EP2596333A1 - Sonde optique de mesure d'absorption a plusieurs longueurs d'onde - Google Patents

Sonde optique de mesure d'absorption a plusieurs longueurs d'onde

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Publication number
EP2596333A1
EP2596333A1 EP11757354.3A EP11757354A EP2596333A1 EP 2596333 A1 EP2596333 A1 EP 2596333A1 EP 11757354 A EP11757354 A EP 11757354A EP 2596333 A1 EP2596333 A1 EP 2596333A1
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EP
European Patent Office
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optical probe
probe according
detection
module
signal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11757354.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Fabien Reversat
Marc Hubert
Stéphane TISSERAND
Laurent Roux
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Silios Technologies SA
Original Assignee
Silios Technologies SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Silios Technologies SA filed Critical Silios Technologies SA
Publication of EP2596333A1 publication Critical patent/EP2596333A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample

Definitions

  • the present invention relates to an optical probe for measuring absorption at several wavelengths.
  • the field of the invention is that of optical absorption spectrometry analysis of a fluid, gas or liquid medium.
  • Such an analysis is performed by means of an optical probe which comprises an analysis cell provided with a transmission module and a detection module.
  • the transmission module comprises a light source arranged behind a diffusion window on the body of this transmission module.
  • a filter is arranged between the source and the window (monochromatic or quasi-monochromatic analysis).
  • the detection module comprises a detector disposed behind a window on the body of this detection module.
  • a filter is arranged between the window and the detector.
  • the medium to be analyzed is between the transmission module and the detection module.
  • the analysis is carried out in two stages.
  • the calibration consists of carrying out an absorption measurement on a reference medium.
  • the measurement itself consists of performing the same operation on the critical medium to be analyzed. The absorption of the critical medium is weighted by that of the reference medium.
  • document FR 2 939 894 proposes an optical absorption measurement probe which comprises a first cell or analysis cell, this first cell comprising a transmission module and a detection module capable of producing a detection signal.
  • This optical probe also comprises a second cell or monitoring cell capable of producing a monitoring signal, this monitoring cell being arranged on the optical path connecting the transmission module to the detection module.
  • the present invention thus relates to an optical probe which makes it possible to measure the absorption at several wavelengths by means of two cells.
  • an optical probe comprises:
  • a first cell which comprises a first transmission module and a first detection module able to produce a first detection signal
  • a second cell which comprises a second detection module able to produce a first monitoring signal of the first transmission module
  • control circuit for producing a first measurement signal by weighting the first detection signal by means of the first monitoring signal
  • the second cell comprising a second transmission module
  • the second detection module is able to produce a second detection signal
  • the first detection module is able to produce a second monitoring signal of the second transmission module .
  • the cells are each in the form of a sealed body having an active face.
  • the cells are each arranged behind a window on its active face.
  • each detection module is placed behind a partially reflecting plate which adjoins the corresponding porthole.
  • the detectors are identical.
  • the active faces of these cells are vis-à-vis.
  • the first measurement signal Qm is the ratio of the detection signal to the monitoring signal.
  • the control circuit having in memory the following values:
  • this control circuit produces an absorption value Am derived from the following expression:
  • control circuit is provided with a temperature compensation.
  • the temperature compensation is carried out by means of two constants K1, K2, a calibration temperature ⁇ and the temperature ⁇ at which the measurement is made from the following expression:
  • one of the emission modules comprises two sources illuminating the detection module which faces it by means of a partially reflecting plate.
  • FIG. 1 a perspective view of an optical absorption measurement probe
  • FIG. 2 a sectional diagram of the mechanical assembly of this optical probe, in particular:
  • FIG. 3 a schematic diagram of the electrical assembly of this optical probe
  • the optical probe is presented as two distinct elements, the first cell C1 and the second cell C2.
  • these two cells are each a cylindrical body. They are connected by a connecting means which here takes the form of an upper spar L1 and a lower spar L2. The connection is thus made that the two cylindrical bodies are coaxial.
  • the faces opposite these two bodies are henceforth denominated active faces. Naturally, the medium to be analyzed is between these two active faces.
  • the first cell C1 essentially comprises a first LED1 transmission module, for example a light-emitting diode, and a first detection module D1.
