EP2364438A1 - Method and system for analysing solid particles in a medium - Google Patents

Method and system for analysing solid particles in a medium

Info

Publication number
EP2364438A1
EP2364438A1 EP09795454A EP09795454A EP2364438A1 EP 2364438 A1 EP2364438 A1 EP 2364438A1 EP 09795454 A EP09795454 A EP 09795454A EP 09795454 A EP09795454 A EP 09795454A EP 2364438 A1 EP2364438 A1 EP 2364438A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light field
solid particles
medium
light
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09795454A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
S.A. Environnement
D'orleans Universite
Jean-Baptiste Renard
Bertrand Gaubicher
Jean-Luc Mineau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite dOrleans
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite dOrleans
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite dOrleans filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2364438A1 publication Critical patent/EP2364438A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/51Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid inside a container, e.g. in an ampoule
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
    • G01N15/0211Investigating a scatter or diffraction pattern
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704Angular selective
    • G01N2021/4707Forward scatter; Low angle scatter
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704Angular selective
    • G01N2021/4709Backscatter
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/061Sources
    • G01N2201/06113Coherent sources; lasers
    • G01N2201/0612Laser diodes

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for analyzing solid particles in a medium.
  • the present invention relates to the field of detection and measurement of the amount of solid particles (concentration, size distribution, total mass, nature, etc.) present in the atmosphere. It applies in particular for the continuous measurement of aerosols to improve the quality of the air, for example ambient air, an industrial discharge or a motor gas.
  • It relates more particularly to a system for analyzing solid particles in a medium, comprising an illumination means capable of generating a light field in the medium, a means for trapping at least a portion of the light field generated and arranged in the direction of this light field, and a main means of detecting the light field scattered by these solid particles in this medium.
  • It also relates to a method for analyzing solid particles in a medium, comprising an illumination step of generating a light field in the medium, a step of trapping at least a portion of the generated light field, and disposed in the direction of this light beam, and a step of detecting the light field scattered by these solid particles in this medium.
  • a first technique for measuring solid particles in the atmosphere consists of a manual gravimetric measurement, by sampling the particles with a filter and then weighing the filtered particles.
  • This technique considered as the reference to the regulatory sense, remains an unsuitable technique for real-time on-site control operations due to the need for manual processing.
  • a second known technique is to use an oscillating microbalance device to provide an automatic measurement suitable for on-site control operations.
  • Such a measure has the disadvantage of being dependent on the ambient conditions, in particular the humidity, as well as the composition of the particles in the case where volatile compounds are present.
  • empirical corrections are implemented by adding coefficients determined a posteriori, which proves to be constraining and unreliable.
  • a third known technique is the absorption of beta radiation.
  • This so-called "Beta gauge” solution involves the use of a radioactive source and is also unusable in real time. Indeed, depending on the concentration of solid particles, a measurement result can be obtained each hour at best. In addition, this technique sees its minimum detection degrade for small particles.
  • solutions consist mainly of collecting and channeling the solid particles, in the form of aerosols, into a conduit.
  • a device for transmitting a Laser radiation illuminates these solid particles, which causes the scattering of this radiation.
  • a detection device is arranged with respect to the transmitting device so as to collect a part of the scattered light. This scattered light collected makes it possible to perform a quantitative measurement of the number of particles (counting) which is then converted into mass concentration and to have a classification by size range.
  • a first means is a photometer for instantaneous measurement of the flux variations related to the variations in concentration of solid particles. It is then possible to deduce from photometry measurements the variation of the concentration of solid particles per unit of time.
  • a second means is an aerosol counter for analyzing the presence of particles by a pulse detector. This technique makes it possible to estimate the particle concentration between a minimum size threshold and a maximum size threshold. It can also measure the particle size by the intensity of the detected luminous flux. It is also possible to combine these two means to obtain hybrid results.
  • a particle analysis system comprises a first diffusion chamber, means for providing a fluid sample in the form of a laminar flow in the first diffusion chamber, and a light beam - for example laser generated - arranged to intercept the sample at right angles to the direction of sample flow at a focal point of a first concave mirror.
  • This first concave mirror is used to direct the light scattered by the individual particles in the sample to at least one light collector.
  • the system also includes means for converting collected light into electrical signals for processing and analysis, and means for trapping non-scattered light. It is thus possible to collect a larger scattered light flux, which improves the accuracy on the light measurements scattered by the particles.
  • a second diffusion chamber comprising a second concave mirror and a light collector disposed at its near focal point and positioned so its distant focal point is at the intercept point of the light beam and the sample.
  • the purpose of this second diffusion chamber is to allow detection and analysis of light scattered at low angles by individual particles. This part of The light beam provides information to determine the particle size.
  • This solution then makes it possible, in real time, both to count the individual particles in a sample in order to distinguish different shapes of particles - spherical or nonspherical - and to count them separately, as well as to classify the particles by size categories.
  • this solution has the disadvantage of being expensive and complex to implement. Indeed, the diffusion chambers, the collimation optics and the concave mirrors, although providing more light scattered towards the collectors, are relatively expensive and difficult to assemble.
  • the object of the present invention is to overcome these technical complexities; it proposes for this purpose to have a detection means that is simple to perform and to put a work of art, including counting and photometry elements, so as to be oriented in a direction forming an angle of less than 30 ° with respect to the direction the light field generated by the illumination means.
  • the measurement of the intensity of the light scattered at these angles makes it possible to estimate the number of particles per size range almost independently of their nature.
  • the approach of the solution consisted in studying the behavior of the light vis-à-vis particles of different optical indexes, transparent or absorbing, and diameters between 0.3 and 30 micrometers, and to validate then to calibrate the concept by real particles of various natures. Surprisingly, it has become apparent that the detection has a higher level for diffusion angles substantially less than 20 °.
  • the subject of the invention is a system for analyzing solid particles in a medium, comprising an illumination means capable of generating a light field in the medium, a means for trapping at least part of the field generated and arranged in the direction of this light field, and a main means of detecting the light field scattered by the solid particles in the medium.
  • the main detection means comprises a photodetector of the light field scattered by the solid particles in the medium and a counter of these solid particles in this medium, this main detection means being oriented in a direction forming an angle substantially smaller than 30 ° with respect to the direction of said generated light field.
  • the invention uses a diffusion angle for better detection of dark particles and small dimensions. This detection angle minimizes the influence of the refractive index of the particles on the measured flux, the measurement then being sensitive only to the size of the grains.
  • the main detection means is oriented in a direction forming an angle substantially between 10 ° and 20 ° with respect to the direction of the light field. Measurements at a diffusion angle of less than 10 ° are indeed not optimal because of the contamination by the light source.
  • the main detection means is oriented in a direction forming an angle substantially equal to 15 ° with respect to the direction of the light field, which allows an optimum count of the solid particles.
  • the analysis system also comprises at least one additional means for detecting the light field scattered by the solid particles in the medium, this complementary detection means comprising a photodetector of the light field scattered by the particles. solid in the middle and a counter of these solid particles in this medium.
  • this complementary detection means comprising a photodetector of the light field scattered by the particles. solid in the middle and a counter of these solid particles in this medium.
  • a measurement at a second diffusion angle substantially between 40 ° and 140 ° makes the diffused flux very dependent on the index, which gives access more particularly to an estimate of the nature of the particles.
  • At least one complementary detection means is oriented in a direction forming an angle of substantially between 40 ° and 140 ° with respect to the direction of the light field.
  • this complementary detection means is preferably oriented in a direction forming an angle substantially equal to 100 ° by relation to the direction of the luminous field.
  • At least one complementary detection means is oriented in a direction forming an angle substantially equal to 60 ° with respect to the direction of the light field.
  • the analysis system also comprises at least one additional means for detecting the light field scattered by the solid particles in the medium, this complementary detection means comprising a photodetector of the light field scattered by the particles. solid in the medium and a counter of these solid particles in this medium, and being oriented in a direction forming an angle substantially equal to 160 ° with respect to the direction of the light field.
  • the system according to the invention thus consisting of several detection means arranged at carefully chosen angles, allows simultaneous access to different information on the particles. Indeed, in addition to the concentration of particles provided by the detecting means e between 0 and 20 °, it is possible to differentiate the dry solid particles of hydrated those and only those liquids.
  • At least one counter comprises a signal processing block generated by the corresponding detection means.
  • a pulse signal generated by the detection means is rejected by the corresponding signal processing block if its duration does not exceed a threshold value depending on the speed of the solid particles in the medium, in order to eliminate false detections due to electronic noise.
  • the photodetector and the counter are combined to obtain additional information on the solid particles.
  • the photodetector classifies the particles by size categories, while the counter allows the solid particles to be counted by detecting the light pulses received in order to provide the total concentration of particles per unit volume, as well as the concentration per unit volume for particles by size range.
  • the analysis system also comprises a polarimetric analysis means of the scattered light field.
  • a polarimetric analysis means of the scattered light field By thus combining counting and photometric detection means and polarimetric analysis means, a set of complementary information is obtained that makes it possible to improve the accuracy of the results provided, in particular on the nature of the particles.
  • the illumination means comprises a light source consisting of a laser diode.
  • the illumination means comprises a diaphragm for selecting a part of the light field, which makes it possible to select a part of the light beam, for example the brightest or the most homogeneous part.
  • the trapping means comprises an optical gun and a light trap.
  • This trapping means located in the direction of the light field generated by the illumination means, makes it possible to prevent the non-scattered light from strongly interfering with the measurements made by the detection means.
  • the optical gun is used to guide the non-diffused light to the light trap so that it can not reach the detection means.
  • the analysis system comprises a diffusion chamber comprising a sample of solid particles and arranged to intercept at least a portion of the light field generated by the illumination means.
  • This chamber makes it possible to contain a sample of particles to be analyzed, the illumination, trapping and detection means being disposed at openings in the chamber.
  • the analysis system also comprises means for driving the sample of solid particles capable of driving the sample. along the diffusion chamber at a predetermined speed.
  • These means make it possible to control the speed of the solid particles in the chamber and thus to know the flow rate of the medium to be analyzed.
  • the analysis system also comprises means for filtering the solid particles, arranged at the inlet of the diffusion chamber so as to select these solid particles according to their dimensions. It is thus possible to filter a range of particle sizes to be analyzed. Several filter heads are available for this purpose to choose the appropriate range.
  • the analysis system according to the invention is devoid of means of collection and focusing of the light scattered by the particles.
  • the invention also relates to a method for analyzing solid particles in a medium, comprising an illumination step of generating a light field in the medium, a step of trapping at least a portion of the light field generated and disposed in the direction of this light beam, and a step of detecting the light field scattered by these solid particles in this medium.
  • the step of detecting the scattered light field consists in photodetecting the light field scattered by the solid particles in the medium and in counting these solid particles in this medium, this detection step being carried out in a direction forming an angle substantially less than 30 ° with respect to the direction of the generated light field.
  • FIG. 1 a diagram of a system for analyzing solid particles in a medium according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 views of a system for analyzing solid particles in a medium.
  • FIG. 3 a diagram of a system for analyzing solid particles in a medium according to a second embodiment of the invention
  • - Figure 4 a diagram of a counter of an analysis system according to a particular embodiment of the invention.
  • a system 1 for analyzing solid particles in a medium 2 comprises an illumination means 3, a light trapping means 4, a means for 5 and a diffusion chamber 6 of the solid particles.
  • This system makes it possible to obtain the particle size of the aerosols, that is to say the concentration of particles by size range as a function of their diameter.
  • the illumination means 3 comprises a light source 31 and a diaphragm 32. It is arranged so that the light field that it generates is intercepted by the solid particles moving in the diffusion chamber 6, and thus the particles in motion diffract the light.
  • the light source 31 may be a laser diode, whose power may typically be of the order of ten or twenty milliwatts, which poses no major risk during a fortuitous and indirect observation of the beam with the eyes.
  • the beam is oblong with two Gaussian distributions at 90 ° from each other. It is also possible to consider that it is of almost rectangular shape, with a diameter of 3.5 x 1.5 millimeters.
  • the beam then passes through the diffusion chamber 6 with the widest side of the beam vertically, that is to say parallel to the chamber, which provides a transit time of the particles in the longest beam possible.
  • the chamber being cylindrical with a diameter of 22 millimeters, the volume of the beam in the chamber is 0.1155 cubic centimeters.
  • This light source 31 emits a light beam 30 in a given direction 31.
  • the diaphragm 32 is placed in front of the light source 31 so as to select only a part of the light field 30 generated by this source. It may be chosen for example the brightest part or the most homogeneous part of the light beam 30.
  • the main detection means 5 comprises a photodetector 52 and a counter 53. This detection means 5 is arranged to be oriented in a direction 51 forming an angle ⁇ equal to 15 ° with respect to the direction 31 of the light field 30 generated. by the light source 31. This angle is justified by the fact that at small angles of diffusion, the effect of the absorbency of the particles has little influence. Beyond 30 °, the absorbing effect becomes significant and the diffused flow falls sharply. Making measurements for a scattering angle between 10 ° and 20 ° then has several advantages.
  • the diffused stream is indeed at its maximum. Knowing that the liquid droplets are in a very small quantity for a size beyond 1 micrometer, the diffused flux comes exclusively from solid particles. At higher angles, the flux diffused by the absorbent solid particles becomes very weak and can be confused in some cases with the flux diffused by the large residual liquid particles.
  • the photodetector 52 is a photodiode, therefore preferably the collecting surface is the largest possible to observe the entire luminous flux in the diffusion chamber.
  • a photodiode collecting surface may typically be 3.6 millimeters square. This photodetector converts the received luminous flux into an electrical signal.
  • the counter 53 realizes a detector of electrical pulses converted by the photodiode 52 from the received scattered flux.
  • the counting technique for an angle of less than 30 °, and more particularly for an angle of 15 ° makes it possible to obtain, with good accuracy, the concentration of solid particles having a diameter of approximately 1 to 10 microns.
  • the intensity of the flux diffused at this angle makes it possible to statistically provide a qualitative estimate of the diameter of the detected particles. It is thus possible to provide the concentration of the particles for example in 3 size ranges: less than 1 micrometer, between 1 and 2.5 micrometers and between 2.5 and 10 micrometers.
  • the calibration of the instrument is performed using particles of various natures, from the lightest to the darkest possible. Thus, no use of a theoretical light diffusion calculation model (such as "Mie scattering") is necessary.
  • the counter 53 must process the received signal in order to filter it and to distinguish the electric pulses which correspond to a scattered particle with respect to a signal coming from a stray light. This element must take into account the order of magnitude of the luminous flux to be received by the detector.
  • the counter 53 comprises for that an analog-digital conversion block
  • the flow rate being 1 cubic meter per hour, the passage time of an aerosol in the laser beam of 3.5 mm thick is about 5 meters per second.
  • the analog-to-digital converter block 54 therefore operates at a frequency of at least 10 kHz in order to have sufficient sampling to see the width of the pulses as the particle passes through the beam. We should then have several tens of points that will characterize the length and intensity of the pulse.
  • the signal processing block
  • flow rate, light beam section, and chamber size values are given here by way of example.
  • the instrument can operate at lower or higher rates, which simply requires adjustment of the beam size of the light source and optimization of the detection rate.
  • the light trapping means 4 comprises an optical gun 41 and a light trap 42. It makes it possible to trap the non-diffused light, that is to say the light of which trajectory is not disturbed by the particles passing through the beam, so that it is not collected by a detector and then comes to disturb the result.
  • the optical gun 41 makes it possible to minimize the parasitic light reflections along the path of the light beam.
  • the light trap 42 makes it possible to avoid parasitic light reflections by the beam at the end of its path.
  • a second optical gun 43 makes it possible to adjust the field of view of the detector to the size of the optical chamber and to limit the range of diffusion angle observed.
  • the optical gun 41 is replaced by an optical fiber with a lens.
  • the optical gun is nevertheless preferred insofar as the optical fiber requires more precise adjustments and generates a significant loss of flow.
  • the diffusion chamber 6 has the shape of a cylindrical tube in which the particles are caused to move while passing through the tube. This chamber is surrounded by a dark chamber to avoid parasitic reflections on the walls of the tube and could disrupt the results of the measurement.
  • a pump-type suction device (not visible) makes it possible to drive the particles inside the tube of the chamber 6.
  • the flow rate of the air is typically of the order of 1 cubic meter per hour.
  • a dimensional selection device of impactor type placed upstream of the diffusion chamber makes it possible to pass only the particles having a certain range of diameters, for example a diameter of less than 10 micrometers.
  • FIGs. 2A to 2C show views of an implementation of a system analysis according to the embodiment previously described.
  • Figures 2A and 2B show in particular profile views of the system, while Figure 2C shows a sectional top view of this system.
  • the analysis system 1 is in the form of an optical module that can be integrated or connected to other modules, in particular electronic modules or display modules.
  • the diffusion chamber 6, which acts as a tube for sampling solid particles, is surrounded by a dark chamber 80 which makes it possible to isolate it and thus to protect itself from the effects of parasitic light.
  • the complementary detection means 7 similar to the main means 5, but oriented in a direction 71 forming an angle ⁇ substantially equal to 60 ° with respect to the direction 31 of the light field 30.
  • This complementary means 7 comprises a detector 72 and a counter 73 similar to those of the main means 5.
  • a third optical gun 44 makes it possible to adjust the field of view of the detector to the size of the optical chamber and to limit the range of diffusion angle observed.
  • the acquired data are analyzed (levels of signals broadcast at different angles), not from theoretical calculations of light scattering, but from a database obtained previously in the laboratory with this instrument. .
  • This database is open and can be supplemented according to new needs identified by the users.
  • the diffused flux is almost the same for the angles beyond 60 °, whereas it continues to decrease for less absorbent particles and that it can go back beyond 140 degrees.
  • the decay of the diffused flux is greater between 0 ° and 60 ° for absorbent and dark particles than for clear and / or transparent particles. Under these conditions, it is possible to define the ratio of the intensities of the scattered fluxes around 15 ° and from 60 °, this ratio being all the greater as the material considered is absorbent, and even smaller than the material is transparent.
  • the counter 53 of the analysis system 1 is now more particularly described with reference to FIG. 4.
  • the counter 53 comprises an analog-to-digital conversion block 54 and a signal processing block 55.
  • This counter 53 is in particular in charge of ensuring that the detection coming from the pulse detector is very real, as well as of knowing the level. of stray light. It minimizes certain influencing factors, such as electronic noise, humidity, drift over time, and so on.
  • the conversion block 54 must therefore perform a sampling of at least 20 kHz to separate the contribution of each particle, which occurs at the signal level in the form of a peak.
  • the photodiode 52 at a scattering angle of 15 ° serves to estimate the particle concentration.
  • the photodiode 72 at 60 ° is used to estimate the nature of the particles.
  • the signal processing unit 55 comprises a multilevel hysteresis comparator 56 and a processing unit 57.
  • the photodetector 52 and the processing unit 57 are powered by a power supply 58.
  • this block 55 also comprises means for eliminating the contribution of the residual parasitic light, which can change from one instrument to another, but also change over time. Thanks to these means, the background noise of the detector is decreased, substantially improving the noise immunity of the detector / comparator system. Particle detection with more sensitivity than without filter is then possible.
  • the 56 N-level hysteresis comparator allows the distinction of several sizes d ⁇ particles from the amplitude of the useful signal from the photodetector.
  • the hysteresis function of the comparator 56 makes it possible to overcome the sudden changes in the logic states at the output of the comparator when the form of the useful signal is not continuous in its progression.
  • the processing unit 57 of the different detection levels makes it possible to count the number of particles according to their dimensional classification, to validate the measurements by checking the values of the supply voltages of the photodetector, the output voltage level of the detector and the laser supply current and provides measurement results during continuous sampling periods.
  • the significant signal is also extracted, which can be mixed with stray light. Indeed, at small scattering angles, the contribution of stray light can become very large. The signal scattered by the particles adds to the stray light. Therefore, in order to detect the smallest particles and to estimate the size of the larger ones, it is important to extract the significant signal.
  • the continuous component of the signal representing the parasitic light
  • this continuous component is subtracted by filtering to the total signal recorded during the peak of diffusion (it remains only the signal diffused by the particle), and
  • the search for the continuous component is carried out regularly, in order to adapt to a possible temporal drift of the parasitic light.
  • the stray light may thus represent up to 99.9% of the signal.
  • the detection means are combined with a polarimetric analysis means of the scattered light field.
  • a polarizing system requiring the use of two scattering angle detectors where the measurements are conducted can be used. It is possible to reconstruct polarimetric light scattering curves for particles in the field of view.

