Brevet FR3061769A1 — publié le 20180713

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les modules de détection infrarouge du type comportant une cellule refroidie à l'aide d'un refroidisseur. L'invention se rapporte plus particulièrement au pilotage thermique d'un tel module de détection infrarouge. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Un module de détection infrarouge comprend classiquement une cellule de mesure infrarouge refroidie par un refroidisseur mettant la cellule à des températures cryogéniques, généralement à l'aide de la détente d'un fluide sous pression à proximité de la cellule (refroidisseur comme par exemple un refroidisseur de type Joule Thomson). La mise en froid de la cellule infrarouge se fait par un approvisionnement continu du refroidisseur en gaz haute pression. Ce type de refroidissement s'est montré plutôt efficace mais requiert de disposer d'un volume important de gaz haute pression pour permettre une bonne autonomie du module de détection, rendant le module de détection pesant et encombrant. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour but d'améliorer l'autonomie d'un module de détection infrarouge refroidi par refroidisseur de type Joule Thomson. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit un module de détection infrarouge refroidi par un refroidisseur de type Joule Thomson comprenant un port de liaison à un conteneur de gaz sous pression, le port de liaison étant pourvu d'une vanne de sortie, une unité de pilotage comprenant des moyens de commande de l'ouverture et de la fermeture de la vanne de sortie, un refroidisseur de type Joule-Thomson pour 3061769 2 refroidir une cellule de mesure infrarouge, et des moyens de mesure de la température de la cellule de mesure infrarouge. Selon l'invention, l'unité de pilotage comprend des moyens de moduler une largeur d'impulsion d'un signal 5 de commande d'ouverture et/ou de fermeture de la vanne de sortie. On obtient ainsi une régulation qui consomme moins de fluide car le débit est haché au lieu d'être continu. Les inventeurs ont constaté un allongement important (de l'ordre de 1000%) de l'autonomie d'un module de détection 10 infrarouge selon l'invention pour une même quantité de fluide à détendre disponible. Avantageusement, l'unité de pilotage comprend également un régulateur PID fonctionnellement relié aux moyens de mesure de la température de la cellule de mesure 15 infrarouge et aux moyens de moduler la largeur d'impulsion d'un signal de commande d'ouverture et/ou de fermeture de la vanne de sortie. Ceci permet d'améliorer la stabilité de la température de la cellule infrarouge tout en conservant une bonne autonomie. 20 Avantageusement encore, les moyens de mesure de la température comprennent un transistor de type 2N2222. Ce transistor présente des caractéristiques en termes de robustesse, de fiabilité et de coût qui permettent d'exploiter le module de détection de l'invention pour de 25 nombreuses applications. Selon un mode de réalisation préféré, le module de détection infrarouge comprend une enveloppe cylindrique s'étendant autour d'un axe central, et le refroidisseur comprend un tube capillaire s'étendant en hélice autour 30 d'un mandrin positionné centralement dans l'enveloppe cylindrique, le tube capillaire ayant une première extrémité reliée à la vanne de sortie du port de liaison à un conteneur de gaz sous pression et une deuxième extrémité pourvue d'une buse d'éjection débouchant dans une chambre 35 de détente. Le module de détection comprend également une chambre de retour de gaz détendu depuis la chambre de 3061769 détente jusqu'à à un port de collecte de gaz détendu et une cellule de mesure infrarouge située à proximité de, préférentiellement dans, la chambre de détente. Cette configuration assure une bonne compacité du module de 5 détection. Les performances du refroidisseur sont encore améliorées lorsque la face extérieure du tube capillaire est pourvue d'au moins une ailette d'échange thermique. Idéalement, ladite au moins Une ailette d'échange thermique 10 s'étend hélicoïdalement sur la face extérieure du tube capillaire. La présence d'une entretoise interposée entre deux hélices successives du tube capillaire dé manière à empêcher qu'elles entrent en contact l'une avec l'autre permet de faciliter la fabrication du module de détection. 15 Lorsque ladite au moins une entretoise est un fil de polyamide s'étendant hélicoïdalement autour du mandrin, la fabrication est relativement simple et l'augmentation de poids liée à l'ajout d'une entretoise est limitée. Les coûts de fabrication sont encore réduits. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. 