  • first two modules LED1, D1 are arranged behind a first window H1 which materializes the active face of the first cell C1. Depending on the nature of this source, it may be necessary to provide a bandpass filter between it and the H1 porthole. If the emission module is a light-emitting diode that has a relatively narrow emission spectrum, the filter is not always essential.
  • the first detection module comprises a first detector D1 which is arranged behind this first port H1 in the vicinity of the first transmission module LED1.
  • a first partially reflective plate PR1 is interposed between the first window H1 and the first detector D1. This plate can also be integrated into the porthole.
  • the second cell C2 comprises a second LED2 transmission module and a second detection module D2.
  • These two second modules LED2, D2 are arranged behind a second window H2 which materializes the active face of the second cell C2.
  • the second detection module comprises a second detector D2 which is arranged behind this second window H2 in the vicinity of the second emission module LED2.
  • a second partially reflective plate PR2 is interposed between the second window H2 and the second detector D2.
  • cells C1, C2 are of course sealed. They are each provided with a wall on the opposite side to its active face.
  • the term porthole must be understood in its broadest sense, that is to say transparent surface.
  • the second detector D2 is identical to the first D1.
  • the two portholes H1, H2 are of the same nature.
  • the mechanical arrangement of the probe is thus made that the light beam from the first emission module LED1 successively passes through the first window H1, the medium to be analyzed and the second window H2. This beam then reaches the second partially reflective plate PR2 on which it is partly transmitted to the second detector D2 and partly reflected towards the first porthole H1 to finally cross the first partially reflective plate PR1 and reach the first detector D1.
  • the light beam from the second emission module LED2 successively passes through the second porthole H2, the medium to be analyzed and then the first porthole H1.
  • This beam then reaches the first partially reflecting plate PR1 on which it is partly transmitted to the first detector D1 and partly reflected to the second window H2 to finally cross the second partially reflective plate PR2 and reach the second detector D2.
  • the portholes H1, H2 are substantially perpendicular to the axis of the probe.
  • the configuration making it possible to illuminate the two detectors D1, D2 each with the two emission modules LED1, LED2 is obtained by arranging the detectors parallel to the axis of the probe and by inclining the emission modules with respect to this axis. .
  • the second detector D2 is interposed on the optical path that connects the first LED1 emission module to the first detector D1.
  • the first detector D1 is interposed on the optical path which connects the second emission module LED2 to the second detector D2.
  • the control circuit CC receives:
  • the absorption coefficient more particularly Ar this coefficient in the reference medium (stored by the control circuit CC) and Am this coefficient in the medium to be analyzed
  • the attenuation coefficients reflect the fact that the detectors do not receive all the luminous flux emitted in their directions. They depend on geometrical considerations and are therefore independent of the absorption coefficients which in turn depend on the physicochemical properties of the medium analyzed.
  • the intensity received by the second detector is:
  • the intensity received by the first detector is:
  • the second port H2 is designed so that these two intensities 12, M are of the same order of magnitude.
  • the partial reflection of this porthole can be obtained in various ways, in particular by:
  • the measurement Q is thus defined as the ratio of the intensity received by the first detector D1 to that received by the second detector D2:
  • This reference measurement is also stored by the control circuit CC.
  • control circuit thus produces the desired absorption coefficient
  • ⁇ . ( ⁇ ) ⁇ 1 ( ⁇ ) / ⁇ 2 ( ⁇ )
  • the calibration is then performed in a reference medium whose absorption is known at the calibration temperature ⁇ :
  • a first solution is to activate sequentially these transmission modules.
  • a second solution consists in modulating these emission modules according to two different frequencies.
  • the detectors, each tuned to one of these frequencies, are then used in synchronous detection, a technique well known to those skilled in the art.
  • the detectors are centered on two distinct lengths.
  • the invention is also applicable if they have the same spectral response, which provides redundancy.
  • the required geometrical configuration is obtained by tilting the windows H1, H2 with respect to the axis of the probe and by arranging the two detectors D1, D2 and the two modules of FIG. emission LED1, LED2 parallel to this axis.
  • the description made with reference to FIG. 2a applies without modification.
  • the first cell C1 is arranged as in the second option described with reference to Figure 2b.
  • the second cell C2 further comprises a second detection module D2 identical to that described above but the second transmission module is now different.
  • the second transmission module is now composed of a first SEa and a second SEb light source which illuminates a semireflecting plate SR.