Abstract

The present invention relates to a system (1) for analysing solid particles in a medium (2), including illumination means (3) suitable for generating a light field (30) in the medium (2), means (4) for trapping at least one section (30') of the light field (30) generated and arranged in the direction (31) of said light field (30), and main means (5) for detecting the light field (30") diffused by said solid particles in said medium (2). In said system, the main detection means (5) include a photodetector (52) for the light field (30") diffused by the solid particles in the medium (2) and a counter (53) of said solid particles in said medium (2), said main detection means (5) being positioned in a direction (51) forming an angle (a) substantially of 10° to 20º relative to the direction (31) of the light field (30) generated. The present invention also relates to a method for analysing solid particles in a medium (2) implementing such an analysis system (1).

Description

PROCEDE ET SYSTEME D'ANALYSE DE PARTICULES SOLIDES METHOD AND SYSTEM FOR ANALYSIS OF SOLID PARTICLES
DANS UN MILIEUIN A MIDDLE
La présente invention concerne un procédé et un système d'analyse de particules solides dans un milieu.The present invention relates to a method and a system for analyzing solid particles in a medium.
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention se rapporte au domaine de la détection et de la mesure de la quantité de particules solides (concentration, distribution en taille, masse totale, nature, etc.) présentes dans l'atmosphère. Elle s'applique notamment pour la mesure en continu d'aérosols afin d'améliorer la qualité de l'air, par exemple l'air ambiant, un rejet industriel ou un gaz moteur.The present invention relates to the field of detection and measurement of the amount of solid particles (concentration, size distribution, total mass, nature, etc.) present in the atmosphere. It applies in particular for the continuous measurement of aerosols to improve the quality of the air, for example ambient air, an industrial discharge or a motor gas.
Elle se rapporte plus particulièrement à un système d'analyse de particules solides dans un milieu, comprenant un moyen d'illumination apte à générer un champ lumineux dans le milieu, un moyen de piégeage d'au moins une partie du champ lumineux généré et disposé dans la direction de ce champ lumineux, et un moyen principal de détection du champ lumineux diffusé par ces particules solides dans ce milieu.It relates more particularly to a system for analyzing solid particles in a medium, comprising an illumination means capable of generating a light field in the medium, a means for trapping at least a portion of the light field generated and arranged in the direction of this light field, and a main means of detecting the light field scattered by these solid particles in this medium.
Elle se rapporte également à un procédé d'analyse de particules solides dans un milieu, comprenant une étape d'illumination consistant à générer un champ lumi- neux dans le milieu, une étape de piégeage d'au moins une partie du champ lumineux généré et disposé dans la direction de ce faisceau lumineux, et une étape de détection du champ lumineux diffusé par ces particules solides dans ce milieu.It also relates to a method for analyzing solid particles in a medium, comprising an illumination step of generating a light field in the medium, a step of trapping at least a portion of the generated light field, and disposed in the direction of this light beam, and a step of detecting the light field scattered by these solid particles in this medium.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF THE PRIOR ART
L'impact des particules sur la santé publique impose la mise en œuvre d'instruments de détection et de mesure des particules solides dans l'atmosphère qui présentent une grande précision et qui puissent détecter des particules de toutes natures, y compris les particules les plus sombres comme les suies ainsi que les particules de petites dimensions, typiquement inférieures à quelques micromètres.The impact of particles on public health requires the implementation of instruments for the detection and measurement of solid particles in the atmosphere that are highly accurate and capable of detecting particles of all types, including the most dark as soot as well as small particles, typically less than a few microns.
Une première technique de mesure des particules solides dans l'atmosphère consiste en une mesure manuelle gravimétrique, par prélèvement des particules avec un filtre puis pesée des particules filtrées. Cette technique considérée comme la référence au sens réglementaire, demeure une technique inadaptée pour faire des opérations de contrôle sur site en temps réel du fait de la nécessité d'un traitement manuel.A first technique for measuring solid particles in the atmosphere consists of a manual gravimetric measurement, by sampling the particles with a filter and then weighing the filtered particles. This technique, considered as the reference to the regulatory sense, remains an unsuitable technique for real-time on-site control operations due to the need for manual processing.
Une deuxième technique connue consiste à utiliser un dispositif de microbalance à élément oscillant aux fins de disposer d'une mesure automatique adaptée aux opérations de contrôle sur site. Une telle mesure présente l'inconvénient d'être dépendante des conditions ambiantes, en particulier de l'humidité, ainsi que de la composition des particules dans le cas où des composés volatiles sont présents. Pour compenser cette dépendance, des corrections empiriques sont mises en œuvre par l'ajout de coefficients déterminés a posteriori, ce qui s'avère contraignant et peu fiable.A second known technique is to use an oscillating microbalance device to provide an automatic measurement suitable for on-site control operations. Such a measure has the disadvantage of being dependent on the ambient conditions, in particular the humidity, as well as the composition of the particles in the case where volatile compounds are present. To compensate for this dependence, empirical corrections are implemented by adding coefficients determined a posteriori, which proves to be constraining and unreliable.
Une troisième technique connue consiste en l'absorption d'un rayonnement Bêta. Cette solution, dite « jauge Bêta », implique l'utilisation d'une source radioactive et s'avère également inutilisable en temps réel. En effet, en fonction de la concentration en particules solides, un résultat de mesure peut être obtenu chaque heure au mieux. De plus, cette technique voit son minimum de détection se dégrader pour des particules de petites dimensions.A third known technique is the absorption of beta radiation. This so-called "Beta gauge" solution involves the use of a radioactive source and is also unusable in real time. Indeed, depending on the concentration of solid particles, a measurement result can be obtained each hour at best. In addition, this technique sees its minimum detection degrade for small particles.
Pour améliorer la précision sur la mesure et éviter de détruire l'échantillon, des solutions utilisant des mesures optiques non intrusives ont été développées pour déterminer la concentration en particules du milieu ainsi que la distribution par gamme de tailles. Ces techniques sont sensibles à de fortes variations temporelles de la concentration en aérosols et peuvent permettre de détecter de très faibles concentrations.To improve measurement accuracy and avoid sample destruction, solutions using non-intrusive optical measurements were developed to determine the particle concentration of the medium as well as the size range distribution. These techniques are sensitive to large temporal variations in aerosol concentration and can detect very low concentrations.
Ces solutions consistent principalement à prélever et à canaliser les particules solides, sous forme d'aérosols, dans un conduit. Un dispositif d'émission d'un rayonnement laser éclaire ces particules solides, ce qui provoque la diffusion de ce rayonnement. Un dispositif de détection est agencé vis-à-vis du dispositif d'émission de manière à collecter une partie de la lumière diffusée. Cette lumière diffusée collectée permet de réaliser une mesure quantitative du nombre de particules (comptage) qui est ensuite convertie en concentration massique ainsi que d'avoir un classement par gamme de tailles.These solutions consist mainly of collecting and channeling the solid particles, in the form of aerosols, into a conduit. A device for transmitting a Laser radiation illuminates these solid particles, which causes the scattering of this radiation. A detection device is arranged with respect to the transmitting device so as to collect a part of the scattered light. This scattered light collected makes it possible to perform a quantitative measurement of the number of particles (counting) which is then converted into mass concentration and to have a classification by size range.
Plusieurs moyens de mesure optique sont connus. Un premier moyen est un photomètre permettant de mesurer de manière instantanée les variations de flux liées aux variations de concentration en particules solides. On peut alors déduire des mesures de photométrie la variation de la concentration en particules solides par unité de temps. Un deuxième moyen est un compteur d'aérosols pour analyser la présence de particules par un détecteur d'impulsions. Cette technique permet d'estimer la concentration en particules entre un seuil de taille minimale et un seuil de taille maximale. Il peut également mesurer la taille des particules par l'intensité du flux lumineux détecté. Il est également possible de combiner ces deux moyens pour obtenir des résultats hybrides.Several optical measurement means are known. A first means is a photometer for instantaneous measurement of the flux variations related to the variations in concentration of solid particles. It is then possible to deduce from photometry measurements the variation of the concentration of solid particles per unit of time. A second means is an aerosol counter for analyzing the presence of particles by a pulse detector. This technique makes it possible to estimate the particle concentration between a minimum size threshold and a maximum size threshold. It can also measure the particle size by the intensity of the detected luminous flux. It is also possible to combine these two means to obtain hybrid results.
Une solution fondée sur une mesure optique est présentée dans le document de brevet US 2003/0054566. Dans ce document, un aérosol contenant des particules solides est introduit dans une cellule de mesure. Un faisceau laser traverse une fenêtre d'entrée jusqu'à l'intérieur de la cellule de mesure et intercepte le flux d'aérosol. Le faisceau laser est diffracté sur les particules de l'aérosol, ces dernières constituant un obstacle à la lumière. La lumière diffusée qui est générée par la diffraction du faisceau laser traverse ensuite une fenêtre de sortie, puis est focalisée au moyen d'une lentille vers un détecteur. On obtient ainsi une mesure de la lumière diffusée par les particules.An optical measurement based solution is disclosed in US 2003/0054566. In this document, an aerosol containing solid particles is introduced into a measuring cell. A laser beam passes through an entrance window to the inside of the measuring cell and intercepts the aerosol flow. The laser beam is diffracted on the particles of the aerosol, the latter constituting an obstacle to light. The scattered light that is generated by diffraction of the laser beam then passes through an exit window, and is then focused by means of a lens to a detector. This gives a measure of the light scattered by the particles.
Cette solution présente toutefois un inconvénient majeur. La collection de la lumière diffusée par les particules solides ne permet pas d'obtenir une précision de mesure acceptable. Ainsi cette technique souffre d'imprécision sur les résultats fournis, notamment lors de la présence de particules de petites dimensions et sombres, comme les suies. Une autre solution est décrite dans le document de brevet CA 2 017 031. Dans ce document, une source lumineuse génère un faisceau lumineux en direction du milieu à analyser. Un collecteur de la lumière diffusée comprend en outre un matériau transparent et fluorescent. Des photorécepteurs sont disposés de manière à être couplés optiquement à certaines régions du collecteur par lesquelles la lumière diffusée peut sortir.This solution, however, has a major drawback. The collection of the light scattered by the solid particles does not make it possible to obtain acceptable measurement precision. Thus this technique suffers from inaccuracy on the results provided, especially when there are small particles and dark, such as soot. Another solution is described in patent document CA 2 017 031. In this document, a light source generates a light beam towards the medium to be analyzed. A scattered light collector further comprises a transparent and fluorescent material. Photoreceptors are arranged to be optically coupled to certain regions of the collector through which the scattered light may exit.
L'inconvénient de cette solution réside dans la position des détecteurs et la complexité de mise en oeuvre. Cette disposition des détecteurs ne fournit pas toujours une quantité de lumière diffusée suffisante en vue d'obtenir une précision élevée sur les résultats de mesure, en particulier pour des particules sombres et/ou absorbantes et celles de petite taille.The disadvantage of this solution lies in the position of the detectors and the complexity of implementation. This arrangement of the detectors does not always provide a sufficient quantity of scattered light in order to obtain a high precision on the measurement results, in particular for dark and / or absorbent particles and those of small size.
