FR2778243A1 - Determining the granulometric composition of a mixture of particles, applicable to particles ranging from tenth of mm to centimeter and even to crushed rocks - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif pour déterminer en temps réelThe present invention relates to a device for determining in real time
la répartition granulométrique d'un mélange de particules, the particle size distribution of a mixture of particles,
c'est-à-dire permettant de tracer une courbe représentative des varia- that is to say, to draw a curve representative of the varia-
tions, en fonction du diamètre des particules du mélange, de la proportion des particules ayant le même diamètre. Par les documents US-A-3 807 864, FR-A-2 300 337, FR-A-2 415 801 et US-A-4 274 741, par exemple, on connaît déjà un dispositif ou granulomètre pour déterminer la répartition granulométrique d'un mélange de particules en circulation, par exemple en suspension dans un courant fluide (liquide ou gaz). Un tel dispositif comporte une source laser, dont le faisceau traverse un récipient transparent parcouru par le courant fluide transportant lesdites particules, et un système optique convergent (lentille convergente) pour former une figure de diffraction et/ou de diffusion (en fonction de la taille desdites particules) des particules éclairées par le according to the diameter of the particles in the mixture, the proportion of particles having the same diameter. By the documents US-A-3 807 864, FR-A-2 300 337, FR-A-2 415 801 and US-A-4 274 741, for example, a device or granulometer is already known for determining the particle size distribution. of a mixture of particles in circulation, for example suspended in a fluid stream (liquid or gas). Such a device comprises a laser source, the beam of which passes through a transparent container through which the fluid current carrying said particles passes, and a converging optical system (converging lens) to form a diffraction and / or diffusion pattern (depending on the size of said particles) particles illuminated by the
faisceau laser. Un ensemble de détecteurs photosensibles, répartis radia- laser beam. A set of photosensitive detectors, distributed radia-
lement dans le plan focal dudit système optique, engendre des signaux in the focal plane of said optical system, generates signals
électriques représentatifs de ladite figure de diffraction-diffusion et adres- representative of said diffraction-diffusion figure and addresses
sés à un calculateur, traitant lesdits signaux électriques pour déterminer sés to a computer, processing said electrical signals to determine
la répartition granulométrique dudit mélange de particules. the particle size distribution of said mixture of particles.
Un tel granulomètre à laser utilise de façon connue la diffraction Such a laser granulometer uses diffraction in a known manner
dite de Fraunhofer.known as Fraunhofer's.
A cet effet, on sait qu'une particule de taille très supérieure à la longueur d'onde du laser produit une figure de diffraction, dont l'intensité l(c) vérifie la relation d2 J 1 (7._.sin(ca)) (a) = 10 5.d. sin(() dans laquelle - 10 est une intensité de référence dans l'axe - ca est un angle de diffraction; - d est le diamètre de la particule - X est la longueur d'onde du faisceau laser; et For this purpose, we know that a particle of size much greater than the wavelength of the laser produces a diffraction pattern, whose intensity l (c) verifies the relation d2 J 1 (7 ._. Sin (ca )) (a) = 10 5.d. sin (() in which - 10 is a reference intensity in the axis - ca is a diffraction angle; - d is the diameter of the particle - X is the wavelength of the laser beam; and
- J1 est la fonction de Bessel d'ordre 1. - J1 is the Bessel function of order 1.
Lorsque ledit courant fluide comporte un grand nombre de parti- When said fluid current comprises a large number of parts
cules, on obtient en moyenne une combinaison linéaire des intensités dif- cules, we obtain on average a linear combination of different intensities
fractées. A partir d'une analyse de la figure de diffraction et un traitement fractured. From a diffraction pattern analysis and treatment
matriciel des intensités diffractées, on obtient une indication sur la répar- diffracted intensities matrix, we obtain an indication on the distribution
tition granulométrique recherchée. particle size distribution sought.
Cette méthode est d'autant plus précise que les particules sont This method is all the more precise as the particles are
petites, puisque la largeur de la figure de diffraction est inversement pro- small, since the width of the diffraction pattern is inversely pro-
portionnelle au diamètre d de la particule considérée. portional to the diameter d of the particle considered.