  • the geometry of the assembly is thus made that the beam coming from the first source SEa crosses the semi-reflecting plate SR to reach the first detector D1 and that the beam coming from the second source SEb is reflected by this plate SR always intended for the first D1 detector.
  • the two light sources are centered on two distinct wavelengths. The invention also applies if they emit the same spectrum, which makes it possible to overcome a failure of one of the sources.
  • the optical probe according to the present invention performs an absorption measurement by comparing the optical properties of a critical medium with that of a reference medium.
  • the calibration is carried out once and for all before the commissioning of this probe because the monitoring cell makes it possible to overcome the various drifts mentioned above in the introduction. It may be occasionally repeated from time to time, if only for security reasons.
  • a further advantage of the present invention is that the two cells may be identical. It follows that the number of subsets of the probe is very small, which is favorable for manufacturing.

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Abstract

L'invention concerne une sonde optique comportant : une première cellule C1 qui comprend un premier module d'émission LED1 et un premier module de détection D1 apte à produire un premier signal de détection; une deuxième cellule C2 qui comprend un deuxième module de détection D2 apte à produire un premier signal de monitoring du premier module d'émission LED1; un circuit de contrôle pour produire un premier signal de mesure par pondération du premier signal de détection au moyen du premier signal de monitoring. De plus, la deuxième cellule C2 comprenant un deuxième module d'émission LED2, le deuxième module de détection D2 est apte à produire un deuxième signal de détection, et le premier module de détection D1 est apte à produire un deuxième signal de monitoring du deuxième module d'émission LED2.

Description

Sonde optique de mesure d'absorption à plusieurs longueurs d'onde
La présente invention concerne une sonde optique de mesure d'absorption à plusieurs longueurs d'onde.
Le domaine de l'invention est celui de l'analyse par spectrométrie optique d'absorption d'un milieu fluide, gaz ou liquide.
Une telle analyse est pratiquée au moyen d'une sonde optique qui comporte une cellule d'analyse pourvue d'un module d'émission et d'un module de détection. Le module d'émission comprend une source lumineuse disposée derrière une fenêtre de diffusion figurant sur le corps de ce module d'émission. Eventuellement, un filtre est disposé entre la source et la fenêtre (analyse monochromatique ou quasi-monochromatique). Le module de détection comprend un détecteur disposé derrière un hublot figurant sur le corps de ce module de détection. Eventuellement, un filtre est disposé entre le hublot et le détecteur. Le milieu à analyser se trouve entre le module d'émission et le module de détection.
De manière connue, l'analyse se pratique en deux temps. Dans un premier temps, ia calibration consiste à effectuer une mesure d'absorption sur un milieu de référence. Dans un deuxième temps, la mesure proprement dite consiste à effectuer la même opération sur le milieu critique à analyser. L'absorption du milieu critique est pondérée par celle du milieu de référence.
Il s'avère que le module d'émission est soumis à de nombreuses dérives qui ne cessent de croître pendant sa durée de vie. On mentionnera notamment :
- variation de température du milieu critique,
- variation de puissance de la source d'émission,
- variation du profil angulaire du faisceau émis par cette source,
- variation du spectre d'émission,
~ apparition et accroissement d'un bruit lumineux.
Ces dérives que l'on ne peut maîtriser interviennent souvent de manière aléatoire. Il n'est pas possible d'estimer le moment où elles deviennent suffisamment importantes pour perturber l'analyse. Or chacune de ces dérives nécessite une nouvelle calibration pour disposer de mesures faites dans les mêmes conditions sur le milieu de référence et sur le milieu critique. Les calibrations doivent donc être répétées périodiquement et il va sans dire qu'il s'agit là d'une sérieuse contrainte.
Ainsi le document FR 2 939 894 propose une sonde optique de mesure d'absorption qui comporte une première cellule ou cellule d'analyse, cette première cellule comprenant un module d'émission et un module de détection apte à produire un signal de détection. Cette sonde optique comporte aussi une deuxième cellule ou cellule de monitoring apte à produire un signal de monitoring, cette cellule de monitoring étant agencée sur le chemin optique reliant le module d'émission au module de détection.
Lorsqu'il s'agit de pratiquer l'analyse sur une seule longueur d'onde, cette sonde est satisfaisante. Par contre, lorsqu'il convient d'analyser plusieurs longueurs d'onde, il faut prévoir une sonde pour chaque longueur d'onde.
