CH658911A5 - Detecteur de gaz. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un détecteur de gaz comprenant un dispositif et des moyens optiques.
Les détecteurs de gaz conventionnels sont généralement du type à semi-conducteur ou à contact à combustion. Dans le détecteur de gaz type contact à combustion, un métal catalytique tel que du platine ou du palladium est chauffé de manière à provoquer un gaz qui sera brûlé lorsque le gaz viendra en contact avec le métal, et un changement de la constante électrique provoqué par la combustion 5 du gaz est détecté électriquement. Pour un détecteur de gaz du type à semi-conducteur, le détecteur de gaz est utilisé dans un état chauffé à cause des caractéristiques de sélection du gaz, et des caractéristiques du dispositif de réponse, etc., et un changement des caractéristiques électriques provoqué par l'absorption du gaz est détecté. 10 Néanmoins, ces détecteurs de gaz conventionnels présentent un problème d'explosion parce que le chauffage ou la combustion est effectué pour la détection d'un gaz combustible ou explosif. Ainsi, les détecteurs de gaz conventionnels présentent des problèmes de sécurité. En plus, les détecteurs de gaz conventionnels présentent une 15 précision de détection très basse à cause du fait que le signal détecté est introduit électriquement, ainsi il y a un risque d'influencer le circuit électrique qui conduit ledit signal détecté par induction électromagnétique par exemple par brouillage des ondes radio ou des bruits électriques.
20 II faut également relever que, étant donné que le dispositif doit être chauffe pour fonctionner, la détérioration de ce dispositif est accélérée et les caractéristiques du dispositif sont affectées, devenant ainsi instable et la fiabilité du détecteur de gaz baisse.
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients susmentionnés du détecteur de gaz conventionnel.
Le détecteur de gaz, selon l'invention, est caractérisé par le fait que le dispositif comprend un métal et un composé solide, le métal étant apte à adsorber et dissocier le gaz hydrogène ou un composé gazeux comprenant de l'hydrogène, que le composé solide modifie son spectre d'absorption à cause de la réduction par les atomes d'hydrogène produits par ledit métal, que les moyens optiques sont agencés pour détecter une modification du spectre d'absorption du composé solide, due à la réduction par le gaz hydrogène. 35 Les avantages de ce détecteur sont liés au fait qu'il détecte de façon sélective seulement le gaz hydrogène ou un composé gazeux contenant de l'hydrogène, au fait qu'il présente une grande stabilité et fiabilité et ses caractéristiques de détection ne sont pas modifiées par un changement de la température, et qu'il n'y a pas de risque ^ d'explosion ou de brouillage étant donné qu'on utilise comme signal de sortie une onde lumineuse.
L'invention sera décrite plus en détail à l'aide du dessin annexé représentant plusieurs variantes conformes à l'invention.
La figure 1 est une vue schématique d'une réalisation de la pré-45 sente invention.
La figure 2 est une vue schématique d'une autre réalisation utilisant une fibre optique.
La figure 3 est une vue schématique d'une réalisation utilisant un dispositif comme réflecteur et une fibre optique.
50 La figure 4 est une vue schématique d'une réalisation ayant un dispositif formé directement sur l'extrémité d'une fibre optique.
La figure 5 est une vue schématique en coupe d'une réalisation ayant un dispositif formé sur la surface extérieure de la fibre optique.
55 La figure 6 est une vue schématique d'une réalisation partiellement en coupe, le dispositif étant prévu sous la forme d'un guide d'ondes fait d'un film fin.
La figure 7 est une vue schématique en coupe d'une réalisation où le dispositif et les moyens sont intégrés les uns aux autres. 60 La figure 8 est une vue schématique d'une réalisation ayant deux dispositifs.
La figure 9 est une vue schématique d'une réalisation où les fibres optiques sont prévues en association avec deux dispositifs respectivement.
65 La figure 10 est une vue schématique d'une réalisation modifiée de la figure 8.
La figure 11 est une vue schématique d'une réalisation où deux sortes de dispositifs sont intégrés l'un à l'autre.
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La figure 12 est une vue schématique d'une réalisation où deux sortes de lumières de longueurs d'onde différentes sont utilisées.
La figure 13 est une représentation graphique montrant respectivement l'émission d'un dispositif, un mode normal, un mode de détection des gaz et un mode de contact avec un gaz quelconque.
La figure 14 est une vue schématique d'une réalisation où deux sortes de lumières sont obtenues en séparant la lumière par un prisme.