A cet effet, les mesures effectuées dans le plan focal du système optique convergent (lentille convergente) sont significatives pour les grosses particules lorsqu'elles sont réalisées au voisinage de l'axe du faisceau laser et pour les fines particules lorsqu'elles sont réalisées loin dudit axe, c'est-à-dire avec des valeurs élevées de l'angle a de diffraction To this end, the measurements made in the focal plane of the converging optical system (converging lens) are significant for large particles when they are taken in the vicinity of the axis of the laser beam and for fine particles when they are taken far of said axis, that is to say with high values of the angle a of diffraction
et/ou de diffusion.and / or broadcasting.
Par conséquent, la mesure de grosses particules est très difficile, Therefore, the measurement of large particles is very difficult,
voire impossible, pour un granulomètre du type précité, puisque les si- even impossible, for a granulometer of the aforementioned type, since the
gnaux à mesurer sont alors noyés dans la figure de diffraction du faisceau laser. On notera de plus que la seule solution connue pour mesurer de très grosses particules est de prévoir un banc optique plus long, ce qui The signals to be measured are then embedded in the diffraction pattern of the laser beam. It will also be noted that the only known solution for measuring very large particles is to provide a longer optical bench, which
nécessite alors un détecteur plus grand et très coûteux. then requires a larger and very expensive detector.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvé- The object of the present invention is to remedy these drawbacks
nients. Elle concerne un dispositif simple et peu coûteux, susceptible de nients. It relates to a simple and inexpensive device capable of
déterminer, en temps réel et de façon précise, la répartition granulométri- determine, in real time and precisely, the particle size distribution
que d'un mélange de particules comportant des particules plus grosses que celles susceptibles d'être mesurées par un granulomètre à laser than a mixture of particles comprising particles larger than those capable of being measured by a laser granulometer
usuel, tel que précité.usual, as mentioned above.
A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif pour déterminer la ré- To this end, according to the invention, said device for determining the re-
partition granulométrique d'un mélange de particules est remarquable en particle size distribution of a mixture of particles is remarkable in
ce qu'il comporte au moins un système de traitement optique qui com- that it includes at least one optical processing system which
prend: - un moyen de prise d'image pour prendre au moins une image d'au moins une partie dudit mélange de particules; et takes: - an image taking means for taking at least one image of at least part of said mixture of particles; and
- un moyen de traitement d'image pour déduire des informations de la- an image processing means for deducing information from the
dite image prise par ledit moyen de prise d'image et pour déterminer à partir de ces informations, à l'aide d'au moins une transformation de said image taken by said image taking means and to determine from this information, using at least one transformation of
Fourier, ladite répartition granulométrique. Fourier, said particle size distribution.
Ainsi, comme, grâce à l'invention, on mesure directement les ta- Thus, as, thanks to the invention, the ta-
ches (ou ombres) engendrées par lesdites particules, dont on prend une image, et non la résultante due à la transformation réalisée par une lentille convergente, les informations optiques relatives aux particules les plus grosses ne sont pas concentrées au milieu dudit moyen de prise d'image, ches (or shadows) generated by said particles, of which an image is taken, and not the resultant due to the transformation carried out by a converging lens, the optical information relating to the largest particles are not concentrated in the middle of said capture means. 'picture,
ce qui permet de remédier aux inconvénients précités. which overcomes the aforementioned drawbacks.
De plus, grâce à la transformation de Fourier, on obtient des in- In addition, thanks to the Fourier transformation, we obtain in-
formations semblables à celles obtenues par le granulomètre à laser con- training similar to that obtained with the laser granulometer
nu précité, puisque la figure d'intensité mesurée par ledit ganulomètre aforementioned nude, since the intensity figure measured by said ganulometer
connu correspond au module de la transformée de Fourier de l'image si- known corresponds to the modulus of the Fourier transform of the image if-
tuée en amont de la lentille convergente, cette image en amont étant celle mesurée par le dispositif conforme à l'invention, puisque ce dernier ne comporte pas de lentille convergente et réalise la prise d'image de la killed upstream of the converging lens, this upstream image being that measured by the device according to the invention, since the latter does not include a converging lens and takes the image of the
manière directe précitée.directly above.