La présente invention a ainsi pour objet une sonde optique qui permet de mesurer l'absorption à plusieurs longueurs d'onde au moyen de deux cellules.
Selon l'invention, une sonde optique comporte :
- une première cellule qui comprend un premier module d'émission et un premier module de détection apte à produire un premier signal de détection,
- une deuxième cellule qui comprend un deuxième module de détection apte à produire un premier signal de monitoring du premier module d'émission,
- un circuit de contrôle pour produire un premier signal de mesure par pondération du premier signal de détection au moyen du premier signal de monitoring ;
de plus, la deuxième cellule comprenant un deuxième module d'émission, le deuxième module de détection est apte à produire un deuxième signal de détection, et le premier module de détection est apte à produire un deuxième signal de monitoring du deuxième module d'émission.
Couramment, les cellules se présentent chacune sous la forme d'un corps étanche présentant une face active.
Avantageusement, les cellules sont agencées chacune derrière un hublot figurant sur sa face active.
Suivant une caractéristique additionnelle, chaque module de détection est placé derrière une plaque partiellement réfléchissante qui jouxte le hublot correspondant.
De préférence, les détecteurs sont identiques.
Par ailleurs, les cellules étant reliées par un moyen de liaison, les faces actives de ces cellules sont en vis-à-vis.
A titre d'exemple, le premier signal de mesure Qm vaut le rapport du signal de détection au signal de monitoring. Avantageusement, le circuit de contrôle ayant en mémoire les valeurs suivantes :
- une mesure de référence Qr,
- une absorption de référence Ar,
- une longueur caractéristique Le,
le terme Ln signifiant logarithme népérien,
ce circuit de contrôle produit une valeur d'absorption Am dérivée de l'expression suivante :
Am = Ar-(Ln(((Qm-Qr)/Qr)+1)/Lc)
De préférence, le circuit de contrôle est pourvu d'une compensation en température.
A titre d'exemple, la compensation en température est réalisée au moyen de deux constantes K1 , K2, d'une température de calibration θη et de la température θ à laquelle est réalisée la mesure à partir de l'expression suivante :
Qm(S)/Qr(ôo)=exp((Ar-Am).Lc).(S+Kl)/(So+Kl).(S0+K2)/(ô+K2)
Suivant une variante de réalisation, l'un des modules d'émission comporte deux sources illuminant le module de détection qui lui fait face au moyen d'une lame partiellement réfléchissante.
La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en se référant aux figures annexées qui représentent :
- la figure 1 , une vue en perspective d'une sonde optique de mesure d'absorption,
- la figure 2, un schéma en coupe du montage mécanique de cette sonde optique, en particulier :
o la figure 2a, une première option,
o la figure 2b, une seconde option,
- la figure 3, un schéma de principe du montage électrique de cette sonde optique, et
- La figure 4, un schéma en coupe d'une variante de cette sonde optique.
Les éléments présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence.
En référence à la figure 1 , la sonde optique se présente comme deux éléments distincts, la première cellule C1 et la deuxième cellule C2. Dans le cas présent, ces deux cellules se présentent chacune comme un corps cylindrique. Elles sont reliées par un moyen de liaison qui prend ici la forme d'un longeron supérieur L1 et d'un longeron inférieur L2. La liaison est ainsi réalisée que les deux corps cylindriques sont coaxiaux. Les faces en regard de ces deux corps sont dorénavant dénommées faces actives. Naturellement, le milieu à analyser se trouve entre ces deux faces actives.
En référence à la figure 2a, suivant une première option, la première cellule C1 comprend essentiellement un premier module d'émission LED1 , une diode électroluminescente par exemple, et un premier module de détection D1.
Ces deux premiers modules LED1 , D1 sont disposés derrière un premier hublot H1 qui matérialise la face active de la première cellule C1. Selon la nature de cette source, il peut être nécessaire de prévoir un filtre passe-bande entre celle-ci et le hublot H1. Si le module d'émission est une diode électroluminescente qui présente un spectre d'émission relativement étroit, le filtre n'est pas toujours indispensable.
Le premier module de détection comporte un premier détecteur D1 qui est agencé derrière ce premier hublot H1 au voisinage du premier module d'émission LED1. Une première plaque partiellement réfléchissante PR1 est interposée entre le premier hublot H1 et le premier détecteur D1. Cette plaque peut d'ailleurs être intégrée au hublot.