La figure 15 est une vue schématique d'une réalisation où deux sortes de lumières sont obtenues en faisant tourner un prisme, et la figure 16 est une vue schématique d'une réalisation où une fibre optique est prévue en plus de l'arrangement de la figure 15.
Sur les figures, la référence 1 désigne un dispositif comprenant un métal qui adsorbe et dissocie l'hydrogène ou un composé contenant de l'hydrogène, comme il sera décrit ultérieurement. Le dispositif 1 se trouve à l'intérieur d'un boîtier 4 qui permet l'écoulement vers l'intérieur de l'air extérieur. Dans le boîtier 4, une source de lumière comprenant une diode émettant la lumière et un photodétecteur 6 comprenant une photodiode sont disposés de part et d'autre du dispositif 1, de sorte que la source de lumière 5 puisse atteindre la photodiode 6 après avoir traversé le dispositif 1. Une alimentation 7 est connectée à la source de lumière 5 et commande l'émission par la source de lumière 5 d'une lumière continue ou par impulsions. La photodiode 6 est connectée à un circuit de détection 12 qui détecte électriquement un signal de sortie de la photodiode 6 qui correspond à une modification de la quantité de lumière transmise pour donner une alarme si nécessaire.
Le dispositif 1 est fait d'une lamelle en métal catalytique 2, lequel provoque la dissociation de molécules gazeuses, lorsqu'un gaz qui doit être détecté, par exemple de l'hydrogène ou un composé contenant de l'hydrogène tel que le gaz hydrogène, du NH3, du H2S, du SiH4, etc., est porté en contact avec le métal 2 pour produire des atomes d'hydrogène et un composé solide 3 qui change son spectre d'absorption à cause de la réduction par les atomes d'hydrogène produits dans le métal "catalytique 2. Comme exemples de métal catalytique on peut mentionner le palladium (Pd), le platine (Pt), etc. Comme exemples d'un composé solide on peut mentionner le trioxyde de tungstène (W03), le trioxyde de molybdène (Mo03), le dioxyde de titane (Ti02), l'hydroxyde d'iridium (Ir(OH)3), le pentoxyde de vanadium (V2Os), etc.
Le dispositif 1 fait d'une lamelle en métal catalytique 2 et d'un composé solide 3 est préparé par exemple en déposant une épaisseur déterminée de trioxyde de tungstène sur un substrat transparent en verre et en déposant ensuite une couche fine de palladium aussi fine que possible afin de conserver la transparence du substrat. Malgré le fait que le dispositif 1 comme illustré comprend une lamelle avec deux couches, il est possible d'avoir une lamelle avec plusieurs couches. Le dispositif 1 doit être préparé par toute méthode appropriée autre que la déposition. Par exemple, les matériaux mentionnés précédemment peuvent être utilisés après les avoir mélangés et ainsi les déposer simultanément.
Le dispositif 1 ainsi préparé modifie son spectre d'absorption d'une manière qui sera décrite ultérieurement. Lorsque le gaz hydrogène est porté en contact avec le métal catalytique 2, l'hydrogène est adsorbé et dissocié par le métal 2. Ainsi les atomes d'hydrogène sont produits sur le métal 2 et ses atomes d'hydrogène sont injectés dans le composé solide 3. Le composé solide 3 injecté avec des protons H+ produits par le métal catalytique 2 est réduit à modifier sa concentration relativement à la couleur et partant modifier son spectre d'absorption. Lorsque le trioxyde de tungstène est utilisé comme composé solide 3, comme décrit précédemment, le taux d'absorption est augmenté et le degré de modification est augmenté proportionnellement à l'augmentation de la densité du gaz. Lorsque le gaz hydrogène est ainsi diminué jusqu'à zéro, le proton H+ injecté dans le composé solide est libéré et le composé solide diminue son spectre d'absorption. Egalement, le dispositif 1 retrouve sa transparence initiale.
Le phénomène de la modification du spectre d'absorption du dispositif 1 comme décrit précédemment peut être observé aussi bien en relation avec un gaz réductif tel que le NH3, H2S, ou SiH4 qu'avec du gaz hydrogène. Il a été confirmé par l'expérience que le dispositif 1 présente une réponse suffisante au gaz hydrogène et que la vitesse de réponse après le contact avec l'hydrogène est rapide.
Le terme «spectre d'absorption» est utilisé dans la présente description pour spécifier le phénomène pendant lequel l'intensité de la lumière est diminuée après que la lumière a traversé un milieu. Le terme «taux d'absorption» est utilisé pour signifier la valeur obtenue en divisant la densité de la lumière diminuée, pendant le trajet à travers un milieu d'une certaine distance, par l'intensité de la lumière d'origine.