Une autre solution est décrite dans le document de brevet US 5,043,591. Dans ce document, un système d'analyse de particules comprend une première chambre de diffusion, des moyens pour fournir un échantillon de fluide sous la forme d'un flux laminaire dans la première chambre de diffusion, ainsi qu'un faisceau lumineux - par exemple généré par un laser - agencé pour intercepter l'échantillon à des angles droits par rapport à la direction du flux de l'échantillon au niveau d'un point focal d'un premier miroir concave. Ce premier miroir concave est utilisé pour diriger la lumière diffusée par les particules individuelles dans l'échantillon vers au moins un collecteur de lumière. Le système comprend également des moyens de conversion de la lumière collectée en des signaux électriques en vue de leur traitement et de leur analyse, ainsi que des moyens de piégeage de la lumière non diffusée. Il est ainsi possible de collecter un flux lumineux diffusé plus important, ce qui améliore la précision sur les mesures de lumière diffusée par les particules.Another solution is described in US Patent 5,043,591. In this document, a particle analysis system comprises a first diffusion chamber, means for providing a fluid sample in the form of a laminar flow in the first diffusion chamber, and a light beam - for example laser generated - arranged to intercept the sample at right angles to the direction of sample flow at a focal point of a first concave mirror. This first concave mirror is used to direct the light scattered by the individual particles in the sample to at least one light collector. The system also includes means for converting collected light into electrical signals for processing and analysis, and means for trapping non-scattered light. It is thus possible to collect a larger scattered light flux, which improves the accuracy on the light measurements scattered by the particles.
Toujours dans ce document, il est également prévu de pratiquer une ouverture dans le premier miroir concave pour mener jusqu'à une deuxième chambre de diffusion comprenant un deuxième miroir concave et un collecteur de lumière disposé au niveau de son point focal proche et positionné de sorte que son point focal lointain soit au point d'interception du faisceau lumineux et de l'échantillon. Le but de cette deuxième chambre de diffusion est de permettre la détection et l'analyse de la lumière diffusée à de faibles angles par des particules individuelles. Cette partie du faisceau lumineux fournit en effet des informations en vue de déterminer les dimensions des particules.Still in this document, it is also planned to make an opening in the first concave mirror to lead to a second diffusion chamber comprising a second concave mirror and a light collector disposed at its near focal point and positioned so its distant focal point is at the intercept point of the light beam and the sample. The purpose of this second diffusion chamber is to allow detection and analysis of light scattered at low angles by individual particles. This part of The light beam provides information to determine the particle size.
Cette solution permet alors, en temps réel, à la fois de compter les particules individuelles dans un échantillon afin de distinguer différentes formes de particules - sphériques ou non sphériques - et de les compter séparément, ainsi que de classer les particules par catégories de dimensions.This solution then makes it possible, in real time, both to count the individual particles in a sample in order to distinguish different shapes of particles - spherical or nonspherical - and to count them separately, as well as to classify the particles by size categories.
Néanmoins, cette solution présente l'inconvénient d'être coûteuse et complexe à mettre en œuvre. En effet, les chambres de diffusion, les optiques de collimation et les miroirs concaves, bien que fournissant plus de lumière diffusée en direction des collecteurs, s'avèrent relativement coûteux et difficiles à assembler.Nevertheless, this solution has the disadvantage of being expensive and complex to implement. Indeed, the diffusion chambers, the collimation optics and the concave mirrors, although providing more light scattered towards the collectors, are relatively expensive and difficult to assemble.
Par ailleurs, avec les techniques connues de mesures optiques, des situations très différentes sur la taille et la nature des particules peuvent conduire à des flux lumineux similaires à certains angles de diffusion, ce qui en fait des techniques considérées comme peu fiables pour l'identification de la nature des particules.Furthermore, with the known techniques of optical measurements, very different situations on the size and nature of the particles can lead to light fluxes similar to certain scattering angles, which makes them techniques considered unreliable for identification. of the nature of the particles.
Ainsi aucune solution de l'état de la technique ne permet d'effectuer un comptage précis et en temps réel afin de déterminer la concentration des particules de peti-tes dimensions et une mesure photométrique afin d'estimer la taille des particules et leurs différentes natures, en particulier dans le cas de particules sombres et/ou de petites dimensions, tout en étant simple de mise en œuvre et peu coûteux.Thus, no solution of the state of the art makes it possible to perform an accurate count in real time in order to determine the concentration of the small particle size and a photometric measurement in order to estimate the size of the particles and their different natures. , especially in the case of dark particles and / or small dimensions, while being simple to implement and inexpensive.
OBJET DE L'INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION
Le but de la présente invention est de remédier à ces complexités techniques ; elle propose pour cela de disposer d'un moyen de détection simple à réaliser et à mettre un oeuvre, comprenant des éléments de comptage et de photométrie, de manière à être orienté dans une direction formant un angle inférieur à 30° par rapport à la direction du champ lumineux généré par le moyen d'illumination. La mesure de l'intensité de la lumière diffusée à ces angles permet d'estimer le nombre de particules par gammes de dimensions quasiment indépendamment de leur nature. L'approche de la solution a consisté à étudier le comportement de la lumière vis-à- vis de particules de différents indices optiques, transparentes ou absorbantes, et de diamètres compris entre 0,3 et 30 micromètres, et à valider puis étalonner le concept par des particules réelles de natures diverses. Il est alors apparu, de manière surprenante, que la détection présente un niveau plus élevé pour des angles de diffusion sensiblement inférieurs à 20°.The object of the present invention is to overcome these technical complexities; it proposes for this purpose to have a detection means that is simple to perform and to put a work of art, including counting and photometry elements, so as to be oriented in a direction forming an angle of less than 30 ° with respect to the direction the light field generated by the illumination means. The measurement of the intensity of the light scattered at these angles makes it possible to estimate the number of particles per size range almost independently of their nature. The approach of the solution consisted in studying the behavior of the light vis-à-vis particles of different optical indexes, transparent or absorbing, and diameters between 0.3 and 30 micrometers, and to validate then to calibrate the concept by real particles of various natures. Surprisingly, it has become apparent that the detection has a higher level for diffusion angles substantially less than 20 °.
Dans ce but, l'invention a pour objet un système d'analyse de particules solides dans un milieu, comprenant un moyen d'illumination apte à générer un champ lumineux dans le milieu, un moyen de piégeage d'au moins une partie du champ lumineux généré et disposé dans la direction de ce champ lumineux, et un moyen principal de détection du champ lumineux diffusé par les particules solides dans le milieu. Dans ce système, le moyen principal de détection comprend un photodétecteur du champ lumineux diffusé par les particules solides dans le milieu et un compteur de ces particules solides dans ce milieu, ce moyen principal de détection étant orienté dans une direction formant un angle sensiblement inférieur à 30° par rapport à la direction dudit champ lumineux généré.For this purpose, the subject of the invention is a system for analyzing solid particles in a medium, comprising an illumination means capable of generating a light field in the medium, a means for trapping at least part of the field generated and arranged in the direction of this light field, and a main means of detecting the light field scattered by the solid particles in the medium. In this system, the main detection means comprises a photodetector of the light field scattered by the solid particles in the medium and a counter of these solid particles in this medium, this main detection means being oriented in a direction forming an angle substantially smaller than 30 ° with respect to the direction of said generated light field.
Cette solution permet de réaliser de manière simple un système précis d'analyse de particules solides en temps réel, sans utiliser de moyen de collection de la lumière diffusée par les particules, comme par exemple une lentille ou un miroir concave qui aurait encombré le système et compliqué sa mise en œuvre. L'invention utilise pour se faire un angle de diffusion permettant une meilleure détection des particules sombres et de petites dimensions. Cet angle de détection minimise l'influence de l'indice de réfraction des particules sur le flux mesuré, la mesure n'étant alors sensible qu'à la taille des grains.This solution makes it possible to simply produce a precise system for analyzing solid particles in real time, without using a means of collecting the light scattered by the particles, such as for example a concave lens or mirror which would have clogged up the system and complicated its implementation. The invention uses a diffusion angle for better detection of dark particles and small dimensions. This detection angle minimizes the influence of the refractive index of the particles on the measured flux, the measurement then being sensitive only to the size of the grains.
En effet, pour un angle inférieur à 30°, le fait que les particules soient ou non absorbantes influence peu la quantité de lumière diffusée. Cette quantité est dominée par le diamètre de la particule et non par son albédo, i.e. le fait qu'elle soit claire ou sombre. Pour des angles de diffusion plus élevés, la lumière diffusée est fortement dépendante du pouvoir d'absorption des particules, celle-ci étant d'autant plus faible que la particule est absorbante. Ainsi les instruments effectuant conventionnellement des mesures entre 60° et 180° détectent aisément les particules claires et/ou transparentes, mais ne détectent les particules de grandes dimensions seulement lorsqu'elles sont sombres.Indeed, for an angle less than 30 °, the fact that the particles are or not absorbing little influence the amount of light scattered. This quantity is dominated by the diameter of the particle and not by its albedo, ie whether it is light or dark. At higher scattering angles, the scattered light is highly dependent on the absorption capacity of the particles, which is all the lower as the particle is absorbent. Thus instruments conventionally making measurements between 60 ° and 180 ° easily detect the clear and / or transparent particles, but only detect large particles when they are dark.
De préférence, le moyen principal de détection est orienté dans une direction formant un angle sensiblement compris entre 10° et 20° par rapport à la direction du champ lumineux. Des mesures à un angle de diffusion inférieur à 10° ne sont en effet pas optimales du fait de la contamination par la source lumineuse.Preferably, the main detection means is oriented in a direction forming an angle substantially between 10 ° and 20 ° with respect to the direction of the light field. Measurements at a diffusion angle of less than 10 ° are indeed not optimal because of the contamination by the light source.
De préférence, le moyen principal de détection est orienté dans une direction formant un angle sensiblement égal à 15° par rapport à la direction du champ lumineux, ce qui permet de réaliser un comptage optimal des particules solides.Preferably, the main detection means is oriented in a direction forming an angle substantially equal to 15 ° with respect to the direction of the light field, which allows an optimum count of the solid particles.
Selon une variante préférée de l'invention, le système d'analyse comprend également au moins un moyen complémentaire de détection du champ lumineux diffusé par les particules solides dans le milieu, ce moyen complémentaire de détection comprenant un photodétecteur du champ lumineux diffusé par les particules solides dans le milieu et un compteur de ces particules solides dans ce milieu. En utilisant ainsi plusieurs moyens de détection disposés à des angles différents, à savoir un moyen principal entre 0° et 30° et au moins un moyen complémentaire entre 40° et 140°, on obtient simultanément des mesures à des angles de diffusion afin d'estimer la nature des particules majoritaires dans l'atmosphère analysé, par comparaison avec des mesures expérimentales de référence obtenues en laboratoire.According to a preferred variant of the invention, the analysis system also comprises at least one additional means for detecting the light field scattered by the solid particles in the medium, this complementary detection means comprising a photodetector of the light field scattered by the particles. solid in the middle and a counter of these solid particles in this medium. By thus using several detection means arranged at different angles, namely a principal means between 0 ° and 30 ° and at least one complementary means between 40 ° and 140 °, measurements are obtained simultaneously at angles of diffusion in order to estimate the nature of the majority particles in the analyzed atmosphere by comparison with experimental reference measurements obtained in the laboratory.
En effet, une mesure à un deuxième angle de diffusion sensiblement compris entre 40° et 140° rend le flux diffusé très dépendant de l'indice, ce qui permet d'accéder plus particulièrement à une estimation de la nature des particules.Indeed, a measurement at a second diffusion angle substantially between 40 ° and 140 ° makes the diffused flux very dependent on the index, which gives access more particularly to an estimate of the nature of the particles.
De préférence, au moins un moyen complémentaire de détection est orienté dans une direction formant un angle compris sensiblement entre 40° et 140° par rapport à la direction du champ lumineux.Preferably, at least one complementary detection means is oriented in a direction forming an angle of substantially between 40 ° and 140 ° with respect to the direction of the light field.
Dans ce dernier cas, ce moyen complémentaire de détection est orienté de préférence dans une direction formant un angle sensiblement égal à 100° par rapport à la direction du champ lumineux.In the latter case, this complementary detection means is preferably oriented in a direction forming an angle substantially equal to 100 ° by relation to the direction of the luminous field.