De manière analogue, la deuxième cellule C2 comprend un second module d'émission LED2 et un second module de détection D2.
Ces deux seconds modules LED2, D2 sont disposés derrière un second hublot H2 qui matérialise la face active de la deuxième cellule C2.
Le second module de détection comporte un second détecteur D2 qui est agencé derrière ce second hublot H2 au voisinage du second module d'émission LED2. Une seconde plaque partiellement réfléchissante PR2 est interposée entre le second hublot H2 et le second détecteur D2.
Le milieu à analyser étant un fluide, les cellules C1 , C2 sont bien entendu étanches. Elles sont donc munies chacune d'une paroi du côté opposé à sa face active.
La présentation ci-dessus considère implicitement que les corps de ces cellules sont opaques au rayonnement utilisé pour l'analyse. Il ne faut pas voir là une limitation de l'invention qui s'applique également si ce corps est transparent à ce même rayonnement. On comprend donc bien que le terme hublot doit s'entendre dans son acception la plus large, c'est-à-dire surface transparente. De préférence, dans le souci d'optimiser les performances de la sonde, le deuxième détecteur D2 est identique au premier D1. De même, les deux hublots H1 , H2 sont de même nature.
L'agencement mécanique de la sondé est ainsi fait que le faisceau lumineux issu du premier module d'émission LED1 traverse successivement le premier hublot H1 , le milieu à analyser puis le second hublot H2. Ce faisceau atteint ensuite la seconde plaque partiellement réfléchissante PR2 sur laquelle il est pour partie transmis au second détecteur D2 et pour partie réfléchi vers le premier hublot H1 pour finalement traverser la première plaque partiellement réfléchissante PR1 et atteindre le premier détecteur D1.
De même, le faisceau lumineux issu du second module d'émission LED2 traverse successivement le second hublot H2, le milieu à analyser puis le premier hublot H1. Ce faisceau atteint ensuite la première plaque partiellement réfléchissante PR1 sur laquelle il est pour partie transmis au premier détecteur D1 et pour partie réfléchi vers le second hublot H2 pour finalement traverser la seconde plaque partiellement réfléchissante PR2 et atteindre le second détecteur D2.
Ici, les hublots H1 , H2 sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de la sonde. La configuration permettant d'éclairer les deux détecteurs D1 , D2 chacun avec les deux modules d'émission LED1 , LED2 est obtenue en disposant les détecteurs parallèlement à l'axe de la sonde et en inclinant les modules d'émission par rapport à cet axe.
Ainsi, le deuxième détecteur D2 est interposé sur le chemin optique qui relie le premier module d'émission LED1 au premier détecteur D1. De même, le premier détecteur D1 est interposé sur le chemin optique qui relie le second module d'émission LED2 au second détecteur D2.
En référence à la figure 3, on détaille maintenant le montage électrique de la sonde optique ainsi que la manière de mesurer l'absorption dans la bande de réception du premier détecteur D1 en supposant que seul le premier module d'émission LED1 est activé.
Le circuit de contrôle CC reçoit :
- un premier signal de détection DS1 du premier détecteur D1 ,
- un premier signal de monitoring MS1 du deuxième détecteur D2.
II produit un coefficient d'absorption A ou toute valeur intermédiaire permettant d'obtenir ce coefficient. Les notations suivantes sont maintenant adoptées :
- 10, intensité émise par le premier module d'émission LED1 »
- 11 , intensité reçue par le premier détecteur D1 , représentée par le premier signal de détection DS1 ,
- 12, intensité reçue par le deuxième détecteur D2, représentée par le premier signal de monitoring MS1 ,
- R, le coefficient de réflexion du deuxième hublot H2,
- T, le coefficient de transmission de ce deuxième hublot H2,
- G2, le coefficient d'atténuation entre le premier module d'émission LED1 et le deuxième hublot H2,
- G1 , le coefficient d'atténuation entre le premier module d'émission LED1 et le premier H1 hublot,
- Le, la distance entre les deux hublots H1 , H2,
- A, le coefficient d'absorption, plus particulièrement Ar ce coefficient dans le milieu de référence (mémorisé par le circuit de contrôle CC) et Am ce coefficient dans le milieu à analyser,
- exp, la fonction exponentielle, et
- Ln, le logarithme népérien.