La réalisation de l'invention comme illustré à la figure 1 pour la détection d'un gaz sera décrite ci-dessous.
Dans un mode de détection normale, la lumière émise par une source de lumière 5 et transmise à travers le dispositif 1 est absorbée durant le trajet à travers le dispositif 1. L'absorption est prédéterminée par le métal catalytique 2 et par le composé solide 3. La lumière tombe alors sur le photodétecteur 6 et un signal de sortie de référence est obtenu par le circuit de détecteur 12.
Dans cet état, si un gaz à détecter entre dans le boîtier 4, les atomes d'hydrogène sont produits par dissociation de l'hydrogène par le métal catalytique 2 du dispositif 1 et le composé solide 3 est réduit par les atomes de l'hydrogène produit. Lorsque le trioxyde de tungstène est utilisé comme composé solide 3, le taux d'absorption augmente et la quantité de la lumière transmise diminue selon la densité du gaz. Pour cette raison, le niveau du signal du photodétecteur obtenu dans le circuit de détection 12 baisse. Lorsque le niveau du signal est abaissé au-dessous d'une valeur seuil prédéterminée, un signal d'alarme est produit.
Lorsque le dispositif 1 utilisant le trioxyde de tungstène comme composé solide 3 est employé, la lumière est absorbée dans une gamme d'ondes autour de la longueur d'onde de 14 • 1CT7 m à cause de la réduction par les atomes d'hydrogène. Pour cette raison, il est préférable d'utiliser une source de lumière qui émet une lumière ayant une longueur d'onde se trouvant à l'intérieur de la gamme proche des rayons infrarouges où la quantité d'absorption par le dispositif 1 est large. Bien que la lumière émise par la source lumière 5 passe à travers le dispositif seulement une fois selon la réalisation de la figure 1, le dispositif 1 doit par exemple être interposé entre des miroirs, de manière à refléter la lumière de façon répétitive entre les miroirs et ainsi la faire passer de façon répétitive à travers le dispositif 1 et ainsi augmenter le changement de la quantité de lumière dû à l'absorption par le dispositif 1.
La figure 2 montre une autre réalisation de la présente invention où une fibre optique est utilisée comme guide d'ondes. Cette réalisation permet une détection de gaz à distance.
Une source de lumière 5 et un photodétecteur 6 sont prévus dans une station centrale de signaux 10 et un dispositif 1 abrité dans un boîtier 4 est prévu à la place où la détection d'un gaz doit être opérée. La lumière émise par la source de lumière 5 est transmise au dispositif 1 se trouvant à l'intérieur du boîtier 4 à travers la fibre optique 8 et la lumière passée à travers le dispositif 1 est également transmise au photodétecteur 6 de la station centrale de signaux 10 à travers la fibre optique 8.
Selon une autre réalisation de la présente invention, comme illustré à la figure 3, un dispositif 1 est prévu comme réflecteur pour réfléchir la lumière incidente transmise par une source de lumière 5 à travers une fibre optique 8, et la lumière est réfléchie par le dispositif 1 et transmise au photodétecteur 6 de la station centrale des signaux 10 à travers la fibre optique 8. Lorsque aucun gaz à détecter n'est en contact avec le dispositif 1, l'absorption par le dispositif 1 est petite, de sorte que la quantité de lumière réfléchie par le dispositif et incidente sur le photodétecteur 6 est grande. Lorsque le gaz à détecter entre et l'absorption par le dispositif augmente, la quantité de la lumière réfléchie incidente sur le photodétecteur 6 est diminuée.
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Ainsi, la densité de gaz est détectée selon la diminution du signal de sortie du photodétecteur 6.
La figure 4 illustre une autre réalisation de la présente invention dans laquelle un composé solide 3 tel que le dioxyde de tungstène et un métal catalytique tel que le palladium sont directement déposés sur l'extrémité d'une fibre optique 8 qui forme le dispositif 1. La lumière émise par la source de lumière 5 est fournie au dispositif 1 sur l'extrémité de la fibre optique 8 à travers la fibre 8 et la lumière réfléchie par le dispositif permet d'arriver au photodétecteur 6 après être séparée par un dispositif de changement de direction 14.
Lorsque l'absorption par le dispositif 1 est augmentée, à cause du gaz qui doit être détecté, la quantité de lumière reçue par le photodé-tecteur 6 est diminuée. Ainsi, la densité de gaz est détectée. Etant donné que le dispositif 1 est déposé intégralement sur l'extrémité de la fibre optique 8, on peut ainsi obtenir un dispositif compact au point de vue structure et capable d'effectuer une détection à distance.