En outre, les traitements mis en oeuvre par la présente invention sont beaucoup plus rapides, comme on le verra plus en détail ci-dessous, que les traitements usuels (consistant à isoler les particules dans l'image, à les mesurer, puis à les compter), ce qui permet de prendre en compte un nombre plus important d'images et ainsi d'affiner les mesures et In addition, the treatments implemented by the present invention are much faster, as will be seen in more detail below, than the usual treatments (consisting in isolating the particles in the image, in measuring them, then in count), which makes it possible to take into account a larger number of images and thus to refine the measurements and
d'augmenter la précision dudit dispositif. to increase the precision of said device.
Dans un premier mode de réalisation, avantageusement, ladite In a first embodiment, advantageously, said
image comporte une pluralité de niveaux de gris et ledit moyen de traite- image comprises a plurality of gray levels and said processing means
ment d'image calcule le module de la transformée de Fourier bi- image calculates the modulus of the bi-Fourier transform
dimensionnelle de l'image formée de ces niveaux de gris, ledit module dimensional image formed by these gray levels, said module
étant représentatif de ladite répartition granulométrique. being representative of said particle size distribution.
En outre, dans un second mode de réalisation préféré, ladite Furthermore, in a second preferred embodiment, said
image comporte une pluralité de niveaux de gris et ledit moyen de traite- image comprises a plurality of gray levels and said processing means
ment d'image réalise des sommations de niveaux de gris et calcule le mo- image ment performs grayscale summations and calculates the mo-
dule de la transformée de Fourier desdites sommations, ledit module étant dule of the Fourier transform of said summations, said module being
représentatif de ladite répartition granulométrique, ce qui permet de ré- representative of said particle size distribution, which makes it possible to
duire le temps de calcul.reduce the calculation time.
Dans ce cas, de préférence, les niveaux de gris de ladite image sont disposés selon une structure matricielle, et ledit moyen de traitement d'images: In this case, preferably, the gray levels of said image are arranged according to a matrix structure, and said image processing means:
- réalise des sommations des niveaux de gris selon l'une des deux direc- - performs gray level summations in one of the two directions
tions verticale et horizontale de ladite structure matricielle, pour tous les niveaux de gris de l'autre direction; vertical and horizontal tions of said matrix structure, for all the gray levels of the other direction;
- calcule le module de la transformée de Fourier de toutes les somma- - calculates the modulus of the Fourier transform of all the summa-
tions ainsi réalisées; ettions thus carried out; and
- en déduit ladite répartition granulométrique. - deduce therefrom said particle size distribution.
Par ailleurs, de façon avantageuse, ledit moyen de prise d'image est une caméra vidéo qui comporte, de préférence, un détecteur matriciel Furthermore, advantageously, said image taking means is a video camera which preferably comprises a matrix detector.
du type à dispositif à transfert de charge. of the charge transfer device type.
Bien que, de préférence, on déplace le mélange de particules de- vant le moyen de prise d'image, il est également envisageable dans le cadre de la présente invention: - soit de réaliser une seule image, pour une position unique dudit moyen de prise d'image par rapport audit mélange de particules; Although, preferably, the mixture of particles is moved in front of the image-taking means, it is also possible in the context of the present invention: - either to produce a single image, for a single position of said means of taking an image in relation to said mixture of particles;
- soit de déplacer ledit moyen de prise d'image par rapport audit mé- - either to move said image taking means with respect to said metering
lange de particules, qui peut alors être immobile. lange of particles, which can then be stationary.