Les coefficients d'atténuation rendent compte du fait que les détecteurs ne reçoivent pas tout le flux lumineux émis dans leurs directions. Ils dépendent de considérations géométriques et sont donc indépendants des coefficients d'absorption qui dépendent quant à eux de propriétés physico-chimiques du milieu analysé.
L'intensité reçue par le deuxième détecteur vaut :
l2=IO.T.G2.exp(-A.Lc)
L'intensité reçue par le premier détecteur vaut :
H =IO.R.G1.exp(-2A.Lc)
Il convient de souligner ici que, dans le but d'optimiser la sensibilité de la sonde, le deuxième hublot H2 est ainsi conçu que ces deux intensités 12, M soient du même ordre de grandeur. La réflexion partielle de ce hublot peut être obtenue de différentes manières, notamment par :
- un revêtement d'une fine épaisseur de métal,
- une couche de métal opaque et réfléchissante dans laquelle sont ménagées des ouvertures en damier, en lignes, ...
- un miroir présentant une ouverture centrale,
- un miroir diélectrique, - un miroir recouvrant partiellement ce hublot.
On définit donc la mesure Q comme le rapport de l'intensité reçue par le premier détecteur D1 à celle reçue par le deuxième détecteur D2 :
Q=I1/I2
Q=((R.G1)/(T.G2)).exp(-A.Lc)
L'expression (R.G1)/(T.G2) est une constante qui vaut K :
Q=K.exp(-A.Lc)
Il apparaît que seule intervient la distance Le entre les deux hublots H1 , H2 qui est donc la longueur caractéristique de la sonde optique.
Cette longueur caractéristique Le est mémorisée par le circuit de contrôle
CC.
La calibration dans le milieu de référence donne la mesure de référence
Qr :
Qr=K.exp(-Ar.Lc)
Cette mesure de référence est également mémorisée par le circuit de contrôle CC.
La mesure dans le milieu à analyser donne le signal de mesure Qm :
Qm=K.exp(-Am.Lc)
Il vient que :
(Qm-Qr)/Qr=exp((Ar-Am).Lc)-1
Le circuit de contrôle produit ainsi le coefficient d'absorption recherché
Am :
Am = Ar-(Ln(((Qm-Qr)/Qr)+1 )/Lc) [1 ]
D'autres moyens sont disponibles pour remonter au coefficient d'absorption Am du milieu à analyser. A titre d'exemple, on calcule directement le rapport du signal de mesure Qm à la mesure de référence Qr :
Qm/Qr=exp((Ar-Am).Lc), d'où :
Am= Ar -(Ln(Qm/Qr)/Lc) [2] Les équations [1] et [2] sont équivalentes et l'invention vise toutes les solutions qui dérivent du principe exposé ci-dessus.
On prévoit éventuellement une compensation en température pour tenir compte du fait que la calibration et la mesure proprement dite n'ont pas été faites à la même température.
On admet une variation linéaire des intensités en fonction de la température 3, ces variations étant quantifiées au moyen de quatre constantes α, β, χ et δ : L'intensité reçue par le deuxième détecteur D2 vaut maintenant :
Ι2(θ)=Ι0.Τ.Θ2.βχρ(-Α.Ι ).(χθ+δ) [3] L'intensité reçue par le premier détecteur vaut :
H(S)=IO.R.G1.exp(-2A.Lc).(<x9+p) [4] La mesure Q(ô) vaut toujours le rapport de l'intensité reçue par le premier détecteur D1 à celle reçue par le deuxième détecteur D2 :
Ο.(θ)=Ι1(θ)/Ι2(θ)
0(θ)=Κ.βχρ(-Α.ίο).(αθ+β)/(χθ+δ)
La calibration est alors pratiquée dans un milieu de référence dont on connaît l'absorption à la température de calibration θη :
0(θθ)=Κ.βχρ(-ΑΓ.ίο).(αθ0+β)/(χθ0+δ)
La mesure dans le milieu à analyser à la température 3 donne le signal de mesure Qm(9) :
Qm($)=K.exp(-Am.Lc). (α3+β)/(χθ+δ)
II vient que :
Qm(S)/Qr(ao)=exp((Ar-Am).Lc).(aô+P)/(xô+ô).(xa0+ô)/(aÔ0+ )
La détermination de β/α et δ/χ se fait de manière expérimentale. Pour un liquide dont l'absorption ne varie pas avec la température, on établit la caractéristique de l'intensité Ι1(θ) reçue par le premier détecteur D1 en fonction de la température θ au moyen de deux constantes a et b:
M(S)=a3+b
En identifiant cette équation avec l'équation [4], il vient que :
a=IO.R.G1.exp(-2A.Lc).a
b=IO.R.G1.exp(-2A.Lc).p
On en déduit aisément le rapport Κ1=β/α qui est égal au rapport b/a. On procède ensuite de la même manière en établissant la caractéristique de l'intensité Ι2(θ) reçue par le deuxième détecteur D2 en fonction de la température θ pour obtenir le rapport Κ2=δ/χ.