25 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels ; la figure 1 est une vue schématique d'ensemble du module de détection infrarouge selon un mode 30 de réalisation particulier de l'invention; la figure 2 est une vue sChématique partiellement écorchée du module de détection infrarouge de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 35 En référence aux figures 1 et 2, le module de détection infrarouge selon l'invention, généralement 3061769 4 désigné 100, comprend un port de liaison 1 à un conteneur 2 d'Argon sous pression, et une électrovanne 3 NF (Normalement Fermée) de sortie montée en aval du port de liaison 1 et commandant l'introduction d'Argon dans le port 5 d'entrée 10 de la première extrémité 11 d'un refroidisseur 12 de type Joule-Thomson. Le port de liaison 1 comprend un filetage gaz. Le refroidisseur 12 comprend une enveloppe 13 cylindrique s'étendant autour d'un axe central Oy et qui définit, en la deuxième extrémité 14 du refroidisseur 12 10 opposée à la première extrémité 11, une chambre de détente 15 qui refroidit une cellule infrarouge 30. La chambre de détente 15 renferme également un capteur de température 40 qui comprend un transistor 2N2222 41 et qui mesure la température de la cellule infrarouge 30. Une unité de 15 pilotage 50 renfermant un régulateur PID 52 comprend également un processeur 53. L'unité de pilotage 50 est reliée d'une part à l'électrovanne 3 et d'autre part au capteur de température 40. L'unité de pilotage 50 est agencée de manière à commander l'ouverture et la fermeture 20 de l'électrovanne 3 par modulation de largeur d'impulsion. La cellule infrarouge 30 est reliée à une unité de traitement non représentée. En référence à la figure 2, le refroidisseur 12 comprend un tube capillaire 16 dont la première extrémité 25 16.1 est reliée au port d'entrée 10. Le tube capillaire 16 s'étend en hélice autour d'un mandrin 17 positionné centralement dans l'enveloppe cylindrique 13 et possède une deuxième extrémité 16.2 pourvue d'une buse d'éjection 18 débouchant dans la chambre de détente 15 refroidissant la 30 cellule infrarouge 30. Une ailette d'échange thermique 19 s'étend hélicoïdalement sur la face extérieure 16.3 du tube capillaire 16. Un premier fil 20 et un deuxième fil 21 en polyamide s'étendent hélicoïdalement autour du mandrin 17. Le premier fil 20 décrit une hélice de diamètre légèrement 35 supérieur à celui du mandrin 17, le deuxième fil 21 décrit une hélice de diamètre légèrement inférieur à celui de 3061769 5 l'enveloppe cylindrique 13. Les premiers fil 21 et deuxième fil 22 réalisent donc des entretoises espaçant deux hélices successives du tube capillaire 16 de manière à empêcher qu'elles entrent en contact l'une avec l'autre. Le 5 refroidisseur 12 comprend également une chambre 22 de retour de gaz détendu depuis la chambre de détente 15 jusqu'à un port de collecte 23 de gaz détendu. La chambre 22 est définie par le volume cylindrique délimité par la face intérieure 13.1 de l'enveloppe cylindrique 13 et la 10 face extérieure 17.1 du mandrin 17. En fonctionnement, l'unité de pilotage 50 commande l'ouverture de l'électrovanne 3 de manière à provoquer l'admission dans la chambre de détente 15 d'Argon en provenance du conteneur 2. La détente de l'Argon dans la 15 chambre de détente abaisse la température T15 régnant dans la chambre de détente 15 et donc la température T30 de la cellule infrarouge 30. La température T15 est mesurée par le capteur de température 40 et transmise à l'unité de commande 50. Le régulateur PID 52 analyse les variations de 20 la température T15 et l'unité de commande 50 commande la fermeture (et l'ouverture) de l'électrovanne 3 en fonction de cette analyse. L'Argon détendu dans la chambre de détente 15 remonte dans la chambre 22 de retour de gaz jusqu'au part de collecte 23. L'unité 50 commande 25 l'électrovanne 3 en tout ou rien, envoyant ainsi des impulsions de signal de commande d'ouverture de largeur variable afin de maintenir une température Tmcons de consigne dans la chambre de détente 15. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux 30 modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, - bien qu'ici le port de liaison au conteneur à gaz 35 soit à filetage gaz, l'invention s'applique également à d'autres types de port de liaison à un conteneur de gaz 3061769 6 comme par exemple un raccord à emboitement, à clip, un raccord rapide ou à baïonnette ; - -bien qu'ici le capteur de température comprenne un transistor 2N2222, l'invention s'applique également à 5 d'autres moyens de mesure de la température de la cellule infrarouge comme par exemple un thermocouple ou des transistors de type différents tels que des transistors de type BC148, B0147 ou 2N3904 par exemple ; - bien qu'ici le