De préférence, au moins un moyen complémentaire de détection est orienté dans une direction formant un angle sensiblement égal à 60° par rapport à la direction du champ lumineux.Preferably, at least one complementary detection means is oriented in a direction forming an angle substantially equal to 60 ° with respect to the direction of the light field.
Selon une variante préférée de l'invention, le système d'analyse comprend également au moins un moyen complémentaire de détection du champ lumineux diffusé par les particules solides dans Ie milieu, ce moyen complémentaire de détection comprenant un photodétecteur du champ lumineux diffusé par les particules solides dans le milieu et un compteur de ces particules solides dans ce milieu, et étant orienté dans une direction formant un angle sensiblement égal à 160° par rapport à la direction du champ lumineux.According to a preferred variant of the invention, the analysis system also comprises at least one additional means for detecting the light field scattered by the solid particles in the medium, this complementary detection means comprising a photodetector of the light field scattered by the particles. solid in the medium and a counter of these solid particles in this medium, and being oriented in a direction forming an angle substantially equal to 160 ° with respect to the direction of the light field.
Le système selon l'invention, ainsi constitué de plusieurs moyens de détection disposés à des angles judicieusement choisis, permet d'accéder de manière simultanée à différentes informations sur les particules. En effet, en plus de la concentration de particules fournie par le moyen de détection entre 0e et 20°, il est possible de différencier les particules solides sèches de celles hydratées et de celles uniquement liquides.The system according to the invention, thus consisting of several detection means arranged at carefully chosen angles, allows simultaneous access to different information on the particles. Indeed, in addition to the concentration of particles provided by the detecting means e between 0 and 20 °, it is possible to differentiate the dry solid particles of hydrated those and only those liquids.
Dans une variante particulière de l'invention, au moins un compteur comprend un bloc de traitement du signal généré par le moyen de détection correspondant.In a particular variant of the invention, at least one counter comprises a signal processing block generated by the corresponding detection means.
Dans ce dernier cas, de préférence, un signal impulsionnel généré par le moyen de détection est rejeté par le bloc de traitement de signal correspondant si sa durée ne dépasse pas une valeur seuil fonction de la vitesse des particules solides dans le milieu, afin d'éliminer des fausses détections dues au bruit électronique.In the latter case, preferably, a pulse signal generated by the detection means is rejected by the corresponding signal processing block if its duration does not exceed a threshold value depending on the speed of the solid particles in the medium, in order to eliminate false detections due to electronic noise.
Le photodétecteur et le compteur sont combinés pour obtenir des informations complémentaires sur les particules solides. Le photodétecteur permet de classer les particules par catégories de dimensions, tandis que le compteur permet de compter les particules solides par détection des impulsions lumineuses reçues afin de fournir la concentration totale en particules par unité de volume, ainsi que la concentration par unité de volume pour des particules par gamme de taille.The photodetector and the counter are combined to obtain additional information on the solid particles. The photodetector classifies the particles by size categories, while the counter allows the solid particles to be counted by detecting the light pulses received in order to provide the total concentration of particles per unit volume, as well as the concentration per unit volume for particles by size range.
Selon une variante particulière de l'invention, le système d'analyse comprend également un moyen d'analyse polarimétrique du champ lumineux diffusé. En combinant ainsi un moyen de détection par comptage et photométrie et un moyen d'analyse polarimétrique, on obtient un ensemble d'informations complémentaires permettant d'améliorer la précision sur les résultats fournis, notamment sur la nature des particules.According to a particular variant of the invention, the analysis system also comprises a polarimetric analysis means of the scattered light field. By thus combining counting and photometric detection means and polarimetric analysis means, a set of complementary information is obtained that makes it possible to improve the accuracy of the results provided, in particular on the nature of the particles.
Dans un mode particulier de réalisation, le moyen d'illumination comprend une source lumineuse constituée d'une diode laser.In a particular embodiment, the illumination means comprises a light source consisting of a laser diode.
Dans un autre mode particulier de réalisation, le moyen d'illumination comprend un diaphragme de sélection d'une partie du champ lumineux, ce qui permet de sélectionner une partie du faisceau lumineux, par exemple la partie la plus brillante ou la plus homogène.In another particular embodiment, the illumination means comprises a diaphragm for selecting a part of the light field, which makes it possible to select a part of the light beam, for example the brightest or the most homogeneous part.
Dans un autre mode particulier de réalisation, le moyen de piégeage comprend un canon optique et un piège à lumière. Ce moyen de piégeage, situé dans la direction du champ lumineux généré par le moyen d'illumination, permet d'éviter que la lumière non diffusée ne vienne fortement parasiter les mesures effectuées par les moyens de détection. Le canon optique permet de guider la lumière non diffusée jusqu'au piège à lumière afin que celle-ci ne puisse atteindre les moyens de détection.In another particular embodiment, the trapping means comprises an optical gun and a light trap. This trapping means, located in the direction of the light field generated by the illumination means, makes it possible to prevent the non-scattered light from strongly interfering with the measurements made by the detection means. The optical gun is used to guide the non-diffused light to the light trap so that it can not reach the detection means.
Dans une variante particulière de l'invention, le système d'analyse comprend une chambre de diffusion comportant un échantillon de particules solides et disposé de manière à intercepter au moins une partie du champ lumineux généré par le moyen d'illumination. Cette chambre permet de contenir un échantillon de particules à analyser, les moyens d'illumination, de piégeage et de détection étant disposés au niveau d'ouvertures pratiquées dans la chambre.In a particular variant of the invention, the analysis system comprises a diffusion chamber comprising a sample of solid particles and arranged to intercept at least a portion of the light field generated by the illumination means. This chamber makes it possible to contain a sample of particles to be analyzed, the illumination, trapping and detection means being disposed at openings in the chamber.
Avantageusement, le système d'analyse comprend également des moyens d'entraînement de l'échantillon de particules solides aptes à entraîner l'échantillon le long de la chambre de diffusion à une vitesse prédéterminée. Ces moyens permettent de contrôler la vitesse des particules solides dans la chambre et donc de connaître le débit du milieu à analyser.Advantageously, the analysis system also comprises means for driving the sample of solid particles capable of driving the sample. along the diffusion chamber at a predetermined speed. These means make it possible to control the speed of the solid particles in the chamber and thus to know the flow rate of the medium to be analyzed.
Avantageusement, le système d'analyse comprend également des moyens de filtrage des particules solides, disposés à l'entrée de la chambre de diffusion de manière à sélectionner ces particules solides en fonction de leurs dimensions. On peut ainsi filtrer une gamme de tailles de particules à analyser. Plusieurs têtes de filtrage sont à cet effet disponibles pour choisir la gamme adéquate.Advantageously, the analysis system also comprises means for filtering the solid particles, arranged at the inlet of the diffusion chamber so as to select these solid particles according to their dimensions. It is thus possible to filter a range of particle sizes to be analyzed. Several filter heads are available for this purpose to choose the appropriate range.
De préférence, le système d'analyse selon l'invention est dépourvu de moyen de collection et de focalisation de la lumière diffusée par les particules.Preferably, the analysis system according to the invention is devoid of means of collection and focusing of the light scattered by the particles.
L'invention concerne également un procédé d'analyse de particules solides dans un milieu, comprenant une étape d'illumination consistant à générer un champ lumineux dans le milieu, une étape de piégeage d'au moins une partie du champ lumineux généré et disposé dans la direction de ce faisceau lumineux, et une étape de détection du champ lumineux diffusé par ces particules solides dans ce milieu. Dans ce procédé d'analyse, l'étape de détection du champ lumineux diffusé consiste à réaliser une photodétection du champ lumineux diffusé par les particules solides dans le milieu et à compter ces particules solides dans ce milieu, cette étape de détection s'opérant dans une direction formant un angle sensiblement inférieur à 30° par rapport à la direction du champ lumineux généré.The invention also relates to a method for analyzing solid particles in a medium, comprising an illumination step of generating a light field in the medium, a step of trapping at least a portion of the light field generated and disposed in the direction of this light beam, and a step of detecting the light field scattered by these solid particles in this medium. In this analysis method, the step of detecting the scattered light field consists in photodetecting the light field scattered by the solid particles in the medium and in counting these solid particles in this medium, this detection step being carried out in a direction forming an angle substantially less than 30 ° with respect to the direction of the generated light field.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation, accompagnée de figures représentant respectivement :The invention will be better understood on reading the detailed description of a nonlimiting exemplary embodiment, accompanied by figures respectively representing:
- la figure 1 , un schéma d'un système d'analyse de particules solides dans un milieu selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2, des vues d'un système d'analyse de particules solides dans un milieu selon le mode particulier de réalisation de l'invention, la figure 3, un schéma d'un système d'analyse de particules solides dans un milieu selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, et - la figure 4, un schéma d'un compteur d'un système d'analyse selon un mode particulier de réalisation de l'invention.FIG. 1, a diagram of a system for analyzing solid particles in a medium according to a first embodiment of the invention; and FIG. 2, views of a system for analyzing solid particles in a medium. according to the particular embodiment of the invention, FIG. 3, a diagram of a system for analyzing solid particles in a medium according to a second embodiment of the invention, and - Figure 4, a diagram of a counter of an analysis system according to a particular embodiment of the invention.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERSDETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
En référence à la figure 1 , un système 1 d'analyse de particules solides dans un milieu 2, selon un premier mode de réalisation de l'invention, comprend un moyen d'illumination 3, un moyen de piégeage 4 de lumière, un moyen de détection 5 et une chambre de diffusion 6 des particules solides. Ce système permet d'obtenir la granulométrie des aérosols, c'est-à-dire la concentration en particules par gamme de tailles en fonction de leur diamètre.With reference to FIG. 1, a system 1 for analyzing solid particles in a medium 2, according to a first embodiment of the invention, comprises an illumination means 3, a light trapping means 4, a means for 5 and a diffusion chamber 6 of the solid particles. This system makes it possible to obtain the particle size of the aerosols, that is to say the concentration of particles by size range as a function of their diameter.
Le moyen d'illumination 3 comprend une source lumineuse 31 et un diaphragme 32. Il est disposé de sorte que le champ lumineux qu'il génère soit intercepté par les particules solides en mouvement dans la chambre de diffusion 6, et qu'ainsi les particules en mouvement diffractent la lumière.The illumination means 3 comprises a light source 31 and a diaphragm 32. It is arranged so that the light field that it generates is intercepted by the solid particles moving in the diffusion chamber 6, and thus the particles in motion diffract the light.
La source lumineuse 31 peut être une diode laser, dont la puissance peut être typiquement de l'ordre de la dizaine ou d'une vingtaine de milliwatts, ce qui ne présente pas de risque majeur lors d'une observation fortuite et indirecte du faisceau avec les yeux. Le faisceau est de forme oblongue avec deux distributions gaussiennes à 90° l'une de l'autre. Il est également possible de considérer qu'il est de forme quasi rectangulaire, avec un diamètre de 3,5 x 1 ,5 millimètres. Le faisceau traverse alors la chambre de diffusion 6 avec le côté le plus large du faisceau en vertical, c'est-à-dire parallèle à la chambre, ce qui fournit un temps de transit des particules dans le faisceau le plus long possible. La chambre étant cylindrique avec un diamètre de 22 millimètres, le volume du faisceau dans la chambre est de 0,1155 centimètres cube. Cette source lumineuse 31 émet un faisceau lumineux 30 dans une direction donnée 31.The light source 31 may be a laser diode, whose power may typically be of the order of ten or twenty milliwatts, which poses no major risk during a fortuitous and indirect observation of the beam with the eyes. The beam is oblong with two Gaussian distributions at 90 ° from each other. It is also possible to consider that it is of almost rectangular shape, with a diameter of 3.5 x 1.5 millimeters. The beam then passes through the diffusion chamber 6 with the widest side of the beam vertically, that is to say parallel to the chamber, which provides a transit time of the particles in the longest beam possible. The chamber being cylindrical with a diameter of 22 millimeters, the volume of the beam in the chamber is 0.1155 cubic centimeters. This light source 31 emits a light beam 30 in a given direction 31.