La figure 5 illustre une autre réalisation de la présente invention dans laquelle le composé solide 3 est déposé sur la face extérieure d'un noyau 9a d'une fibre optique 9, et un métal catalytique 2 est par la suite déposé sur la couche de composé solide 3 pour former un revêtement de la fibre optique 9. La lumière émise par la source de lumière 5 passe à travers le noyau 9a et entre en contact avec le photodétecteur 6. Lorsque aucun gaz à détecter n'est en contact avec le revêtement, l'absorption de la lumière par le revêtement, c'est-à-dire le composant solide 3 et le métal catalytique 2, est petite, et la lumière émise de la source lumineuse 5, tandis qu'elle est réfléchie par le noyau 9, est acheminée de manière efficace, de sorte qu'une quantité suffisante de lumière touche le photodétecteur 6. Lorsque le gaz à détecter entre en contact avec le revêtement, les atomes d'hydrogène produits par le métal catalytique 2 réduisent le composant solide 3. Si le composé solide 3 est le trioxyde de tungstène, le taux d'absorption de la lumière est augmenté et le taux de réflexion par le revêtement est baissé, de sorte que la quantité de la lumière transmise dans la fibre optique 9 diminue. Le photodétecteur 6 détecte une telle diminution de la quantité de la lumière transmise dans la fibre optique 9.
Dans une autre réalisation de la présente invention illustrée à la figure 6, la lumière traversant une fibre optique 8 passe à travers un composé solide 3, lequel a la forme d'un guide d'ondes fait d'un film fin. Le composé solide tel que le trioxyde de tungstène et le métal catalytique tel que le palladium sont déposés sur un substrat 13 pour former le dispositif 1. Le composé solide 3 constitue un guide d'ondes d'un film fin ayant un revêtement consistant en un substrat 13 et d'un métal catalytique 2. Une fibre optique 8 est connectée aux extrémités opposées du composé solide 3, de manière à propager la lumière émise par la source lumineuse dans le guide d'ondes fait d'un film fin. Dans ce cas, la quantité de lumière transmise par le dispositif 1 est réduite selon la densité du gaz à cause de l'augmentation de l'absorption par le composée solide 3 qui est causé par le gaz à détecter, comme dans le cas dé la figure 5. Ainsi la présence de gaz est également détectée.
Dans une autre réalisation de la présente invention, illustrée à la figure 7, une source de lumière 5 comprenant une diode photo-émet-trice et un photodétecteur 6 comprenant une photodiode sont directement disposés sur le dispositif 1, et la lumière émise par la source de lumière 5 est propagée à travers un guide d'ondes à film fin formé par le composé solide 3 du dispositif, de manière à arriver jusqu'au photodétecteur 6. Cette réalisation a l'avantage que le dispositif 1, la source de lumière 5 et le photodétecteur 6 sont intégrés les uns aux autres.
La figure 8 illustre une autre réalisation de la présente invention, dans laquelle un premier dispositif 1 et un second dispositif 20 sont disposés dans un boîtier 4 à des positions adjacentes l'un de l'autre, de sorte qu'ils puissent être soumis à des conditions ambiantes similaires. La lumière émise par une source de lumière 5 comprenant une photodiode, laquelle est contrôlée par une source d'alimentation 7, est équitablement fournie au premier et au second dispositif 1 et 20.
Le second dispositif 20 comprend un composé solide 3 fait du même matériau que le composé solide 3 du premier dispositif 1, par exemple du trioxyde de tungstène. Le second dispositif 20 est une lamelle comprenant un composé solide 3 en métal 21 qui est déposé sur le composé solide 3 aussi fin que possible afin que la transparence puisse être maintenue. Pour le métal 21 on peut utiliser un métal qui n'adsorbe et ne dissocie pas les atomes d'hydrogène dans du gaz hydrogène ou d'un composé gazeux contenant de l'hydrogène tel que l'aluminium, le cuivre, etc.
Des premiers moyens de détection comprenant un photodétecteur 22 et des seconds moyens de détection comprenant un photodétecteur 23 sont prévus à des positions où les lumières transmises à travers le premier et le second dispositif 1 et 20 sont reçues respectivement, de manière à convertir la lumière transmise à travers le premier et le second dispositif à des signaux électriques. Les signaux de détection des photodétecteurs 22 et 23 alimentant un circuit de détection et de comparaison exemple 12a. Si El est le signal de détection du photodétecteur 22 et E2 le signal de détection du photodétecteur 23, le circuit de détection et de comparaison 12a établit une comparaison et émet un signal Es = (E2 — El)/E2. Lorsque le signal de détection de sortie Es est au-dessus d'une valeur seuil prédéterminée, un signal de sortie de détection de gaz est produit.