gaz à détendre soit de l'Argon, 10 l'invention s'applique également à d'autres types de gaz sous pression comme par exemple de l'azote ou du fréon ; - bien qu'ici la vanne de sortie soit une vanne normalement fermée, l'invention s'applique également à d'autres types de vannes comme par exemple une vanne NO 15 (normalement ouverte) ou à maintien en dernière position ; - bien qu'ici la vanne de sortie soit une électrovanne, l'invention s'applique également à d'autres types de vannes comme par exemple une vanne pilotée hydrauliquement ou pneumatiquement ; 20 - bien qu'ici l'unité de pilotage comprenne un processeur, l'invention s'applique également à d'autre moyens de moduler une largeur d'impulsion d'un signal de commande d'ouverture et/ou de fermeture de la vanne de sortie comme par exemple un microcontrôleur, un FPGA ou 25 autre ; - bien qu'ici le tube capillaire comprenne une ailette d'échange thermique s'étendant hélicoïdalement autour du capillaire, l'invention s'applique également à un tube capillaire comprenant plus d'une ailette d'échange 30 thermique, la ou les ailettes pouvant s'étendre sur le tube de plusieurs manières différentes : longitudinalement, radialement ou de manière quelconque ; - bien qu'ici deux entretoises soient interposées entre deux hélices successives du tube capillaire de 35 manière à empêcher qu'elles entrent en contact, l'invention s'applique également à un nombre différent d'entretoises 3061769 7 comme par exemple une entretoise ou plus de deux ; - bien qu'ici l'entretoise soit un fil de polyamide, l'invention s'applique également à d'autres types d'entretoises comme par exemple un fil de polyester, 5 des disques de liège ou des intercalaires de mousse. REVENDICATIONS1. Module de détection infrarouge (100) refroidi par refroidisseur (12) de type Joule Thomson comprenant : - un port de liaison (1) à un conteneur de gaz sous pression (2), le port de liaison (1) étant pourvu d'une vanne de sortie (3); - une unité de pilotage (50) comprenant des moyens de commande (53) de l'ouverture et de la fermeture de la vanne de sortie (3) ; - un refroidisseur (12) de type Joule-Thomson pour refroidir une cellule de mesure infrarouge (30) ; - des moyens de mesure de la température (40) de la cellule de mesure infrarouge 30) ; - l'unité de pilotage (50) comprenant des moyens de moduler une largeur d'impulsion d'un signal de commande d'ouverture et/ou de fermeture (53) de la vanne de sortie (3). 2. Module de détection infrarouge (100) selon la revendication 1, dans lequel l'unité de pilotage (50) comprend également un régulateur PID (52) fonctionnellement relié aux moyens de mesure de la température (40) de la cellule de mesure infrarouge (30) et aux moyens de moduler la largeur d'impulsion d'un signal de commande d'ouverture et/ou de fermeture (53) de la vanne de sortie (3). 3. Module de détection infrarouge (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les 30 moyens de mesure de la température comprennent un transistor de type 2N2222. 4. Module de détection infrarouge (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une 35 enveloppe cylindrique (13) s'étendant autour d'un axe central (0y), 3061769 9 - le refroidisseur comprenant un tube capillaire (16) s'étendant en hélice autour d'un mandrin (17) positionné centralement dans l'enveloppe cylindrique (13), le tube capillaire (16) ayant une première extrémité (16.1) 5 reliée à la vanne de sortie (3) du port de liaison (1) à un conteneur de gaz sous pression (2) et une deuxième extrémité (16.2) pourvue d'une buse d'éjection (18) débouchant dans une chambre de détente (15), le module de détection comprenant également une 10 chambre de retour (22) de gaz détendu depuis la chambre de détente (15) jusqu'à un port de collecte (23) de gaz détendu et une cellule de mesure infrarouge (30) située dans la chambre de détente (15). 15 5. Module de détection infrarouge (100) selon la revendication 4, dans lequel la face extérieure du tube capillaire (16) est pourvue d'au moins une ailette d'échange thermique (19). 20 6. Module de détection infrarouge (100) selon la revendication 5, dans lequel ladite au moins une ailette d'échange thermique (19) s'étend hélicoïdalement sur la face extérieure (16.3) du tube capillaire (16). 25 7. Module de détection infrarouge (100) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant au moins une entretoise (20, 21) interposée entre deux hélices successives du tube capillaire (16) de manière à empêcher qu'elles entrent en contact l'une avec l'autre. 8. Module de détection infrarouge (100) selon la revendication 7, dans lequel ladite au moins une entretoise (20, 21) est un fil de polyamide s'étendant hélicoïdalement autour du mandrin (17).