Brevet FR3010520A1 — publié le 20150313

La présente invention concerne un dispositif pour la mesure de la concentration d'un mélange de gaz. Pour la mesure de la concentration des gaz dans l'environnement, on utilise des dispositifs de mesure. Une typologie de dispositif communément utilisée pour la mesure des gaz, est un système laser. Ces dispositifs sont surtout utilisés pour mesurer les gaz en proximité des réseaux de tuyaux pour détecter d'éventuelles fuites. La spectrographie est utilisée lors de la détection de petites fuites de gaz dans l'environnement. Cette technique consiste à émettre une onde électromagnétique à une fréquence prédéfinie qui est absorbée par le gaz, que le système est apte à détecter. Cette onde passe à tra- is vers du mélange de gaz. La quantité d'énergie absorbée définit la concentration de gaz présent dans le mélange. Ce système est surtout utilisé pour mesurer le méthane dans l'environnement. Pour augmenter la sensibilité du système, il faut 20 augmenter le chemin optique de l'onde électromagnétique. L'onde électromagnétique, qui normalement est un rayon laser, est émise par une diode laser. Cela est effectué en faisant réfléchir le rayon laser par des miroirs placés sur les côtés de l'espace 25 d'analyse. De cette façon, le chemin optique du rayon est augmenté. Ces cellules sont communément appelées cellules Herriott. Il y a des améliorations continues pour augmenter la sensibilité du système de mesure, pour augmenter sa 30 capacité et réduire les coûts de réalisation. Il est connu du document EP 1 647 820 un dispositif de mesure d'un gaz choisi dans un échantillon de gaz qui comprend une cellule à axe central, un corps creux annulaire entourant ce corps et deux miroirs annulaires placés aux deux extrémités de la cellule. En portant la structure porteuse dans l'espace d'analyse et la surface de réflexion vers l'extérieur du diamètre du dispositif, on a essayé de réduire les dimensions de la cellule. La présente invention vise à réaliser un dispositif de mesure des gaz perfectionné ayant de petites dimen- sions et des capacités de détection augmentées. Le but est atteint par un dispositif de mesure d'un gaz prédéterminé comprenant une cellule ayant une enveloppe qui contient un premier espace d'analyse de gaz, un dispositif d'émission d'une onde électromagnétique, un premier miroir placé sur une extrémité du premier espace d'analyse et un deuxième miroir placé sur l'extrémité opposée par rapport au premier miroir du premier espace d'analyse, un premier capteur de détection placé sur une extrémité de l'espace d'analyse et un deuxième capteur de détection pour le centrage de l'onde électromagnétique par rapport au spectre de fréquence du gaz de référence, et une cellule de référence et que les au moins deux capteurs de détection sont connectés à au moins une électronique de contrôle et d'acquisition, et que le dispositif d'émission d'une onde électromagnétique selon la présente invention est connecté à un générateur de fréquence pour moduler une fréquence définie dans l'onde électromagnétique et en ce qu'au moins entre au moins un capteur de détection et l'électronique de contrôle et d'acquisition est interposé un dispositif pour mesurer l'intensité de l'onde électromagnétique à une fréquence prédéterminée, et le dispositif comprenant au moins un deuxième espace d'analyse interposé entre une onde électromagnétique émise par ledit dispositif d'émission d'une onde électromagnétique et la cellule de référence et au moins deux mesures étant effectuées simultanément. Dans cette conformation, le chemin de l'onde électromagnétique peut être réduit. La résolution du dispositif selon l'invention augmente la résolution par rapport au chemin optique et deux mesures peuvent être effectuées simultanément. Toutefois en une forme de réalisation préférée on doit introduire au moins un amplificateur de signal. De cette façon, les variations aussi les plus petites peuvent être mesurées. En réduisant le chemin optique du laser et en main- tenant la résolution de mesure, le volume du gaz à intro- duire peut être réduit. De cette façon, l'utilisation par exemple de la pompe qui échantillonne le gaz dans l'espace d'analyse peut être réduite. De plus, en ayant un volume réduit, la mesure est effectuée dans un délai plus court. Avec le système selon la présente invention, en une forme de réalisation préférée, le nombre des capteurs de détection qui sont par exemple des photodiodes peut être réduit. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront de façon non limitative par la description suivante d'un exemple préféré de forme de réalisation au moyen des revendications indépendantes et des dessins qui illustrent: Figure 1 : une section d'un dispositif selon l'invention, - Figure 2 : une représentation schématique du dispositif selon l'invention. Le dispositif de mesure 1 d'un gaz prédéterminé comprend une cellule 10. Cette cellule 10 tubulaire présente une enveloppe 11 qui contient un premier espace 12 d'analyse de gaz. Au moins un dispositif d'émission d'une onde électromagnétique 3 est placé en correspondance d'une extrémité de la cellule tubulaire 10 dehors de l'espace d'analyse 12. Ce dispositif 3, dans une forme de réalisa- tion préférée est un laser 3. Ce dispositif d'émission d'une onde électromagnétique 3 est alimenté au moyen d'un générateur 9. Dans une forme de réalisation préférée, on utilise un dispositif de stabilisation de température pour garantir un fonctionnement optimal soit du disposi- tif d'émission d'une onde électromagnétique 3, soit des autres composants électriques et mécaniques, mais également pour garantir des conditions de mesure en paramètres prédéfinis. Un premier miroir 4, appelé miroir d'entrée, est interposé entre le dispositif d'émission d'une onde électromagnétique 3 et le premier espace d'analyse 12 sur une extrémité du premier espace d'analyse 12. Ce miroir d'entrée 4 laisse passer l'onde électromagnétique d'entrée et la réfléchit sur l'espace d'analyse. Dans une forme de réalisation préférée est présente une ouverture pour le passage de l'onde électromagnétique. Un deuxième miroir 5 est placé sur une extrémité opposée du premier espace d'analyse 12 par rapport au premier miroir 4. Ce deuxième miroir, appelé miroir de sortie 5, laisse sortir l'onde électromagnétique dans l'espace d'analyse après que celle-ci a parcouru une distance suffisante. Dans une forme de réalisation préférée est présente une ouverture pour le passage de l'onde électroma- gnétique. Derrière ce deuxième miroir de sortie, il y a un capteur de détection 6, notamment une diode de détection. Au moment où le miroir de sortie 5 est commandé à faire passer l'onde électromagnétique, cette diode 6 dé- tecte l'intensité de l'onde électromagnétique. Dans une forme de réalisation préférée, cette détection peut arriver simultanément pour détecter la concentration moyenne de gaz sur le capteur de détection lui-même. Ceci a lieu au moyen des connexions du capteur de détection 6 et l'électronique de contrôle et d'acquisition 42. La détection de l'énergie de l'onde a lieu lors d'une première connexion. Pour la deuxième détection pendant la génération de l'onde électromagnétique, une fréquence est introduite sur l'onde au moyen d'un générateur de radiofréquences 43. Le capteur 6 est connecté à un dispositif 41 pour mesurer l'intensité d'une fréquence dans l'onde. Ce dispositif pour mesurer l'intensité d'une fréquence dans l'onde 41 mesure l'intensité de la fréquence dans l'onde électromagnétique et passe les résultats à l'électronique de contrôle et acquisition 42. Le dispositif 41 pour mesurer l'intensité d'une fréquence dans l'onde est connecté aussi au générateur de fréquence radio 43. Cette diode de détection 6 est connectée à un dis- positif 41 pour mesurer l'intensité d'une fréquence dans l'onde et l'électronique de contrôle et d'acquisition. Dans une forme de réalisation préférée, dans les deux cas, un amplificateur 40 est interposé entre la diode de détection 6 et le dispositif pour mesurer l'intensité d'une fréquence dans l'onde 41 et avec l'électronique de contrôle et acquisition 42. Un deuxième capteur de détection 14 pour le centrage de l'onde électromagnétique est placé sur une cellule de référence 15. Aussi ce capteur 14 dans une forme de réalisation préférée est une diode de détection. Cette diode de détection 14 est connectée au dispositif 41 pour mesurer l'intensité d'une fréquence dans l'onde 41 et l'électronique de contrôle et acquisition 42. Dans une forme de réalisation préférée un diviseur de rayon 8 est interposé, entre le miroir d'entrée 4 et le dispositif d'émission d'une onde électromagnétique. Cet élément divise l'onde électromagnétique émise par le dispositif d'émission lumière 3. De cette façon, on nécessite d'un seul dispositif d'émission de rayon lumière 3, que dans une forme de réalisation préférée