Le dispositif conforme à l'invention, tel que précité, peut donc être utilisé pour mesurer toutes tailles de particules, c'est-à-dire aussi bien des particules de l'ordre du dixième de millimètre que de l'ordre du The device according to the invention, as mentioned above, can therefore be used to measure all particle sizes, that is to say both particles of the order of a tenth of a millimeter and of the order of
centimètre. Il peut même être utilisé pour effectuer des mesures de gra- centimeter. It can even be used to take measurements of gra-
nulométrie d'objets de grandes dimensions vus à des distances relative- Nullometry of large objects seen at relative distances-
ment grandes.mentally large.
Aussi, une application intéressante de l'invention est d'utiliser le dispositif conforme à l'invention dans un système destiné à mesurer la répartition granulométrique de gravillons ou de roches concassées (de dimensions égales à 500 mm par exemple), un tel système pouvant être utilisé notamment dans les travaux publics. Dans ce cas, on prévoit de préférence un tapis roulant pour déplacer le mélange de particules devant ledit moyen de prise d'image, ledit mélange étant observé par ce dernier --par l'intermédiaire d'un objectif-- soit à la lumière du jour, soit en étant Also, an interesting application of the invention is to use the device according to the invention in a system intended to measure the particle size distribution of gravel or crushed rock (of dimensions equal to 500 mm for example), such a system being able to be used in particular in public works. In this case, a conveyor belt is preferably provided for moving the mixture of particles in front of said image-taking means, said mixture being observed by the latter - via a lens - either in the light of the day either by being
soumis à un éclairage auxiliaire.subject to auxiliary lighting.
Par ailleurs, dans une autre application préférée, le dispositif con- Furthermore, in another preferred application, the device
forme à l'invention comporte au moins un premier granulomètre qui com- form of the invention comprises at least a first particle size analyzer which
prend: - au moins un générateur de faisceaux lumineux, de préférence à rayons parallèles; - au moins un récipient transparent, qui est parcouru par ledit mélange de particules et qui est disposé sur le trajet d'un faisceau lumineux émis par ledit générateur; et takes: - at least one generator of light beams, preferably with parallel rays; - at least one transparent container, which is traversed by said mixture of particles and which is arranged in the path of a light beam emitted by said generator; and
- au moins ledit système de traitement optique, pour analyser ledit fais- - at least said optical processing system, to analyze said beam
ceau lumineux, en aval du récipient dans le sens de transmission dudit light beam, downstream of the container in the direction of transmission of said
faisceau lumineux, et pour en déduire ladite répartition granulométri- light beam, and to deduce said particle size distribution therefrom
que.than.
Dans ce cas, dans un mode de réalisation particulièrement avan- In this case, in a particularly advantageous embodiment
tageux, ledit dispositif comporte de plus au moins un second granulomè- tagous, said device also comprises at least one second granulomer
tre susceptible de déterminer la répartition granulométrique de particules likely to determine the particle size distribution of particles
présentant une taille au moins partiellement différente de la taille des par- having a size at least partially different from the size of the
ticules, dont la répartition granulométrique est déterminée par ledit pre- the size distribution of which is determined by said pre-
mier granulomètre. Ce second granulomètre peut évidemment être un granulomètre laser du type connu et précité, qui est approprié à la mesure de petites particules. Il peut éventuellement être incorporé audit premier granulomètre. Ainsi, grâce à l'invention, on augmente le domaine de mesures de mier granulometer. This second granulometer can obviously be a laser granulometer of the known and aforementioned type, which is suitable for measuring small particles. It can optionally be incorporated into said first particle size analyzer. Thus, thanks to the invention, the range of measurement measurements is increased.
particules, relativement à leur taille. particles, relative to their size.
Par ailleurs, dans un autre mode de réalisation particulièrement avantageux, ledit dispositif comporte de plus au moins Furthermore, in another particularly advantageous embodiment, said device also comprises at least
- un second granulomètre susceptible de déterminer la répartition gra- - a second granulometer capable of determining the gra-
nulométrique de particules présentant une taille au moins partiellement identique à la taille des particules, dont la répartition granulométrique est déterminée par ledit premier granulomètre; et - une unité de calcul déterminant, pour les particules de taille identique, particle size zero having a size at least partially identical to the particle size, the particle size distribution of which is determined by said first particle size analyzer; and - a determining calculation unit, for particles of identical size,
une répartition granulométrique finale à partir des répartitions granulo- a final particle size distribution from the particle size distributions
métriques déterminées respectivement par lesdits premier et second granulomètres. metrics determined respectively by said first and second particle size analyzers.