Le diaphragme 32 est placé devant la source lumineuse 31 de manière à sélectionner uniquement une partie du champ lumineux 30 généré par cette source. Il pourra être choisi par exemple la partie la plus brillante ou la partie la plus homogène du faisceau lumineux 30. Le moyen principal de détection 5 comprend un photodétecteur 52 et un compteur 53. Ce moyen de détection 5 est disposé de manière à être orienté dans une direction 51 formant un angle α égal à 15° par rapport à la direction 31 du champ lumineux 30 généré par la source lumineuse 31. Cet angle est justifié par le fait qu'aux petits angles de diffusion, l'effet du pouvoir absorbant des particules a peu d'influence. Au-delà de 30°, l'effet absorbant devient significatif et le flux diffusé chute fortement. Effectuer des mesures pour un angle de diffusion entre 10° et 20° présente alors plusieurs avantages. Le flux diffusé y est en effet à son maximum. Sachant que les gouttelettes liquides sont en très faible quantité pour une dimension au-delà de 1 micromètre, le flux diffusé provient exclusivement des particules solides. Aux angles plus élevés, le flux diffusé par les particules solides absorbantes devient très faible et peut être confondu dans certains cas avec le flux diffusé par les particules liquides résiduelles de grandes dimensions.The diaphragm 32 is placed in front of the light source 31 so as to select only a part of the light field 30 generated by this source. It may be chosen for example the brightest part or the most homogeneous part of the light beam 30. The main detection means 5 comprises a photodetector 52 and a counter 53. This detection means 5 is arranged to be oriented in a direction 51 forming an angle α equal to 15 ° with respect to the direction 31 of the light field 30 generated. by the light source 31. This angle is justified by the fact that at small angles of diffusion, the effect of the absorbency of the particles has little influence. Beyond 30 °, the absorbing effect becomes significant and the diffused flow falls sharply. Making measurements for a scattering angle between 10 ° and 20 ° then has several advantages. The diffused stream is indeed at its maximum. Knowing that the liquid droplets are in a very small quantity for a size beyond 1 micrometer, the diffused flux comes exclusively from solid particles. At higher angles, the flux diffused by the absorbent solid particles becomes very weak and can be confused in some cases with the flux diffused by the large residual liquid particles.
Le photodétecteur 52 est une photodiode, préférentiellement donc la surface collectrice est la plus grande possible afin d'observer la totalité du flux lumineux dans la chambre de diffusion. Une surface collectrice de photodiode peut être typiquement de 3,6 millimètres carré. Ce photodétecteur permet de convertir le flux lumineux reçu en signal électrique.The photodetector 52 is a photodiode, therefore preferably the collecting surface is the largest possible to observe the entire luminous flux in the diffusion chamber. A photodiode collecting surface may typically be 3.6 millimeters square. This photodetector converts the received luminous flux into an electrical signal.
Le compteur 53 réalise un détecteur d'impulsions électriques converties par la photodiode 52 à partir du flux diffusé reçu.The counter 53 realizes a detector of electrical pulses converted by the photodiode 52 from the received scattered flux.
La technique de comptage pour un angle inférieur à 30°, et plus particulièrement pour un angle de 15°, permet d'obtenir avec une bonne précision la concentration en particules solides ayant un diamètre d'environ 1 à 10 micromètres. De plus, l'intensité du flux diffusé à cet angle permet de fournir statistiquement une estimation qualitative du diamètre des particules détectées. Il est ainsi possible de fournir la concentration des particules par exemple dans 3 gammes de tailles : inférieures à 1 micromètre, entre 1 et 2,5 micromètres et entre 2,5 et 10 micromètres.The counting technique for an angle of less than 30 °, and more particularly for an angle of 15 °, makes it possible to obtain, with good accuracy, the concentration of solid particles having a diameter of approximately 1 to 10 microns. In addition, the intensity of the flux diffused at this angle makes it possible to statistically provide a qualitative estimate of the diameter of the detected particles. It is thus possible to provide the concentration of the particles for example in 3 size ranges: less than 1 micrometer, between 1 and 2.5 micrometers and between 2.5 and 10 micrometers.
L'étalonnage de l'instrument (valeurs des flux mesurées en fonction de la taille des particules) est effectué en utilisant des particules de natures diverses, des plus claires aux plus sombres possibles. Ainsi, aucune utilisation d'un modèle théorique de calcul de diffusion lumineuse (telle « la diffusion de Mie ») n'est nécessaire. Le compteur 53 doit traiter le signal reçu afin de le filtrer et de distinguer les impulsions électriques qui correspondent à une particule diffusée par rapport à un signal issu d'une lumière parasite. Cet élément doit tenir compte de l'ordre de grandeur du flux lumineux à reçu par le détecteur.The calibration of the instrument (flux values measured according to particle size) is performed using particles of various natures, from the lightest to the darkest possible. Thus, no use of a theoretical light diffusion calculation model (such as "Mie scattering") is necessary. The counter 53 must process the received signal in order to filter it and to distinguish the electric pulses which correspond to a scattered particle with respect to a signal coming from a stray light. This element must take into account the order of magnitude of the luminous flux to be received by the detector.
Le compteur 53 comporte pour cela un bloc de conversion analogique-numériqueThe counter 53 comprises for that an analog-digital conversion block
54 et un bloc de traitement du signal 55. Le débit étant de 1 mètre cube par heure, le temps de passage d'un aérosol dans le faisceau laser de 3,5 mm d'épaisseur est d'environ 5 mètres par seconde. Le bloc de conversion analogique-numérique 54 fonctionne donc à une fréquence d'au moins 10 kHz afin d'avoir un échantillonnage suffisant pour voir la largeur des impulsions lorsque la particule traverse le faisceau. On devrait alors disposer de plusieurs dizaines de points qui permettront de caractériser la longueur et l'intensité de l'impulsion. Le bloc de traitement du signal54 and a signal processing block 55. The flow rate being 1 cubic meter per hour, the passage time of an aerosol in the laser beam of 3.5 mm thick is about 5 meters per second. The analog-to-digital converter block 54 therefore operates at a frequency of at least 10 kHz in order to have sufficient sampling to see the width of the pulses as the particle passes through the beam. We should then have several tens of points that will characterize the length and intensity of the pulse. The signal processing block
55 sera décrit plus bas en référence à la figure 4.55 will be described below with reference to FIG. 4.
L'homme du métier notera qu'aucune lentille, ou plus généralement aucun moyen de collection et de focalisation de la lumière, n'est intégrée au système d'analyse 1 , ce qui rend plus facile l'intégration du système et réduit fortement ses coûts de réalisation. Il est clair pour l'homme du métier que l'absence de lentille permet également de diminuer la lumière parasite, ainsi que de s'affranchir d'éventuels problèmes de dérèglements optiques, notamment lors de variations de température du milieu ambiant ou de manutention de l'instrument. Cette absence permet également de réduire le champ de vue uniquement à un largeur angulaire de quelques degrés, ce qui permet d'améliorer la comparaison des valeurs mesures à celles déterminées théoriquement ou à partir d'une base de données.Those skilled in the art will note that no lens, or more generally no means of collection and focusing of the light, is integrated in the analysis system 1, which makes the integration of the system easier and greatly reduces its implementation costs. It is clear to a person skilled in the art that the absence of a lens also makes it possible to reduce the stray light, as well as to overcome possible problems of optical disturbances, in particular during variations in ambient temperature or handling of light. the instrument. This absence also makes it possible to reduce the field of view only to an angular width of a few degrees, which makes it possible to improve the comparison of the measured values with those determined theoretically or from a database.
L'homme du métier notera également que les valeurs de débit, de section du faisceaux lumineux et de taille de la chambre sont données ici à titre d'exemple. L'instrument peut fonctionner avec des débits plus faibles ou plus élevés, ce qui nécessite simplement un ajustement des dimensions du faisceau de la source lumineuse et une optimisation de la vitesse de détection.Those skilled in the art will also appreciate that the flow rate, light beam section, and chamber size values are given here by way of example. The instrument can operate at lower or higher rates, which simply requires adjustment of the beam size of the light source and optimization of the detection rate.
Le moyen de piégeage de lumière 4 comprend un canon optique 41 et un piège à lumière 42. Il permet de piéger la lumière non diffusée, c'est-à-dire dont la trajectoire n'est pas perturbée par les particules qui traversent le faisceau, afin que celle-ci ne soit pas collectée par un détecteur et ne vienne alors perturber le résultat.The light trapping means 4 comprises an optical gun 41 and a light trap 42. It makes it possible to trap the non-diffused light, that is to say the light of which trajectory is not disturbed by the particles passing through the beam, so that it is not collected by a detector and then comes to disturb the result.
Le canon optique 41 permet de minimiser les réflexions lumineuses parasites au long du parcours du faisceau lumineux.The optical gun 41 makes it possible to minimize the parasitic light reflections along the path of the light beam.
Le piège à lumière 42 permet d'éviter les réflexions lumineuses parasites par le faisceau au terme de son parcours.The light trap 42 makes it possible to avoid parasitic light reflections by the beam at the end of its path.
Un second canon optique 43 permet d'ajuster le champ de vue du détecteur à la dimension de la chambre optique et de limiter le domaine d'angle de diffusion observé.A second optical gun 43 makes it possible to adjust the field of view of the detector to the size of the optical chamber and to limit the range of diffusion angle observed.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le canon optique 41 est remplacé par une fibre optique avec une lentille. Le canon optique est néanmoins préféré dans la mesure où la fibre optique nécessite des réglages plus précis et engendre une perte de flux non négligeable.In another embodiment of the invention, the optical gun 41 is replaced by an optical fiber with a lens. The optical gun is nevertheless preferred insofar as the optical fiber requires more precise adjustments and generates a significant loss of flow.
La chambre de diffusion 6 présente la forme d'un tube cylindrique dans lequel les particules sont amenées à être en mouvement en traversant le tube. Cette chambre est entourée d'une chambre noire permettant d'éviter des réflexions parasites sur les parois du tube et qui pourraient perturber les résultats de la mesure.The diffusion chamber 6 has the shape of a cylindrical tube in which the particles are caused to move while passing through the tube. This chamber is surrounded by a dark chamber to avoid parasitic reflections on the walls of the tube and could disrupt the results of the measurement.
Un dispositif d'aspiration de type pompe (non visibles) permet d'entraîner les particules à l'intérieur du tube de la chambre 6. Le débit de l'air est typiquement de l'ordre de 1 mètre cube par heure.A pump-type suction device (not visible) makes it possible to drive the particles inside the tube of the chamber 6. The flow rate of the air is typically of the order of 1 cubic meter per hour.
Un dispositif de sélection dimensionnel de type impacteur (non visible) placé en amont de la chambre de diffusion permet de ne laisser passer que les particules présentant une certaine gamme de diamètres, par exemple un diamètre inférieur à 10 micromètres.A dimensional selection device of impactor type (not visible) placed upstream of the diffusion chamber makes it possible to pass only the particles having a certain range of diameters, for example a diameter of less than 10 micrometers.
Les figures 2A à 2C représentent des vues d'une mise en œuvre d'un système d'analyse selon le mode de réalisation précédemment décrit. Les figures 2A et 2B représentent en particulier des vues de profil du système, tandis que la figure 2C représente une vue de dessus en coupe de ce système.Figs. 2A to 2C show views of an implementation of a system analysis according to the embodiment previously described. Figures 2A and 2B show in particular profile views of the system, while Figure 2C shows a sectional top view of this system.
Le système d'analyse 1 se présente sous la forme d'un module optique qui peut être intégré ou relié à d'autres modules, en particulier des modules électroniques ou des modules d'affichage. La chambre de diffusion 6, qui joue le rôle de tube de prélèvement des particules solides, est entouré d'une chambre noire 80 qui permet de l'isoler et ainsi de se prémunir des effets de lumières parasites.The analysis system 1 is in the form of an optical module that can be integrated or connected to other modules, in particular electronic modules or display modules. The diffusion chamber 6, which acts as a tube for sampling solid particles, is surrounded by a dark chamber 80 which makes it possible to isolate it and thus to protect itself from the effects of parasitic light.
On décrit maintenant un deuxième mode de réalisation du système d'analyse des particules solides en référence à la figure 3.A second embodiment of the solid particle analysis system is now described with reference to FIG.
Les éléments de ce système d'analyse sont similaires à ceux du système d'analyse selon le premier mode de réalisation décrit précédemment en référence aux figuresThe elements of this analysis system are similar to those of the analysis system according to the first embodiment described above with reference to FIGS.