est une diode laser. L'onde électromagnétique émise par le dispositif d'émission lumière 3 passe à travers un deuxième espace d'analyse 20 selon l'invention. Cet espace d'analyse 20 est placé de façon que le rayon passe par le capteur de détection 14 sur la cellule de référence pour détecter le rayon. De cette façon le capteur de détection, qu'en une forme de réalisation préférée est une diode de détection peut mesurer soit la valeur du gaz de référence et effec- tuer les mesures pour les hautes quantités de gaz. De plus, cette diode peut centrer le rayon laser. Dans une première forme de réalisation le deuxième espace d'analyse 20 est placé à 90° par rapport au premier espace d'analyse 12. Dans une forme de réalisation, le deuxième espace d'analyse 20 et le premier espace d'analyse 12 sont communicants entre eux. De cette façon l'échantillon de gaz à analyser entre forcément, par exemple au moyen d'une pompe ou similaire, à travers une première ouverture 30 dans le deuxième espace d'analyse 20 et passe après dans le premier espace d'analyse 12. Après avoir effectué l'analyse, la totalité de l'échantillon à analyser peut être expulsé à travers d'une unique sortie. En cette conformation, il est pos- sible de réduire le nombre des diodes de détection à ni- veau minimal. De plus, on peut réduire la distance que l'onde électromagnétique doit parcourir. Dans une forme de réalisation préférée les mesures qui sont effectuées sur la diode de détection placée en 20 correspondance d'une extrémité du premier espace d'analyse sont deux. Liste des numéros de référence 1 dispositif de mesure 3 dispositif d'émission d'une onde 25 électromagnétique 4 miroir d'entrée 5 miroir de sortie 6 diode de détection 8 diviseur du rayon 30 7 dispositif de réglage de la température 9 générateur de courant 10 enveloppe 11 cellule 12 espace d'analyse 14 diode de détection/centrage 15 cellule de référence 20 deuxième espace d'analyse 30 entrée gaz à analyser 31 sortie gaz à analyser 40 amplificateur 41 dispositif pour mesurer l'intensité d'une fréquence dans l'onde 42 électronique de contrôle et acquisition 43 générateur de radiofréquences15 REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure d'un gaz prédéterminé comprenant, une cellule (11) avec une enveloppe (10) qui renferme un premier espace d'analyse de gaz (12), un dispositif d'émission d'une onde électromagnétique (3), un premier miroir (4) placé en correspondance d'une extrémité du premier espace d'analyse (12) et un deuxième miroir (5) placé sur l'extrémité opposée par rapport au premier miroir (4) du premier espace d'analyse (12), un premier capteur de détection (6) placé sur une extrémité du premier espace d'analyse et un deuxième capteur de détection (14) pour le centrage de l'onde électromagnétique par rapport au spectre de la fréquence du gaz de référence, et une cellule de référence et en ce qu'au moins deux capteurs de détection sont connectés à au moins une électronique de contrôle et d'acquisition (42), caractérisé en ce qu'au dispositif d'émission d'une onde électromagnétique (3) est connecté un générateur de fréquence (42) pour moduler une fréquence définie dans l'onde électromagnétique et qu'au moins entre au moins un capteur de détection (6,14) et l'électronique de contrôle et d'acquisition (42) est interposé un dispositif (41) pour mesurer l'intensité de l'onde électromagnétique à une fréquence prédéterminée,et le dispositif comprenant au moins un deuxième espace d'analyse (20) interposé entre une onde électromagnétique émise par ledit dispositif d'émission (3) d'une onde électromagnétique et la cellule de référence (15) et au moins deux mesures étant effectuées simultanément. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième espace d'analyse (20) est placé substantiellement à 90° par rapport au premier espace d'analyse (12). 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'entre le dispositif d'émission de l'onde électromagnétique (3) et le premier espace d'analyse (12) est interposé un diviseur de rayon (8). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier (12) et le deuxième espace d'analyse (20) sont communiquant entre eux. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que entre les diodes de détection (6,14) et un dispositif (41) pour mesurer l'intensité d'une fréquence dans l'onde électromagnétique (41) et/ou électronique de contrôle et d'acquisition (42) est interposé un amplificateur (40).