dans la fibre optique d'où elle est sortie, mais également par la réinjection d'une faible partie de cette lumière dans l'autre fibre. On obtient ainsi, lorsqu'une impulsion lumineuse I1 a été émise par une fibre 14, un signal d'intensité s' sur la photodiode 26 associée à cette fibre, et un signal d'intensité s" sur la photodiode 26 associée à l'autre fibre (avec s' et s" inférieurs à s). Le rôle des deux fibres étant parfaitement symétrique, on obtient des signaux correspondants lors de l'émission de l'impulsion lumineuse suivante I2 par l'autre source de lumière 24. La comparaison des signaux S1 et 52 permet de valider les détections de fumées, chaque signal s' sur une voie de détection et de mesure devant être associé à un signal s" simultané sur l'autre voie de détection et de mesure. La détection et la mesure des signaux S1 et S2 permettent également de prendre en compte les dérives du système électronique ou des sources de lumière, et de les compenser. En outre, l'état et le bon fonctionnement du dispositif sont surveillés en permanence. La coupure d'une fibre optique ou la panne d'une source de lumière 24 ou d'une photodiode 26 se traduit par l'obtention d'un signal S1 ou 52 ayant une intensité inférieure ou égale à 4% environ de sa valeur nominale, sur la voie de détection et de mesure comportant le composant en panne. La zone de détection comprise entre la lentille 16 et le rétro-réflecteur 18 peut avoir une longueur de plusieurs centimètres, ce qui correspond à un volume d'interaction lumière-fumées relativement important. Par contre, l'intensité des signaux s" correspondant à la réinjection de la lumière diffusée par les fumées est relativement faible, en raison du défaut d'adaptation de l'étendue géométrique du volume de détection d'une part et des dimensions des fibres optiques d'autre part. La forme de réalisation représentée en figure 3 permet une meilleure adaptation de ces dimensions, mais amène à détecter la présence de fumées par rétrodiffusion de la lumière. Le dispositif représenté diffère de celui de la figure 1 par son système optique, qui comprend, à l'extrémité de chaque fibre optique 14, une lentille de collimation 30, suivie d'une lentille commune 32 de focalisation des faisceaux lumineux en un même point 34 de l'axe optique du système. En l'absence de fumées dans la zone de détection (ici comprise entre la lentille 32 et le point 34), le signal réinjecté dans une fibre optique 14 est dû uniquement à la réflexion sur l'extrémité de cette fibre optique 14 et représente à peu près 4% de l'amplitude s du signal S1 ou S2 obtenu dans le dispositif de la figure 1 (toutes autres choses étant égales par ailleurs). La présence de fumées dans la zone de détection se traduit par une réinjection supplémentaire de lumière, simultanément dans chacune des voies de détection et de mesure. Les deux sources lumineuses 24 peuvent être de même type et émettre sensiblement les mêmes longueurs d'onde. On peut utiliser toutefois des sources lumineuses 24 de types différents, par exemple lorsqu'on veut détecter la présence de vapeur d'eau dans la zone de détection. Une forte humidité est en effet susceptible de provoquer de fausses alarmes d'incendie, dans la mesure où l'atténuation d'un faisceau lumineux par absorption par la vapeur d'eau peut être confondue avec une atténuation due à la présence de fumées. On peut alors utiliser une source lumineuse émettant un rayonnement fortement absorbé par la vapeur d'eau (par exemple sur une longueur d'onde de 1,33 Zm) et une autre source lumineuse émettant un rayonnement sur une longueur d'onde peu absorbée par la vapeur d'eau (par exemple une longueur d'onde de 0,85 Clam). En présence de fumées, les signaux produits par les deux voies de détection et de mesure seront du même type, tandis qu'en présence de vapeur d'eau, on constatera une différence sensible entre eux. REVEND ICAT IONS 1. Dispositif opto-électronique de détection de fumées ou de gaz en suspension dans l'air, comprenant un système optique passif (10) installé en un point souhaité de détection et relié par fibre optique à une source lumineuse (24) et à un système électronique (12) de génération et de traitement de signaux électriques, caractérisé en ce que le système électronique (12) est relié au système optique (10) par deux fibres optiques (14) dont les extrémités sont voisines du côté du système optique, et en ce que le dispositif comprend également des moyens (24, 28) pour transmettre des impulsions lumineuses au système optique (10) alternativement par l'une et par l'autre des deux fibres optiques (14), et des moyens (26, 28) de mesure des intensités des signaux lumineux retransmis en sens inverse par les deux fibres optiques et dus à des réflexions, des diffusions ou des rétrodiffusions desdites impulsions lumineuses. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système électronique (12) comprend des moyens (28) de comparaison, entre elles et à des valeurs prédéterminées, des intensités mesurées des signaux lumineux retransmis par les deux fibres optiques (14). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux fibres optiques (14) sont parallèles et de même longueur. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent deux photodétecteurs (26) montés aux extrémités des deux fibres optiques situées du côté du système électronique. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux sources lumineuses associées chacune à une fibre optique et fonctionnant en alternance. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les longueurs d'onde des impulsions lumineuses émises par les deux sources sont différentes. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les longueurs d'onde sont déterminées pour que l'une soit absorbée par un gaz à détecter, et l'autre non. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système optique (10) comprend une lentille de collimation (16), associée aux extrémités voisines des fibres optiques (14), et un rétro réflecteur (18), tel par exemple qu'un coin de cube ou un composant catadioptrique plan ou semi-sphérique. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système optique comprend deux lentilles de collimation (30), dont chacune est associée à l'extrémité d'une fibre optique (14), et une lentille (32) focalisant en un même point (34) de l'axe optique les faisceaux lumineux provenant des deux fibres.