1 et 2. Il comprend également un moyen complémentaire de détection 7 analogue au moyen principal 5, mais orienté dans une direction 71 formant un angle β sensiblement égal à 60° par rapport à la direction 31 du champ lumineux 30. Ce moyen complémentaire 7 comprend un détecteur 72 et un compteur 73 similaires à ceux du moyen principale 5. Un troisième canon optique 44 permet d'ajuster le champ de vue du détecteur à la dimension de la chambre optique et de limiter le domaine d'angle de diffusion observé.1 and 2. It also comprises a complementary detection means 7 similar to the main means 5, but oriented in a direction 71 forming an angle β substantially equal to 60 ° with respect to the direction 31 of the light field 30. This complementary means 7 comprises a detector 72 and a counter 73 similar to those of the main means 5. A third optical gun 44 makes it possible to adjust the field of view of the detector to the size of the optical chamber and to limit the range of diffusion angle observed.
Une mesure simultanée pour un angle de diffusion de 60°, là où l'effet de l'ab- sorption est le plus évident, permet d'accéder à une estimation du pouvoir d'absorption, et donc de la nature des particules diffusantes. Cet angle correspond en effet à la zone où les particules les plus absorbantes diffusent le moins de lumière.A simultaneous measurement for a diffusion angle of 60 °, where the effect of absorption is most obvious, gives access to an estimate of the absorption power, and thus the nature of the scattering particles. This angle corresponds to the area where the most absorbing particles diffuse the least light.
Pour cela, il est procédé à l'analyse des données acquises (niveaux de signaux diffusés aux différents angles), non pas à partir de calculs théoriques de diffusion lumineuse, mais à partir d'une base de données obtenue préalablement en laboratoire avec cet instrument. Cette base de données est ouverte et peut être complétée en fonction de nouveaux besoins identifiés par les utilisateurs. L'homme du métier notera que des particules très absorbantes, le flux diffusé est quasiment le même pour les angles au-delà de 60°, alors qu'il continue à décroître pour des particules moins absorbantes et qu'il peut remonter au-delà de 140°. De plus, la décroissance du flux diffusé est plus forte entre 0° et 60° pour des particules absorbantes et sombres que pour des particules claires et/ou transparentes. Dans ces conditions, il est possible de définir le rapport des intensités des flux diffusés autour de 15° et à partir de 60°, ce rapport étant d'autant plus grand que le matériau considéré est absorbant, et d'autant plus petit que le matériau est transparent.For this, the acquired data are analyzed (levels of signals broadcast at different angles), not from theoretical calculations of light scattering, but from a database obtained previously in the laboratory with this instrument. . This database is open and can be supplemented according to new needs identified by the users. Those skilled in the art will note that very absorbent particles, the diffused flux is almost the same for the angles beyond 60 °, whereas it continues to decrease for less absorbent particles and that it can go back beyond 140 degrees. In addition, the decay of the diffused flux is greater between 0 ° and 60 ° for absorbent and dark particles than for clear and / or transparent particles. Under these conditions, it is possible to define the ratio of the intensities of the scattered fluxes around 15 ° and from 60 °, this ratio being all the greater as the material considered is absorbent, and even smaller than the material is transparent.
Ainsi, en combinant les mesures aux alentours de 15° et 60°, il est possible de fournir une estimation de la nature des particules dominant le milieu étudié. Cette analyse est conduite en effectuant le rapport des signaux mesurés sur les deux voies pendant quelques secondes et en comparant les résultats à des mesures de références obtenues en laboratoires pour des familles de particules : composés carbonés, suies, sables, silices, silicates blancs, cendres industrielles, etc. Cette approche de comparaison par rapport à une base de données permet de s'affranchir de l'utilisation de modèles de diffusion lumineuse ne donnant que des résultats très imparfaits dans le cas de particules irrégulières.Thus, by combining the measurements at around 15 ° and 60 °, it is possible to provide an estimate of the nature of the particles dominating the medium studied. This analysis is carried out by carrying out the ratio of the signals measured on the two channels for a few seconds and by comparing the results with reference measurements obtained in laboratories for families of particles: carbon compounds, soot, sands, silicas, white silicates, ashes industrial, etc. This comparison approach compared to a database makes it possible to dispense with the use of light scattering models giving only very imperfect results in the case of irregular particles.
D'autres moyens complémentaires de détection peuvent être utilisés à d'autres angles de diffusion, ce qui permet de fournir des informations complémentaires. Le nombre de ces moyens de détection reste toutefois limité par leur encombrement.Other complementary detection means can be used at other angles of diffusion, which makes it possible to provide additional information. The number of these detection means remains limited by their size.
On décrit maintenant plus particulièrement le compteur 53 du système d'analyse 1 selon un mode particulier de réalisation de l'invention, en référence à la figure 4.The counter 53 of the analysis system 1 according to a particular embodiment of the invention is now more particularly described with reference to FIG. 4.
Le compteur 53 comprend un bloc de conversion analogique-numérique 54 et un bloc de traitement de signal 55. Ce compteur 53 est notamment en charge d'assurer que la détection provenant du détecteur d'impulsion est bien réelle, ainsi que de connaître le niveau de lumière parasite. Il permet de minimiser certains facteurs d'influence, comme le bruit électronique, l'humidité, la dérive dans le temps, etc.The counter 53 comprises an analog-to-digital conversion block 54 and a signal processing block 55. This counter 53 is in particular in charge of ensuring that the detection coming from the pulse detector is very real, as well as of knowing the level. of stray light. It minimizes certain influencing factors, such as electronic noise, humidity, drift over time, and so on.
Pour un faisceau de section 0,33 centimètres carré, avec un débit de 1 mètre cube par heure et une concentration de 1 particule par centimètre cube, il devrait être détecté jusqu'à quelques particules par seconde. Le bloc de conversion 54 doit donc effectuer un échantillonnage d'au moins 20 kHz pour bien séparer la contribution de chaque particule, qui se présente au niveau du signal sous la forme d'un pic.For a section beam of 0.33 square centimeters, with a flow rate of 1 cubic meter per hour and a concentration of 1 particle per cubic centimeter, it should be detected up to a few particles per second. The conversion block 54 must therefore perform a sampling of at least 20 kHz to separate the contribution of each particle, which occurs at the signal level in the form of a peak.
II peut être enregistré par exemple 10 secondes de mesure, puis recherché simultanément dans les signaux d'une photodiode - ou de plusieurs dans le cas d'un système multi-détections - tous les pics présents. Chaque maxima relatif correspond à la détection d'une particule. En fonction du niveau de signal, on peut estimer si on est en présence d'une grosse particule (signal fort), d'une particule moyenne ou d'une petite particule (signal proche de la limite de détection et du bruit de fond dû aux aérosols liquides).It can be recorded for example 10 seconds of measurement, then searched simultaneously in the signals of a photodiode - or several in the case of a multi-detections system - all the peaks present. Each relative maxima corresponds to the detection of a particle. Depending on the signal level, we can estimate whether we are dealing with a large particle (strong signal), an average particle or a small particle (signal close to the limit of detection and background noise due to with liquid aerosols).
La photodiode 52 à un angle de diffusion de 15° sert à estimer la concentration en particules. La photodiode 72 à 60° sert à estimer la nature des particules. Ainsi, dans le cas de deux détecteurs, il est nécessaire de diviser point à point les deux lignes de mesures. Il faut ensuite identifier à chaque position des pics la valeur du rapport entre les intensités mesurées à 15° et 60°. Ce rapport varie d'un pic à l'autre si la nature des particules change. Il est nécessaire préalablement de conduire des mesures en laboratoire avec des particules aux propriétés optiques connues afin d'établir empiriquement des valeurs de ce rapport.The photodiode 52 at a scattering angle of 15 ° serves to estimate the particle concentration. The photodiode 72 at 60 ° is used to estimate the nature of the particles. Thus, in the case of two detectors, it is necessary to divide the two measurement lines point by point. It is then necessary to identify at each position of the peaks the value of the ratio between the intensities measured at 15 ° and 60 °. This ratio varies from one peak to another if the nature of the particles changes. It is necessary beforehand to carry out laboratory measurements with particles with known optical properties in order to empirically establish values of this ratio.
Comme illustré figure 4, le bloc de traitement du signal 55 comprend un comparateur Hystérésis multi-niveaux 56 et une unité de traitement 57. Le photodétecteur 52 et l'unité de traitement 57 sont alimentés par une alimentation 58.As illustrated in FIG. 4, the signal processing unit 55 comprises a multilevel hysteresis comparator 56 and a processing unit 57. The photodetector 52 and the processing unit 57 are powered by a power supply 58.
Dans un mode de réalisation avantageux de ce bloc 55, celui-ci comprend également des moyens pour éliminer la contribution de la lumière parasite résiduelle, qui peut changer d'un instrument à l'autre, mais aussi évoluer au cours du temps. Grâce à ces moyens, le bruit de fond du détecteur est diminué, améliorant sensiblement l'immunité au bruit du système détecteur/comparateur. Une détection de particules avec plus de sensibilité que sans filtre est alors possible.In an advantageous embodiment of this block 55, it also comprises means for eliminating the contribution of the residual parasitic light, which can change from one instrument to another, but also change over time. Thanks to these means, the background noise of the detector is decreased, substantially improving the noise immunity of the detector / comparator system. Particle detection with more sensitivity than without filter is then possible.
Le comparateur 56 Hystérésis à N niveaux permet la distinction de plusieurs tailles dθ particules à partir de l'amplitude du signal utile issu du photodétecteur. La fonction Hystérésis du comparateur 56 permet de s'affranchir des changements brutaux des états logiques en sortie du comparateur lorsque la forme du signal utile n'est pas continue dans sa progression.The 56 N-level hysteresis comparator allows the distinction of several sizes dθ particles from the amplitude of the useful signal from the photodetector. The hysteresis function of the comparator 56 makes it possible to overcome the sudden changes in the logic states at the output of the comparator when the form of the useful signal is not continuous in its progression.
L'unité de traitement 57 des différents niveaux de détection permet de compter le nombre de particules en fonction de leur classification dimensionnelle, de valider les mesures en contrôlant les valeurs des tensions d'alimentation du photodétecteur, le niveau de tension de sortie du détecteur et le courant d'alimentation du laser et permet d'obtenir des résultats de mesure pendant des périodes continues d'échantillonnage.The processing unit 57 of the different detection levels makes it possible to count the number of particles according to their dimensional classification, to validate the measurements by checking the values of the supply voltages of the photodetector, the output voltage level of the detector and the laser supply current and provides measurement results during continuous sampling periods.
Au niveau de cette unité de traitement 57, il est également procédé à une extraction du signal significatif, qui peut être mélangé à de la lumière parasite. En effet, aux petits angles de diffusion, la contribution de la lumière parasite peut devenir très majoritaire. Le signal diffusé par les particules s'ajoute à la lumière parasite. Dès lors, afin de détecter les particules les plus petites et d'estimer la taille des plus grosses, il importe d'extraire le signal significatif.At this processing unit 57, the significant signal is also extracted, which can be mixed with stray light. Indeed, at small scattering angles, the contribution of stray light can become very large. The signal scattered by the particles adds to the stray light. Therefore, in order to detect the smallest particles and to estimate the size of the larger ones, it is important to extract the significant signal.
Dans ce dessein, la procédure suivant peut être exécutée pour estimer en temps quasi réel la lumière parasite et obtenir le signal réel utile :For this purpose, the following procedure can be executed to estimate near-real-time the stray light and obtain the real useful signal:
- avant un pic de diffusion lumineuse, la composante continue du signal, représentant la lumière parasite, est déterminée sur un intervalle de temps dont la durée est supérieure ou égale à celle d'un pic de diffusion, - cette composante continue est soustraite par filtrage au signal total enregistré lors du pic de diffusion (il ne reste alors que le signal diffusé par la particule), etbefore a peak of light scattering, the continuous component of the signal, representing the parasitic light, is determined over a time interval whose duration is greater than or equal to that of a diffusion peak, this continuous component is subtracted by filtering to the total signal recorded during the peak of diffusion (it remains only the signal diffused by the particle), and
- la recherche de la composante continue est effectuée régulièrement, afin de s'adapter à une possible dérive temporelle de la lumière parasite.the search for the continuous component is carried out regularly, in order to adapt to a possible temporal drift of the parasitic light.