Le fonctionnement de la présente réalisation sera maintenant exposé. Lors de conditions de détection normales, c'est-à-dire en l'absence de gaz hydrogène à l'intérieur du boîtier 4, les taux d'absorption des composés solides 3 des deux dispositifs 1 et 20 sont substantiellement les mêmes. En considérant que les mêmes quantités de lumière sont fournies par la source de lumière aux dispositifs 1 et 20, les signaux de détection obtenus El et E2 sont substantiellement les mêmes.
Lorsque du gaz hydrogène entre dans le boîtier 4, les atomes d'hydrogène produits par l'adsorption et la dissociation par le métal catalytique 2 du premier dispositif 1 sont injectés dans le composé solide 3, et le spectre d'absorption est modifié à cause de la réduction du composé solide 3. D'un autre côté, le métal 21 du second dispositif 20 a eu de petites possibilités d'adsorption et de dissociation et le composé solide 3 n'est pas réduit. Ainsi le spectre d'absorption du composé solide 3 n'est pas modifié et la même quantité de lumière qu'en temps normal tombe sur le photodétecteur 23. Pour cette raison, lorsque du gaz hydrogène entre, le signal de détection El émis par le photodétecteur 22 baisse à un niveau de signal conforme à la densité du gaz et il est comparé avec le signal de référence E2 du photodétecteur 23. Il en résulte que le circuit de détection et de comparaison 12a détecte un signal Es = (E2 — El)/E2 et un signal de sortie est obtenu correspondant à la densité du gaz. Lorsque le signal de sortie devient supérieur à la valeur seuil, un signal de détection de gaz se produit.
La compensation pour un changement à cause de la température ou du temps des dispositifs 1 à 20 sera maintenant décrite.
Lorsque les caractéristiques du spectre d'absorption du premier dispositif 1 sont changées à cause de l'influence de la température ambiante, les caractéristiques du spectre d'absorption du second dispositif 20 pour lequel on a employé le même composé solide 3 que pour le premier dispositif 1 changent de manière similaire. Dans ce cas, dans des conditions normales, lorsque aucun gaz hydrogène n'entre dans le boîtier, aucun changement relatif n'est provoqué pour les quantités de lumière transmises entre le premier et le second dispositif 1 et 20, même si les quantités de lumière transmises par le premier et le second dispositif changent à cause de la température ambiante. Ainsi, les signaux de détection El et E2 restent substantiellement égaux, nonobstant les changements de la température. Ainsi, aucune détection de gaz n'est effectuée dans le circuit de détection et de comparaison 12a.
Lorsque de l'hydrogène entre dans le boîtier, aucune modification relative, à cause de la température, des quantités de lumière transmises par le premier et le second dispositif 1 à 20 n'est provoqué. Dans ce cas, le premier dispositif apporte un changement de la quantité de lumière transmise, qui est causé par le changement de la
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température et par le changement du spectre d'absorption par le contact avec le gaz hydrogène. Le circuit de détection et comparaison 12a détecte uniquement un changement du signal correspondant aux changements du spectre d'absorption du dispositif 1 provoqué par le contact avec le gaz en comparaison avec la quantité de lumière transmise du second dispositif 20 constituant une valeur de référence.
Le mécanisme de compensation décrit précédemment est également applicable pour un changement dû au temps. Plus précisément puisque le premier et le second dispositif sont sujets aux mêmes modifications dues au temps, le signal de détection lumineux transmis du premier dispositif 1 doit être comparé avec la lumière transmise par le second dispositif 20 afin d'obtenir un signal de détection de sortie indépendant de l'influence due aux modifications du temps.
La réalisation illustrée à la figure 9 est une modification de la figure 8. Dans la réalisation de la figure 9 une source de lumière 5 et des photodétecteurs 22 et 23 sont prévus dans une station centrale de signaux 10 et un premier et second dispositif 1 et 20 sont disposés à l'intérieur d'un boîtier 4 disposé lui-même à l'endroit où une détection de gaz doit être opérée. La lumière émise par la source de lumière 5 est transmise aux dispositifs 1 et 20 à l'intérieur du boîtier 4 à travers une paire de fibres optiques 8 et la lumière transmise à travers les dispositifs 1 et 20 respectivement est également transmise à travers une paire de fibres optiques 8, de manière à être amenée sur les photodétecteurs 22 et 23 respectivement. Un circuit de comparaison et de détection 12a est prévu mais il est omis sur la figure 9.