Ainsi, comme grâce à l'invention, les résultats sont obtenus à par- Thus, as with the invention, the results are obtained from
tir de mesures et de traitements réalisés par deux granulomètres de types différents, on est en mesure d'augmenter la précision et d'affiner ces résultats. A cet effet, de préférence, ladite répartition granulométrique finale déterminée par ladite unité de calcul est la moyenne desdites répartitions from measurements and treatments carried out by two granulometers of different types, we are able to increase the precision and refine these results. For this purpose, preferably, said final particle size distribution determined by said calculation unit is the average of said distributions
granulométriques déterminées respectivement par lesdits premier et se- particle sizes determined respectively by said first and se-
cond granulomètres.cond granulometers.
Bien entendu, les deux derniers modes de réalisation peuvent être combinés dans un seul dispositif présentant alors un champ de mesure Of course, the last two embodiments can be combined in a single device then having a measurement field
important et une précision élevée. important and high precision.
En outre, de façon avantageuse, pour déterminer ladite répartition granulométrique finale, ladite unité de calcul associe les résultats obtenus respectivement par lesdits premier et second granulomètres, à l'aide de la relation Furthermore, advantageously, in order to determine said final particle size distribution, said calculation unit combines the results obtained respectively by said first and second particle size analyzers, using the relation
sinc =_.sinc = _.
a dans laquelle: - est la longueur d'onde d'un faisceau lumineux utilisé par ledit second granulomètre; - a est un angle de diffraction selon une direction d'analyse donnée, qui est susceptible d'être déterminé par ledit second granulomètre; - i est un numéro d'ordre de l'amplitude du module de la transformée de a in which: - is the wavelength of a light beam used by said second particle size analyzer; - A is a diffraction angle in a given direction of analysis, which is capable of being determined by said second particle size analyzer; - i is a serial number of the amplitude of the modulus of the transform of
Fourier, qui est susceptible d'être déterminé par ledit premier granulo- Fourier, which is likely to be determined by said first granulo-
mètre; et - a est la longueur d'un champ de mesure dudit moyen de prise d'image metre; and - a is the length of a measurement field of said image taking means
selon ladite direction d'analyse.according to said direction of analysis.
Par ailleurs, avantageusement, ledit second granulomètre com- Furthermore, advantageously, said second granulometer comprises
porte: - un générateur de faisceaux lumineux door: - a generator of light beams
- un récipient transparent, qui est parcouru par ledit mélange de particu- - a transparent container, which is crossed by said mixture of particles
les et qui est disposé sur le trajet d'un faisceau lumineux émis par ledit générateur; - un système optique convergent pour former, dans son plan focal, une figure de diffraction-diffusion desdites particules éclairées par ledit faisceau lumineux; - un ensemble de détecteurs photosensibles répartis radialement dans and which is arranged in the path of a light beam emitted by said generator; - a converging optical system to form, in its focal plane, a diffraction-diffusion pattern of said particles illuminated by said light beam; - a set of photosensitive detectors distributed radially in
ledit plan focal du système optique convergent et engendrant des si- said focal plane of the optical system converging and generating
gnaux électriques représentatifs de l'intensité lumineuse détectée; et electrical signals representative of the detected light intensity; and
- des moyens pour traiter les signaux électriques engendrés par ledit en- - means for processing the electrical signals generated by said en-
semble de détecteurs photosensibles et en déduire ladite répartition granulométrique. Dans ce cas, de préférence - ledit récipient transparent dudit second granulomètre correspond audit récipient transparent dudit premier granulomètre; et/ou seems to be photosensitive detectors and deduce said particle size distribution. In this case, preferably - said transparent container of said second particle size analyzer corresponds to said transparent container of said first particle size analyzer; and or
- ledit générateur de faisceaux lumineux dudit second granulomètre cor- - said light beam generator of said second particle size analyzer
respondant audit générateur de faisceaux lumineux dudit premier gra- corresponding to said light beam generator of said first beam
nulomètre et ledit dispositif comporte un moyen pour former, à partir nullometer and said device comprises means for forming, from
d'un faisceau lumineux émis par ledit générateur unique, deux fais- of a light beam emitted by said single generator, two beams
ceaux lumineux partiels traités respectivement par lesdits premier et partial light beams treated respectively by said first and
second granulomètres.second granulometers.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques The figures of the appended drawing will make it clear how the invention can be implemented. In these figures, identical references
désignent des éléments semblables. denote similar elements.