De la sorte, aucun ré-étalonnage de l'instrument n'est nécessaire. Par ailleurs, cette procédure permet d'extraire un signal significatif qui peut être de l'ordre de 0,1 % ou plus du signal total (la lumière parasite pouvant donc représenter jusqu'à 99,9 % du signal). Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est également possible de considérer la forme du signal enregistré. Du fait du temps de traversée des particules dans le faisceau d'une certaine épaisseur, le signal doit être sous la forme d'un pic d'une certaine largeur liée à la vitesse des particules. Dès lors, tout signal de durée très inférieure à ce temps peut être considéré comme du bruit. Le décalage électronique et la contribution de la lumière parasite peuvent être calculés entre deux pics bien séparés.In this way, no re-calibration of the instrument is necessary. Moreover, this procedure makes it possible to extract a significant signal which may be of the order of 0.1% or more of the total signal (the stray light may thus represent up to 99.9% of the signal). In another embodiment of the invention, it is also possible to consider the form of the recorded signal. Due to the passage time of the particles in the beam of a certain thickness, the signal must be in the form of a peak of a certain width related to the speed of the particles. Therefore, any signal of duration much less than this time can be considered as noise. The electronic shift and the contribution of stray light can be calculated between two well separated peaks.
Dans une autre variante de l'invention, les moyens de détection sont combinés avec un moyen d'analyse polarimétrique du champ lumineux diffusé. Un système polarisant nécessitant l'utilisation de deux détecteurs par angle de diffusion où les mesures sont conduites peut être utilisé. Il est possible de reconstruire les courbes de diffusion lumineuse polarimétriques pour les particules dans le champ de vue.In another variant of the invention, the detection means are combined with a polarimetric analysis means of the scattered light field. A polarizing system requiring the use of two scattering angle detectors where the measurements are conducted can be used. It is possible to reconstruct polarimetric light scattering curves for particles in the field of view.
Ces mesures, par comparaison à une base de donnée obtenue préalablement en laboratoire, permettent d'accéder à la distribution en taille des particules et d'estimer leurs natures.These measurements, compared to a database obtained previously in the laboratory, allow access to the particle size distribution and to estimate their natures.
Les modes de réalisation précédemment décrits de la présente invention sont donnés à titre d'exemples et ne sont nullement limitatifs. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. The previously described embodiments of the present invention are given by way of examples and are in no way limiting. It is understood that the skilled person is able to realize different variants of the invention without departing from the scope of the patent.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Système (1) d'analyse de particules solides dans un milieu (2), comprenant un moyen d'illumination (3) apte à générer un champ lumineux (30) dans le milieu (2), un moyen de piégeage (4) d'au moins une partie (30') du champ lumineux (30) généré et disposé dans la direction (31) dudit champ lumineux (30), et un moyen principal de détection (5) du champ lumineux (30") diffusé par lesdites particules solides dans ledit milieu (2), caractérisé en ce que ledit moyen principal de détection (5) comprend un photodétecteur (52) du champ lumineux (30") diffusé par lesdites particules solides dans ledit milieu (2) et un compteur (53) desdites particules solides dans ledit milieu (2), ledit moyen principal de détection (5) étant orienté dans une direction (51) formant un angle (α) sensiblement compris entre 10° et 20° par rapport à la direction (31) du champ lumineux (30).1 - System (1) for analyzing solid particles in a medium (2), comprising an illumination means (3) capable of generating a light field (30) in the medium (2), a trapping means (4) ) at least a portion (30 ') of the light field (30) generated and arranged in the direction (31) of said light field (30), and a main detection means (5) of the light field (30 ") broadcast by said solid particles in said medium (2), characterized in that said main detection means (5) comprises a photodetector (52) of the light field (30 ") diffused by said solid particles in said medium (2) and a counter (53) said solid particles in said medium (2), said main detection means (5) being oriented in a direction (51) forming an angle (α) substantially between 10 ° and 20 ° with respect to the direction (31); ) of the light field (30).
2 - Système (1) d'analyse selon la revendication 1 , dans lequel le moyen principal de détection (5) est orienté dans une direction (51) formant un angle (α) sensiblement égal à 15° par rapport à la direction (31) du champ lumineux (30).2 - System (1) for analysis according to claim 1, wherein the main detection means (5) is oriented in a direction (51) forming an angle (α) substantially equal to 15 ° with respect to the direction (31). ) of the light field (30).
3 - Système (1) d'analyse selon la revendication 1 ou 2, comprenant également au moins un moyen complémentaire de détection (7) du champ lumineux3 - System (1) for analysis according to claim 1 or 2, also comprising at least one additional means for detecting (7) the light field
(30'") diffusé par les particules solides dans le milieu (2), ledit moyen complémentaire de détection (7) comprenant un photodétecteur (72) du champ lumineux (30'") diffusé par lesdites particules solides dans ledit milieu (2) et un compteur (73) desdites particules solides dans ledit milieu (2).(30 '") diffused by the solid particles in the medium (2), said complementary detection means (7) comprising a photodetector (72) of the light field (30'") diffused by said solid particles in said medium (2) and a counter (73) of said solid particles in said medium (2).
4 - Système (1) d'analyse selon la revendication 3, dans lequel au moins un moyen complémentaire de détection (7) est orienté dans une direction (71) formant un angle (β) compris sensiblement entre 40° et 140° par rapport à la direction (31) du champ lumineux (30).4 - System (1) for analysis according to claim 3, wherein at least one complementary detection means (7) is oriented in a direction (71) forming an angle (β) substantially between 40 ° and 140 ° relative to to the direction (31) of the light field (30).
5 - Système (1 ) d'analyse selon la revendication 4, dans lequel au moins un moyen complémentaire de détection (7) est orienté de préférence dans une direction formant un angle (β) sensiblement égal à 100° par rapport à la direction (31 ) du champ lumineux (30). 6 - Système (1) d'analyse selon la revendication 4 ou 5, dans lequel au moins un moyen complémentaire de détection (7) est orienté dans une direction (71 ) formant un angle (β) sensiblement égal à 60° par rapport à la direction (31) du champ lumineux (30).5 - System (1) for analysis according to claim 4, wherein at least one complementary detection means (7) is preferably oriented in a direction forming an angle (β) substantially equal to 100 ° with respect to the direction ( 31) of the light field (30). 6 - System (1) for analysis according to claim 4 or 5, wherein at least one complementary detection means (7) is oriented in a direction (71) forming an angle (β) substantially equal to 60 ° with respect to the direction (31) of the light field (30).
7 - Système (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes, comprenant également au moins un moyen complémentaire de détection du champ lumineux diffusé par les particules solides dans le milieu, ledit moyen complémentaire de détection comprenant un photodétecteur du champ lumineux diffusé par lesdites particules solides dans ledit milieu (2) et un compteur desdites particules solides dans ledit milieu (2), et étant orienté dans une direction formant un angle sensiblement égal à 160° par rapport à la direction (31) du champ lumineux (30).7 - System (1) for analysis according to one of the preceding claims, also comprising at least one additional means for detecting the light field scattered by the solid particles in the medium, said complementary detection means comprising a photodetector of the scattered light field by said solid particles in said medium (2) and a counter of said solid particles in said medium (2), and being oriented in a direction forming an angle substantially equal to 160 ° with respect to the direction (31) of the light field (30). ).
8 - Système (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un compteur (53) comprend un bloc (55) de traitement du signal généré par le moyen de détection (5) correspondant.8 - System (1) for analysis according to one of the preceding claims, wherein at least one counter (53) comprises a block (55) for processing the signal generated by the corresponding detection means (5).
9 - Système (1) d'analyse selon la revendication 8, dans lequel un signal impulsionnel généré par le moyen de détection (5) est rejeté par le bloc (55) de traitement de signal correspondant si sa durée ne dépasse pas une valeur seuil fonction de la vitesse des particules solides dans le milieu (2).9 - Analysis system (1) according to claim 8, wherein a pulse signal generated by the detection means (5) is rejected by the corresponding signal processing block (55) if its duration does not exceed a threshold value. a function of the velocity of the solid particles in the medium (2).
10 - Système (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes, comprenant également un moyen d'analyse polarimétrique du champ lumineux diffusé.10 - System (1) for analysis according to one of the preceding claims, also comprising a polarimetric analysis means of the scattered light field.
11 - Système (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'illumination (3) comprend une source lumineuse (31) constituée d'une diode laser.11 - System (1) for analysis according to one of the preceding claims, wherein the illumination means (3) comprises a light source (31) consisting of a laser diode.
12 - Système (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'illumination (3) comprend un diaphragme (32) de sélection d'une partie du champ lumineux (30) généré. 13 - Système (1) d'analyse selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le moyen de piégeage (4) comprend un canon optique (41) et un piège à lumière (42).12 - System (1) for analysis according to one of the preceding claims, wherein the illumination means (3) comprises a diaphragm (32) for selecting a portion of the light field (30) generated. 13 - System (1) for analysis according to one of the preceding claims, wherein the trapping means (4) comprises an optical gun (41) and a light trap (42).
14 - Système (1 ) d'analyse selon l'une des revendications précédentes, comprenant une chambre de diffusion (6) comportant un échantillon de particules solides et disposé de manière à intercepter au moins une partie du champ lumineux (30) généré par le moyen d'illumination (3).14 - System (1) for analysis according to one of the preceding claims, comprising a diffusion chamber (6) comprising a sample of solid particles and arranged to intercept at least a portion of the light field (30) generated by the means of illumination (3).
15 - Système (1 ) d'analyse selon la revendication 14, comprenant également des moyens d'entraînement de l'échantillon de particules solides aptes à entraîner ledit échantillon le long de la chambre de diffusion (6) à une vitesse prédéterminée.Analysis system (1) according to claim 14, also comprising means for driving the sample of solid particles capable of driving said sample along the diffusion chamber (6) at a predetermined speed.
16 - Système (1) d'analyse selon la revendication 14 ou 15, comprenant également des moyens de filtrage des particules solides, disposés à l'entrée de la chambre de diffusion (6) de manière à sélectionner lesdites particules solides en fonction de leurs dimensions.16 - System (1) for analysis according to claim 14 or 15, also comprising means for filtering solid particles, arranged at the inlet of the diffusion chamber (6) so as to select said solid particles according to their dimensions.
17 - Système (1) d'analyse selon l'une des revendication précédentes, dépourvu de moyen de collection et de focalisation de la lumière diffusée par les particules.17 - System (1) for analysis according to one of the preceding claim, devoid of means of collection and focusing of the light scattered by the particles.
18 - Procédé d'analyse de particules solides dans un milieu (2), comprenant une étape d'illumination consistant à générer un champ lumineux (30) dans le milieu (2), une étape de piégeage d'au moins une partie (30') du champ lumineux (30) généré et disposé dans la direction (31 ) dudit faisceau lumineux (30), et une étape de détection du champ lumineux (30") diffusé par lesdites particules solides dans ledit milieu (2), caractérisé en ce que l'étape de détection dudit champ lumineux (30") diffusé consiste à réaliser une photodétection du champ lumineux (30") diffusé par lesdites particules solides dans ledit milieu (2) et à compter lesdites particules solides dans ledit milieu (2), ladite étape de détection s'opérant dans une direction (51) formant un angle (α) sensiblement compris entre 10° et 20° par rapport à la direction (31) dudit champ lumineux (30) généré. 18 - Method for analyzing solid particles in a medium (2), comprising an illumination step of generating a light field (30) in the medium (2), a step of trapping at least a portion (30) ') of the light field (30) generated and arranged in the direction (31) of said light beam (30), and a light field detection step (30 ") scattered by said solid particles in said medium (2), characterized in the step of detecting said diffused light field (30 ") consists of photodetecting the light field (30") scattered by said solid particles in said medium (2) and counting said solid particles in said medium (2) said detection step being effected in a direction (51) forming an angle (α) substantially between 10 ° and 20 ° with respect to the direction (31) of said generated light field (30).
EP09795454A 2008-11-18 2009-11-17 Method and system for analysing solid particles in a medium Withdrawn EP2364438A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0806447A FR2938649B1 (en) 2008-11-18 2008-11-18 METHOD AND SYSTEM FOR ANALYSIS OF SOLID PARTICLES IN A MEDIUM
PCT/FR2009/001321 WO2010058102A1 (en) 2008-11-18 2009-11-17 Method and system for analysing solid particles in a medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2364438A1 true EP2364438A1 (en) 2011-09-14