Ces deux rapports K1 et K2 caractérisant les variations de la température sont mémorisés dans le circuit de contrôle CC, tout comme la température de calibration θη· De plus, un capteur (non représenté) informe ce circuit de contrôle CC sur la température θ à laquelle est réalisée la mesure.
L'homme du métier comprend bien que les deux cellules C1 , C2 sont symétriques. Ainsi, il n'est point besoin de détailler la manière de mesurer l'absorption dans la bande de réception du second détecteur D2 qui se fait maintenant en supposant que seul le second module d'émission LED2 est activé.
Pour mesure l'absorption sur chaque détecteur, il faut éviter que les deux modules d'émission agissent simultanément sur ces détecteurs.
Une première solution consiste à activer séquentiellement ces modules d'émission.
Une seconde solution consiste à moduler ces modules d'émission selon deux fréquences différentes. Les détecteurs, chacun accordé sur l'une de ces fréquences, sont alors utilisés en détection synchrone, technique bien connue de l'homme du métier.
Généralement, les détecteurs sont centrés sur deux longueurs distinctes. L'invention s'applique également s'ils présentent la même réponse spectrale, ce qui procure de la redondance.
En référence à la figure 2b, suivant une seconde option, la configuration géométrique requise est obtenue en inclinant les hublots H1 , H2 par rapport à l'axe de la sonde et en disposant les deux détecteurs D1 , D2 ainsi que les deux modules d'émission LED1 , LED2 parallèlement à cet axe. La description faite en référence à la figure 2a s'applique sans modification.
En référence à la figure 4, une variante de la sonde est exposée qui permet d'en augmenter encore l'extension spectrale.
La première cellule C1 est agencée comme selon la deuxième option décrite en référence à la figure 2b.
La deuxième cellule C2 comprend encore un second module de détection D2 identique à celui décrit précédemment mais le second module d'émission est maintenant différent.
Ces deux seconds modules sont toujours disposés derrière le second hublot H2.
Le second module d'émission est maintenant constitué d'une première SEa et d'une deuxième SEb sources lumineuses qui illumine une lame semi- réfléchissante SR. La géométrie du montage est ainsi faite que le faisceau issu de la première source SEa traverse la lame semi-réfléchissante SR pour atteindre le premier détecteur D1 et que le faisceau issu de la deuxième source SEb est réfléchi par cette lame SR toujours à destination du premier détecteur D1. Généralement, les deux sources lumineuses sont centrées sur deux longueurs d'onde distinctes. L'invention s'applique également si elles émettent le même spectre, ce qui permet de pallier à une défaillance de l'une des sources.
Si donc, les deux sources lumineuses sont centrées sur deux longueurs d'onde distinctes, il faut ici aussi éviter de les alimenter simultanément.
La sonde optique objet de la présente invention réalise une mesure d'absorption par comparaison des propriétés optiques d'un milieu critique à celle d'un milieu de référence.
La calibration est réalisée une fois pour toutes avant la mise en service de cette sonde car la cellule de monitoring permet de s'affranchir des diverses dérives mentionnées plus haut dans l'introduction. Elle peut éventuellement être répétée ponctuellement de temps à autre, ne serait-ce que pour des raisons de sécurité.
Un avantage supplémentaire de la présente invention réside dans le fait que les deux cellules peuvent être identiques. Il s'ensuit que le nombre de sous- ensembles de la sonde est très réduit, ce qui est favorable pour la fabrication.
Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leur caractère concret. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

Sonde optique comportant :
- une première cellule (C1) qui comprend un premier module d'émission (LED1) et un premier module de détection (D1) apte à produire un premier signal de détection (DS1),
- une deuxième cellule (C2) qui comprend un deuxième module de détection (D2) apte à produire un premier signal de monitoring (MS1) du premier module d'émission (LED1),
- un circuit de contrôle (CC) pour produire un premier signal de mesure (Qm1) par pondération dudit premier signal de détection (DS1) au moyen dudit premier signal de monitoring (MS1),
caractérisée en ce que, ladite deuxième cellule (C2) comprenant un deuxième module d'émission (LED2, SR-SEa-SEb), ledit deuxième module de détection (D2) est apte à produire un deuxième signal de détection, et ledit premier module de détection (D1) est apte à produire un deuxième signal de monitoring dudit deuxième module d'émission (LED2, SR-SEa-SEb).
Sonde optique selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdites cellules (C1 , C2) se présentent chacune sous la forme d'un corps étanche présentant une face active.
Sonde optique selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdites cellules (C1 , C2) sont agencées chacune derrière un hublot (H1 , H2) figurant sur sa face active.
Sonde optique selon la revendication 3, caractérisée en ce que chacun desdits modules de détection (D1 , D2) est placé derrière une plaque partiellement réfléchissante (PR1 , PR2) qui jouxte le hublot (M , H2) correspondant.
5) Sonde optique selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits détecteurs (D1 , D2) sont identiques. Sonde optique selon la revendication 5 caractérisée en ce que, lesdites cellules (C1 , C2) étant reliées par un moyen de liaison (L1 , L2), les faces actives de ces cellules sont en vis-à-vis.
Sonde optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit premier signal de mesure (Qm) vaut le rapport dudit signal de détection (DS1) audit signal de monitoring (MS1).
Sonde optique selon la revendication précédente caractérisée en ce que, ledit circuit de contrôle (CC) ayant en mémoire les valeurs suivantes :
- une mesure de référence Qr,
- une absorption de référence Ar,
- une longueur caractéristique Le,
le terme Ln signifiant logarithme népérien,
ce circuit de contrôle produit une valeur d'absorption Am dérivée de l'expression suivante :
Am = Ar-(Ln(((Qm-Qr)/Qr)+1)/Lc)
Sonde optique selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit circuit de contrôle (CC) est pourvu d'une compensation en température.
Sonde optique selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ladite compensation en température est réalisée au moyen de deux constantes K1 , K2, d'une température de calibration θο et de la température θ à laquelle est réalisée la mesure à partir de l'expression suivante :
Qm(S)/Qr(ao)=exp((Ar-Am).Lc).(3+Kl)/(S0+Kl).(3o+K2)/(a+K2) 11) Sonde optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'un desdits modules d'émission comporte deux sources (SEa, Seb) illuminant le module de détection (D1) qui lui fait face au moyen d'une lame partiellement réfléchissante (SR).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103852445B (zh) * 2014-03-19 2015-06-24 中国人民解放军装备学院 激光吸收谱测量的光学探头

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100053621A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Phygen, Inc. d/b/a Sterilucent, Inc. Apparatus and method for measuring the concentration of gases in a sterilization chamber

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4037973A (en) * 1975-11-26 1977-07-26 Optronix Inc. Light sensitive device for measuring particles in a liquid
DE3422309A1 (de) * 1983-11-04 1985-12-19 Hartmann & Braun Ag, 6000 Frankfurt Fotometer zur kontinuierlichen analyse eines mediums
GB0221221D0 (en) * 2002-09-13 2002-10-23 Delphi Tech Inc Exhaust gas sensor
JP2004340806A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Nippon Soken Inc 粒子濃度検出方法
CN1930466A (zh) * 2004-02-09 2007-03-14 环境系统产品控股公司 采用温度和温度补偿的远程排放物感测
JP2007248337A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 Ntn Corp 潤滑剤劣化検出装置
US8233150B2 (en) * 2006-12-12 2012-07-31 Koninklijke Philips Electronics N.V. Sample concentration detector with temperature compensation
FR2939894B1 (fr) * 2008-12-16 2012-10-26 Silios Technologies Sonde optique d'absorption pourvue d'un monitoring de la source d'emission

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100053621A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Phygen, Inc. d/b/a Sterilucent, Inc. Apparatus and method for measuring the concentration of gases in a sterilization chamber

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