La figure 1 montre schématiquement une réalisation de base d'un Figure 1 schematically shows a basic embodiment of a
dispositif conforme à l'invention.device according to the invention.
La figure 2 montre schématiquement un mode de réalisation pré- Figure 2 schematically shows a pre-
féré d'un dispositif conforme à l'invention. of a device according to the invention.
Le dispositif conforme à l'invention et représenté schématique- The device according to the invention and shown diagrammatically-
ment sur les figures 1 et 2 respectivement dans deux modes de réalisa- ment in FIGS. 1 and 2 respectively in two embodiments
tion 1A et lB différents est destiné à déterminer la répartition granulomé- tion 1A and lB different is intended to determine the particle size distribution
trique d'un mélange de particules en circulation. stick of a mixture of particles in circulation.
Selon l'invention, ledit dispositif 1A comporte un granulomètre G1 qui comprend un générateur 2 engendrant un faisceau lumineux 3 à rayons parallèles, par exemple un faisceau laser, d'axe X-X. Sur le trajet dudit faisceau lumineux 3 est disposé un récipient transparent 4 en forme According to the invention, said device 1A comprises a particle size analyzer G1 which comprises a generator 2 generating a light beam 3 with parallel rays, for example a laser beam, of axis X-X. On the path of said light beam 3 is arranged a transparent container 4 in the form
de cuve à faces parallèles et pourvu d'un conduit plat 5, par exemple or- tank with parallel faces and provided with a flat duct 5, for example or-
thogonal à l'axe X-X, à travers lequel circule un mélange de particules. thogonal to the X-X axis, through which a mixture of particles circulates.
Ces particules peuvent être projetées à sec à travers ledit récipient 4 ou bien être en suspension dans un courant de liquide. Le mélange desdites particules est mis en circulation par des moyens connus non représentés, These particles can be sprayed dry through said container 4 or else be suspended in a stream of liquid. The mixture of said particles is put into circulation by known means not shown,
pour entrer à une extrémité du conduit 5 (flèche E) et en sortir à son au- to enter and exit one end of conduit 5 (arrow E)
tre extrémité (flèche S).be end (arrow S).
On notera qu'en variante, lesdites particules peuvent ne pas être dans une cuve, mais se trouver simplement à l'air libre, en prévoyant des It will be noted that, as a variant, said particles may not be in a tank, but simply be in the open air, by providing for
moyens de mise en circulation appropriés et non représentés. means of circulation suitable and not shown.
En aval du récipient 4 (par rapport au sens de propagation du faisceau lumineux 3), le dispositif 1A conforme à l'invention comporte un système de traitement optique 6, pour analyser ledit faisceau lumineux 3 Downstream of the container 4 (relative to the direction of propagation of the light beam 3), the device 1A according to the invention comprises an optical processing system 6, for analyzing said light beam 3
et pour en déduire ladite répartition granulométrique. and to deduce therefrom said particle size distribution.
