Brevet FR3095517A1 — publié le 20201030

Description Titre de l'invention : Capteur de gaz compact Domaine technique [0001] Le domaine technique de l'invention est un capteur optique de gaz, et plus particu- lièrement un capteur infrarouge non dispersif. Technique antérieure [0002] Le recours à des méthodes optiques pour l'analyse d'un gaz est assez fréquent. Des dispositifs permettent de déterminer la composition d'un gaz en se basant sur le fait que les espèces composant un gaz présentent des propriétés spectrales d'absorption différentes les unes des autres. Ainsi, connaissant une bande spectrale d'absorption d'une espèce gazeuse, sa concentration peut être déterminée par une estimation de l'absorption de la lumière traversant le gaz, en utilisant la loi de Beer Lambert. Cc principe permet une estimation de la concentration d'une espèce gazeuse présente dans le milieu. [0003] La source de lumière est usuellement une source émettant dans l'infrarouge, la méthode utilisée étant usuellement désignée par le terme anglosaxon "NDIR detection", l'acronyme NDIR signifiant Non Dispersive Infra-Red. Un tel principe a été fréquemment mis en oeuvre, et est par exemple décrit dans de nombreux documents, par exemple dans US5026992 ou W02007064370. [0004] Selon les procédés les plus courants, le gaz analysé s'étend entre une source de lumière et un photodétecteur, dit photodétecteur de mesure, ce dernier étant destiné à mesurer une onde lumineuse, émise par la source, transmise à travers le gaz à analyser, et partiellement absorbée par cc dernier. Les procédés comprennent généralement une mesure d'une onde lumineuse, dite onde lumineuse de référence, émise par la source, et non absorbée par le gaz analysé. [0005] La comparaison entre l'onde lumineuse en présence de gaz et l'onde lumineuse sans gaz permet de caractériser le gaz. Il s'agit par exemple de déterminer une quantité d'une espèce gazeuse dans le gaz, selon la technologie désignée par le terme "NDIR par absorption". Il peut également s'agir d'estimer une quantité de particules dans le gaz, en détectun une lumière diffusée par ce dernier selon une plage angulaire de diffusion prédéterminée. [0006] L'onde lumineuse de référence est mesurée par un photodétecteur de référence. Il peut s'agir d'un photodétecteur de référence différent du photodétecteur de mesure, et agencé de façon à être disposé face à la source de lumière le photodétecteur de référence étant associé à un filtre optique de référence. Le filtre optique de référence définit une bande spectrale de référence, dans laquelle le gaz à amdyser ne présente pas 2 d'absorption significative. [0007] Les documents EP2711687 et EP2891876 décrivent des capteurs de gaz comportant des enceintes, dans lesquelles un ou plusieurs miroirs sont agencés. Les miroirs permettent de maximiser le trajet de la lumière dans l'enceinte, et de focaliser les rayons lumineux ayant traversé le gaz sur le ou les photodétecteurs. Cela permet d'augmenter la sensibilité de détection tout en utilisant des dispositifs compacts. [0008] Le document EP3208601 décrit un capteur de gaz compact, formé de parois réflé- chissantes dont le profil est elliptique. Il en est de même du document W02018162848. [0009] Le demandeur a conçu un capteur de gaz particulièrement compact, compatible avec un format industriel courant, dont l'encombrement extérieur est particulièrement compact. Il en résulte un capteur de gaz aux performances optimisées, privilégiant notamment la compacité et la sensibilité. Exposé de l'invention [0010] Un premier objet de l'invention est un capteur de gaz comportant une enceinte, apte à recevoir un gaz, l'enceinte comportant une paroi transversale, s'étendant, autour d'un axe transversal, entre une première paroi et une deuxième paroi, le capteur comportant également : - une source de lumière, configurée pour émettre une onde lumineuse se propageant dans l'enceinte, en formant, à partir de la source de lumière, un premier cône de lumière; - un photodétecteur de mesure apte à détecter une onde lumineuse émise par la source de lumière et s'étant propagé à travers l'enceinte; [0011] le capteur étant tel que la première paroi et la deuxième paroi comportent chacune au moins une surface réfléchissante, formant une partie d'une ellipsoïde de révolution, à chaque surface réfléchissante étant associé un rang n, n étant un entier supérieur ou égal à 1, de telle sorte que le capteur comporte : - une première surface réfléchissante de rang 1, présentant un premier foyer et un deuxième foyer, la première surface réfléchissante étant disposée face à la source de lumière ; au moins une surface réfléchissante de rang n strictement supérieur à 1, chaque surface réfléchissante de rang n présentant : - un premier foyer, confondu avec le deuxième foyer