La figure 10 illustre une autre modification de la réalisation de la figure 8 dans laquelle un second dispositif 20a est utilisé à la place du second dispositif 20 de la réalisation de la figure 8. Le second dispositif 20a est formé uniquement par un composé solide 3. La figure 11 illustre une autre réalisation du dispositif de la figure 8 où le métal catalytique 2 et un métal 21 n'ayant substantiellement aucune activité catalytique sont déposés sur un simple composé solide 3 adjacents l'un à l'autre. Dans cette réalisation, le premier et le second dispositif 1 à 20 sont prévus sous la forme d'une simple structure. Le fonctionnement de ces réalisations est similaire à celui de la figure 8.
Dans les réalisations des figures 8 à 11 les dispositifs peuvent être directement déposés sur l'extrémité d'une fibre optique, ou sous la forme d'un revêtement de fibre optique, ou des guides d'ondes en film fin, ou peuvent être pourvus des dispositifs comme dans les réalisations des figures 5 à 7.
La figure 12 illustre une autre réalisation de la présente invention qui utilise le phénomène selon lequel le taux d'absorption est largement modifié en relation avec une lumière ayant une longueur d'onde inhérente à un composé solide constituant le dispositif 1. La description sera maintenant poursuivie en se référant au fait que l'absorption est plus large autour de la longueur d'onde Xs = 14-10~7 m lorsque le composé solide est fait du trioxyde de tungstène. Les références 24 et 25 désignent des sources dé lumière comprenant des diodes photo-émettrices. Les sources de lumière 24 et 25 sont contrôlées par une source d'alimentation 7 d'une façon continue ou intermittente, et la source de lumière 24 émet une lumière ayant un spectre énergétique autour de la longueur Xs = 14-10~7 m où un large changement du spectre d'absorption est provoqué lorsque le gaz hydrogène ou un composé gazeux contenant de l'hydrogène contacte le dispositif commenté à la figure 13. La source de lumière 25 émet une lumière ayant un spectre énergétique autour de la longueur d'onde par exemple Xr = 10 • 10~7 m comme montré à la figure 13 où la modification du spectre d'absorption est difficilement provoquée, même lorsque le gaz hydrogène ou un composé gazeux contenant de l'hydrogène contacte le dispositif.
Les photodétecteurs 26 et 27 comprennent respectivement des photodiodes. Le photodétecteur 28 est un moyen de détermination alimenté par les signaux El, E2 émis par les photodétecteurs 26 et 27. Si un signal de détection correspondant à la modification du spectre d'absorption du dispositif 1 dû au contact avec l'hydrogène est désigné Es, le quotient de El par E2 ou le quotient de la différence par E2, c'est-à-dire
Es = E1/E2 ou Es = (E2 - El)/E2 est calculé. Dans le cas précédent, lorsque le signal de détection Es est inférieur au seuil correspondant à un gaz de densité prédéterminée et dans le dernier cas lorsque le signal de détection Es est au-dessus de la valeur de seuil prédéterminée, un signal de sortie représentant la détection de gaz est produit.
Dans le cas où les sources de lumière 24, 25 ont des caractéristiques émissions de lumière d'une gamme de signaux comprenant des longueurs d'ondes Xs et Xr, des photodétecteurs 26, 27 doivent être employés qui émettent sélectivement un signal de longueur d'onde Xs, lorsqu'un changement du spectre d'absorption est grand, et un signal de longueur d'onde Xr, lorsqu'un changement du spectre d'absorption est petit. Alternativement, un filtre peut être employé pour obtenir des caractéristiques de longueurs d'onde de la source de lumière 24, 25 et/ou des moyens de photodétection 26, 27.
Le fonctionnement de la présente réalisation sera maintenant décrit.
Dans des conditions normales, lorsque aucun gaz n'entre dans le boîtier 4, les signaux de sortie des photodétecteurs 26, 27 respectivement à la lumière d'une longueur d'onde Xs = 14-10 ~7 m et la lumière d'une longueur d'onde À.r = 10 • 10~7 m passée à travers les dispositifs 1 sont E10 et E20, respectivement comme montré par une courbe A figure 13. Le signal de détection Es du moyen de détermination 28 est initialement:
Eso = E10/E20 ou Eso = (E20 - E10)/E20
Dans ce cas, si le gaz est porté en contact avec le dispositif 1, une modification du taux d'absorption très grand est provoquée par le dispositif 1 autour de la longueur d'onde Xs = 14-10~7 m comme indiqué par la courbe B de la figure 13. Au contraire il n'y a aucun changement substantiel dans le spectre d'absorption de la longueur Xr = 10-10~7 m. Il en résulte que le signal de détection Es est modifié de la valeur initiale Eso à Es = E1/E2 ou Es = (E2 — El)/E2. Lorsque le signal de détection Es = E1/E2 est inférieur au seuil prédéterminé ou le signal de détection Es = (E2 — E1)/'E2 excède la valeur du seuil prédéterminé, les moyens de détermination 28 génèrent un signal de sortie représentant une détection de gaz.