Family

ID=40756547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09795454A Withdrawn EP2364438A1 (en) 2008-11-18 2009-11-17 Method and system for analysing solid particles in a medium

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20110310386A1 (en)
EP (1) EP2364438A1 (en)
JP (1) JP2012509486A (en)
KR (1) KR20120013297A (en)
FR (1) FR2938649B1 (en)
WO (1) WO2010058102A1 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013063426A2 (en) * 2011-10-26 2013-05-02 Research Triangle Institute, International Aerosol exposure monitoring
CN104390896B (en) * 2013-07-22 2017-01-18 南通大学 Measurement precision improved optical system for detecting size and shape of microparticle
CN104390897B (en) * 2013-07-22 2016-08-24 南通大学 Improve detection molecule size and the optical system of shape of beam uniformity
CN104458510B (en) * 2013-07-22 2016-08-24 南通大学 Improve detection of particles size and the optical system of shape of detection accuracy
CN103364317B (en) * 2013-07-22 2015-06-10 南通大学 Optical system for detecting size and shape of micro-particles
DE102017001438B4 (en) * 2017-02-15 2023-04-27 Paragon Ag particle sensor
CN108051344A (en) * 2017-11-23 2018-05-18 浙江工业大学 The realtime on-line monitoring method of polishing fluid bulky grain in a kind of polishing process
US20210252237A1 (en) * 2018-07-04 2021-08-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device and method for determining an aerosol delivery
KR102103344B1 (en) * 2019-12-03 2020-05-29 주식회사 다산에스엠 Fine dust meter Using Light Scattering Sensing Method
KR102103333B1 (en) * 2019-12-03 2020-04-22 주식회사 다산에스엠 Fine dust meter Using Light Scattering Sensing Method
CN112504924B (en) * 2020-12-21 2022-12-02 华南师范大学 Scattered light receiving system for dynamic light scattering method
FR3119236B1 (en) 2021-01-22 2023-12-22 Brgm On-site detection system for asbestos particles in construction materials

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3600094A (en) * 1968-11-12 1971-08-17 American Standard Inc Suspended solids concentration measurement using circular polarized light
US3770351A (en) * 1971-11-23 1973-11-06 Science Spectrum Optical analyzer for microparticles
GB2141553B (en) * 1983-06-14 1987-06-03 Standard Telephones Cables Ltd Scatter cells for photo sensors
CH671329A5 (en) * 1986-01-21 1989-08-31 Interzeag Ag
GB8726305D0 (en) 1987-11-10 1987-12-16 Secr Defence Portable particle analysers
DE3917571A1 (en) 1989-05-30 1990-12-06 Sick Optik Elektronik Erwin METHOD FOR MEASURING THE INTENSITY OF SPARKLIGHT AND MEASURING DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD
JPH05149865A (en) * 1991-12-01 1993-06-15 Horiba Ltd Fine particle counter
JPH09273987A (en) * 1996-04-03 1997-10-21 Fuji Electric Co Ltd Method and apparatus for measuring particle size, count concentration or turbidity of fine particle in liquid
US5943130A (en) * 1996-10-21 1999-08-24 Insitec, Inc. In situ sensor for near wafer particle monitoring in semiconductor device manufacturing equipment
US20040004717A1 (en) * 1996-11-13 2004-01-08 Reed Wayne F. Automatic mixing and dilution methods and apparatus for online characterization of equilibrium and non-equilibrium properties of solutions containing polymers and/or colloids
US6052184A (en) * 1996-11-13 2000-04-18 The Administrators Of The Tulane Educational Fund Miniature, submersible, versatile, light scattering probe for absolute equilibrium and non-equilibrium characterization of macromolecular and colloidal solutions
JP2001330551A (en) * 2000-05-24 2001-11-30 Shimadzu Corp Particle measuring instrument
DE10036860A1 (en) * 2000-07-28 2002-02-07 Basf Ag Method and device for determining physical collective parameters of particles in gases
DE10136555A1 (en) 2001-07-27 2003-02-13 Boehringer Ingelheim Int Method for determining the size distribution of particles in an aerosol, especially particles of a medicament involves mixing of a carrier medium with the medicament to produce an appropriately conditioned aerosol
WO2005091970A2 (en) * 2004-03-06 2005-10-06 Michael Trainer Methods and apparatus for determining the size and shape of particles
US7464581B2 (en) * 2004-03-29 2008-12-16 Tokyo Electron Limited Vacuum apparatus including a particle monitoring unit, particle monitoring method and program, and window member for use in the particle monitoring
US20070237938A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 3M Innovative Properties Company Reinforced Optical Films
JP4713530B2 (en) * 2007-03-23 2011-06-29 日本電信電話株式会社 Airborne particulate matter measurement device
JP4713531B2 (en) * 2007-03-26 2011-06-29 日本電信電話株式会社 Airborne particulate matter measurement device
WO2009098215A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-13 Basf Se Measurement system for the multidimensional aerosol characterization

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010058102A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012509486A (en) 2012-04-19
FR2938649B1 (en) 2012-03-30
WO2010058102A1 (en) 2010-05-27
KR20120013297A (en) 2012-02-14
FR2938649A1 (en) 2010-05-21
WO2010058102A8 (en) 2011-06-30
US20110310386A1 (en) 2011-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2364438A1 (en) Method and system for analysing solid particles in a medium
EP2352984B1 (en) Sheath-fluid-free flow cytometry method and device
EP2291636B1 (en) Electro-optic measurement device and method intended for classifying and counting microscopic elements
FR2619923A1 (en) METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING BLOOD COMPONENTS
EP0425381A1 (en) Apparatus for counting and determination of at least one leucocyte-subpopulation
EP0035437B1 (en) Method and device for determining the diameter of a particle suspended in a fluid by using a coherent electromagnetic radiation
FR2475224A1 (en) TANK, APPARATUS AND METHOD FOR SPECTROSCOPIC ANALYSIS OF FLUID SAMPLES
WO2001040766A1 (en) Device for measuring, by diffraction, the size of substantially spherical particles, in particular opaque drops
EP3625549B1 (en) Sensor for measuring the concentration of particulates in the air
EP2356429A1 (en) Device for analyzing a polyphase mixture via a light beam backscattered by said mixture
EP0654661A1 (en) Intensity detector for light diffused by films in colloidal media
FR3066599A1 (en) SENSOR FOR MEASURING CONCENTRATION OF PARTICLES IN THE AIR
WO2021136889A1 (en) Device for detecting the presence of pollen in the air, and corresponding detection method
FR3012220A1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE SUSPENSION PARTICLE FALL SPEED IN A FLUID AND MEASURING METHOD USING SUCH A DEVICE
FR2865545A1 (en) Lidar (Light detecting and ranging) with an emission module producing a light beam at least part of which is then retrodiffused and a receiving module for the retrodiffused signal
JP2008249363A (en) Turbidimeter
CN103267744A (en) turbidity optical detection device based on rectangular prism
EP0064110B1 (en) Light scattering photometer
CN111537414A (en) Liquid optical cavity enhancement measuring system
FR2859531A1 (en) Device for in-line measuring characteristics of dispersed liquid-liquid or liquid-solid which can determine distribution of particle size in any concentration
EP3076156A1 (en) Method for determining the particle agglutination level in a sample
FR3106408A1 (en) Electro-optical device for flow measurements
FR2535053A1 (en) Optical sensing of multi-parameter properties of individual particles
FR3066600A1 (en) SENSOR FOR MEASURING CONCENTRATION OF PARTICLES IN THE AIR
CN212844874U (en) Liquid measurement system based on optical cavity enhancement

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20110511

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120906

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140603