d'une surface réfléchissante de rang précédent n -1 ; - un deuxième foyer, distinct du premier foyer, confondu avec le premier foyer d'une surface réfléchissante de rang suivant n +1 ; une dernière surface réfléchissante de rang N, comportant un premier foyer, 3 confondu avec le deuxième foyer d'une surface réfléchissante de rang précédent, la dernière surface réfléchissante comportant également un deuxième foyer; [0012] de telle sorte que l'onde lumineuse émise par la source de lumière est successivement réfléchie par les N surfaces réfléchissantes ellipsoïdales de révolution, selon leur rang respectif, avant de converger vers le deuxième foyer de la dernière surface réfléchissante, en formant un dernier cône de lumière, le photodétecteur de mesure étant disposé de manière à s'étendre dans le dernier cône de lumière. [0013] La première surface réfléchissante ellipsoïdale est associée à une première ellipse. L'excentricité de la première ellipse est de préférence inférieure à 0.8, voire 0.7, voire à 0.5. [0014] La source de lumière est de préférence disposée au niveau du premier foyer de la première surface réfléchissante, ou à une distance inférieure à 1 mm de ce dernier. Lc photodétecteur de mesure est de préférence disposé au niveau du deuxième foyer de la dernière surface réfléchissante, ou à une distance inférieure à 1 mm de ce dernier. [0015] De façon avantageuse : chaque surface réfléchissante de rang n est configurée pour réfléchir l'onde lumineuse qu'elle reçoit en formant un cône de lumière de rang tz+1, ce dernier s'étendant autour d'un axe de propagation de rang n +1 ; lorsque n REVENDICATIONSCapteur (1) de gaz comportant une enceinte (2), apte à recevoir un gaz (G), l'enceinte comportant unc paroi transversale (6), s'étendant, autour d'un axe transversal (Z), entre unc première paroi (4) et une deuxième paroi (5), le capteur comportant également : - une source de lumière (10), configurée pour émettre une onde lumineuse (11) se propageant dans l'enceinte en formant, à partir de la source de lumière, un premier cône de lumière (521 ); - un photodétecteur de mesure (20) apte à détecter une onde lumineuse (14) émise par la source de lumière (10) et s'étant propagé à travers l'enceinte; le capteur étant tel que la première paroi et la deuxième paroi comportent chacune au moins unc surface réfléchissante, formant une partie d'une ellipsoïde de révolution, à chaque surface réfléchissante étant associé un rang n, n étant un entier supérieur ou égal à 1, de telle sorte que le capteur comporte : une première surface réfléchissante de rang 1 (S1), présentant un premier foyer (P1-1) et un deuxième foyer (P1-2), la première surface réfléchissante étant disposée face à la source de lumière (10), la première surface réfléchissante formant unc partie d'une ellipsoïde de révolution associée à unc ellipse dont l'excentricité est inférieure ou égale à 0.7 ; au moins une surface réfléchissante (5 ' ) de rang n strictement supérieur à 1, chaque surface réfléchissante de rang n présentant : - un premier foyer (P1- n), confondu avec le deuxième foyer (P2- n-I) d'une surface réfléchissante (S ) de rang précédent n -1 ; - un deuxième foyer (P2- n), distinct du premier foyer (P1- n) confondu avec le premier foyer d'une surface réfléchissante (S ''/ ) (le rang suivant n +1 ; une dernière surface réfléchissante N) de rang N, comportant un premier foyer (Pl- N), confondu avec le deuxième foyer d'une surface réfléchissante de rang précédent 15 (SNI ), la dernière surface réfléchissante comportant également un deuxième foyer (P2- N); [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] de telle sorte que fonde lumineuse (11) émise par la source de lumière est successivement réfléchie par les N surfaces réfléchissantes ellipsoïdales de révolution, selon leur rang respectif, avant de converger vers le deuxième foyer (P2- N) de la dernière surface réfléchissante (S ,), en formant un dernier cône de lumière (D N ), le photodétecteur de mesure étant disposé de manière à s'étendre dans le dernier cône de lumière. Capteur selon la revendication 1, dans lequel la source de lumière (10) est disposée au niveau du premier foyer (P1-1) de la première surface réfléchissante (S , ), ou à une distance inférieure à 1 mm de ce dernier. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le photodétecteur de mesure (20) est disposé au niveau du deuxième foyer (P2-/V) de la dernière surface réfléchissante (S N ), ou à une distance inférieure à 1 mm de ce dernier. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : chaque surface réfléchissante de rang n est configurée pour réfléchir l'onde lumineuse qu'elle reçoit en formant un cône de lumière (Q ' de rang n+1, ce dernier s'étendant autour d'un axe de propagation (A n+, ) de rang n +1 ; lorsque n