La courbe A de la figure 13 montre la transmittance du dispositif en relation avec différentes longueurs d'onde de lumière, lorsque le dispositif 1 est en contact avec l'air (si une réflection est supposée être constante, une modification de la transmittance est prise comme un changement de l'absorption). La courbe C montre la transmittance du dispositif 1 lorsque le dispositif est en contact avec différents gaz tels que vapeurs d'eau, alcool, etc. Plus précisément, lorsque de tels gaz entrent dans le boîtier 4, la transmittance du dispositif 1 change légèrement de manière uniforme au-delà de la longueur d'onde entière. Ainsi il n'y a aucune modification du spectre d'absorption dans la longueur d'onde spécifique causée par les différents gaz. Pour cette raison, les signaux de détection Esl dus aux différents gaz obtenus dans les moyens de détermination 28 sont les suivants :
Esl = E10a/E20a ou E20a — E10a/E20a
Ces signaux de détection sont substantiellement égaux au signal de détection Eso. Ainsi, si les différents gaz viennent en contact avec le dispositif, le moyen de détermination 28 ne produit pas de détermination fausse correspondant à une détection de gaz hydrogène ou d'un composé gazeux contenant de l'hydrogène.
De manière similaire, même si la valeur absolue du taux d'absorption est modifiée avec une modification due au temps par le dispositif 1, la détermination par le moyen de détermination n'est pas influencée.
La figure 14 représente une réalisation dans laquelle la lumière émise par une simple source de lumière 30 est séparée en deux composantes spectrales par un prisme 32 avant d'être transmise à travers le dispositif 1. La lumière émise par la source de lumière 30 est séparée en deux lumières de longueurs d'onde Xs et Xr par le prisme 32, passe à travers le dispositif et est reçue par les moyens de photodétection 22, 23. Les signaux de sortie par les photodétecteurs 22 et
5
10
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25
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658 911
6
23 alimentent les moyens de détermination (non représentés) comme à la réalisation de la figure 12. Ainsi, la détermination quant à la présence du gaz à détecter est faite. Selon la présente invention, puisqu'une simple source de lumière suffit pour produire des longueurs d'onde désirées, la structure de l'ensemble du détecteur de gaz peut 5 être simplifiée. En plus, une erreur possible basée sur les variations des caractéristiques de source de lumière peut être éliminée.
La figure 15 illustre une autre réalisation de la présente invention dans laquelle une simple source de lumière 30 et un simple photodétecteur 40 sont employés. La source de lumière 30 émet une lumière io dans la gamme d'ondes comprenant deux longueurs d'onde Xs et Xr. La lumière transmise à travers le dispositif 1 entre en contact avec le prisme 42, lequel est vibré à une période prédéterminée par des moyens d'entraînement 41. Les moyens d'entraînement 41 du prisme 42 peuvent être par exemple constitués d'un transducteur piézo-élec- '5 trique utilisé habituellement pour les haut-parleurs. Le prisme 42 est vibré entre deux positions représentées par une ligne continue et une position représentée par une ligne en pointillé par les moyens d'entraînement 41. Lorsque le prisme 42 est dans la position indiquée par la ligne continue, la lumière transmise, ayant une longueur 20 d'onde Xs où une modification du taux d'absorption est grande, est fournie au moyen de la photodétection 40 à travers une fente 43. Lorsque le prisme 42 est dans la position indiquée par la ligne en pointillé, la lumière transmise, ayant une longueur d'onde Xr où une modification du taux d'absorption est petite, est fournie au moyen 25 de la photodétection 40 à travers la fente 43. Un signal de sortie de moyen de photodétection 40 alimente les moyens de détermination (non représentés) par échantillonnage, lesquels sont synchronisés avec la vibration du prisme 42. Dans les moyens de détermination, la détermination et la présence d'une détection de gaz sont faites sur la base d'un signal de détection correspondant au quotient de lumière transmise des longueurs d'onde Xs et Xr.
La figure 16 représente une modification de la réalisation de la figure 15 où le dispositif 1 est directement déposé sur l'extrémité d'une fibre optique 8. Plus précisément, une lumière dans une gamme d'ondes, comprenant une absorption d'une longueur d'onde Xs et une longueur d'onde Xr où une modification du spectre d'absorption est petite, est transmise par une source de lumière à travers une fibre optique 8. La lumière est réfléchie par le dispositif 1 formé sur l'extrémité d'une fibre optique 8 et entre en contact avec le prisme 42 vibré par les moyens de vibration 41 à travers un dispositif de changement de direction 14. La lumière est ainsi séparée en deux composantes spectrales, de sorte que des longueurs d'onde Xs et Xr sont alternativement fournies aux moyens de photodétection 40. Un signal de sortie du photodétecteur 40 est échantillonné par les moyens de détermination (non représentés) en synchronisation avec la vibration du prisme 42 comme pour la réalisation de la figure 15. La détermination quant à la présence du gaz à détecter est faite sur la base d'une différence entre le signal correspondant à la longueur d'onde Xs et la longueur d'onde Xr.
Dans la réalisation des figures 12 à 16, le dispositif 1 est directement déposé sur l'extrémité de la fibre optique, ou la fibre optique peut avoir un dispositif 1 sous la forme d'un revêtement, ou un guide d'ondes en film fin peut être formé par un dispositif 1 ; un détecteur de gaz peut être préparé en utilisant ces arrangements comme ces réalisations des figures 5 à 7.
R
3 feuilles dessins
Claims (10)
1. Détecteur de gaz comprenant un dispositif et des moyens optiques, caractérisé par le fait que le dispositif (1) comprend un métal (2) et un composé solide (3), le métal (2) étant apte à adsorber et dissocier le gaz hydrogène ou un composé gazeux comprenant de l'hydrogène, que le composé solide modifie son spectre d'absorption à cause de la réduction par les atomes d'hydrogène produits par ledit métal, que les moyens optiques (5, 6, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 30, 40) sont agencés pour détecter une modification du spectre d'absorption du composé solide, due à la réduction par le gaz hydrogène.
2. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le métal (2) est du palladium ou du platine et le composé solide du trioxyde de tungstène, trioxyde de molybdène, dioxyde de titane, hydroxyde d'iridium, ou pentoxyde de vanadium.
2
REVENDICATIONS
3. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le composé solide (3) est composé d'un mélange comprenant un choix de plusieurs des éléments suivants: trioxyde de tungstène, trioxyde de molybdène, dioxyde de titane, hydroxyde d'iridium, ou pentoxyde de vanadium.
4. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une fibre optique (8) est disposée entre ledit dispositif (1) et les moyens optiques (5, 6), formant ainsi un guide d'ondes.
5. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens (5, 6) optiques sont directement sur ledit dispositif (1).
6. Détecteur de gaz selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit dispositif (1) est sous la forme d'un revêtement de la fibre optique (9) qui est fait d'un métal (2) et d'un composé solide (3) disposé sur la surface extérieure d'un noyau (9a) de la fibre optique
7. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif (1) est sous la forme d'un guide d'ondes fait d'un film fin (13) disposé entre des fibres optiques (8) pour propager la lumière.
8. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en plus un autre dispositif (20, 20a) fait du même matériau que le composé solide (3) dudit dispositif (1), et que les moyens optiques comprennent des premiers (22) et seconds (23) moyens de détection en association avec lesdits dispositifs (1, 20, 20a) pour détecter respectivement les lumières émises par les dispositifs respectifs (1,20, 20a) et un circuit de détection (12a) pour le calcul relatif des signaux émis par les moyens de détection respectifs (22, 23) et détecter la présence du gaz hydrogène ou d'un composé gazeux contenant de l'hydrogène.
9. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens optiques comprennent des premiers moyens (26) de détection pour l'interception de la lumière d'une longueur d'onde là où une modification du spectre d'absorption due à la réduction par le composé solide (3) est large, des seconds moyens (27) de détection pour intercepter la lumière d'une longueur d'onde là où une modification du spectre d'absorption due à la réduction par le composé solide (3) est petite ou nulle, et des moyens (28) pour déterminer la présence du gaz hydrogène ou d'un composé gazeux conte-• nant de l'hydrogène, basée sur les signaux de détection émis par lesdits premiers (26) et seconds moyens (27) de détection.
(9)-
10. Détecteur de gaz selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens optiques comprennent un prisme (32, 42) pour permettre la séparation de la lumière en deux longueurs d'onde (Xs, Xt).
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