Pour pouvoir mesurer facilement et de façon précise des particu- To be able to easily and precisely measure particles
les présentant une gamme de diamètres étendue, par exemple entre 200 et 2500 pm, ledit système de traitement optique 6 comporte, selon I'invention: - un moyen 7 de prise d'image, pour prendre au moins une image dudit faisceau lumineux 3 ayant traversé ledit récipient transparent 4; et - un moyen 8 de traitement d'image, relié par une liaison 9 audit moyen 7, pour déduire des informations des images prises par ledit moyen 7 et pour déterminer à partir de ces informations, à l'aide d'au moins une having a wide range of diameters, for example between 200 and 2500 μm, said optical processing system 6 comprises, according to the invention: - an image taking means 7, for taking at least one image of said light beam 3 having passed through said transparent container 4; and - an image processing means 8, connected by a link 9 to said means 7, for deducing information from the images taken by said means 7 and for determining from this information, using at least one
transformation de Fourier, ladite répartition granulométrique. Fourier transformation, said particle size distribution.
On notera que, dans une variante de réalisation non représentée, It will be noted that, in a variant embodiment not shown,
ledit moyen 7 de prise d'image prend directement une image des particu- said image taking means 7 directly takes an image of the particles
les éclairées à la lumière du jour, ce qui permet de se passer d'un généra- illuminated in daylight, which allows you to do without a general
teur 2 de faisceau lumineux 3.light beam 2 3.
Les résultats obtenus par le moyen 8 peuvent être transmis à un The results obtained by means 8 can be transmitted to a
dispositif utilisateur non représenté par l'intermédiaire d'une liaison 10. user device not shown via a link 10.
L'image engendrée par le moyen 7 comporte une pluralité de ni- The image generated by the means 7 comprises a plurality of ni-
veaux de gris.gray calves.
Aussi, selon l'invention - dans un premier mode de mise en oeuvre, ledit moyen 8 de traitement Also, according to the invention - in a first embodiment, said processing means 8
d'image calcule le module de la transformée de Fourier bidimension- image computes the modulus of the two-dimensional Fourier transform-
nelle desdits niveaux de gris et calcule à partir dudit module la réparti- of said gray levels and calculates from said module the distribution
tion granulométrique recherchée et éventuellement le facteur de forme; tandis que - dans un second mode de mise en oeuvre, ledit moyen 8 de traitement particle size sought and possibly the form factor; while - in a second embodiment, said means 8 for processing
d'image réalise des sommations préalables de niveaux de gris et cal- image performs previous summations of grayscale and cal-
cule le module de la transformée de Fourier desdites sommations, ledit calculates the module of the Fourier transform of said summations, said
module étant représentatif de ladite répartition granulométrique. module being representative of said particle size distribution.
A titre d'exemple, ce second mode de mise en oeuvre peut con- By way of example, this second mode of implementation can
sister à effectuer dans le sens vertical de l'image la somme des niveaux de gris pour obtenir une ligne "somme", puis à en calculer le module de la transformée de Fourier. Ceci peut également être réalisé en faisant la sister to perform in the vertical direction of the image the sum of the gray levels to obtain a "sum" line, then to calculate the modulus of the Fourier transform. This can also be done by doing the
somme dans le sens horizontal.sum in the horizontal direction.
On notera en outre que l'on peut réaliser une calibration du moyen 7 de prise d'image, en mesurant un signal en l'absence d'échantillon (coefficient de Fourier ou module de Fourier) et en le retranchant ensuite It will also be noted that a calibration of the image taking means 7 can be carried out, by measuring a signal in the absence of a sample (Fourier coefficient or Fourier module) and then subtracting it
des mesures réalisées ultérieurement. measurements made later.
Selon l'invention, ledit moyen 7 de prise d'image peut être réalisé According to the invention, said image taking means 7 can be produced
de différentes manières.in different ways.
Toutefois, dans un mode de réalisation préféré représenté, ledit moyen 7 est une caméra vidéo 7 comportant un détecteur matriciel 11 du type à dispositif à transfert de charge. Dans ce cas, on peut toutefois However, in a preferred embodiment shown, said means 7 is a video camera 7 comprising a matrix detector 11 of the type with charge transfer device. In this case, however,
également prévoir un moyen optique afocal non représenté, pour agran- also provide an afocal optical means not shown, for agran-
dir ou réduire l'image formée sur ledit détecteur 1 1. direct or reduce the image formed on said detector 1 1.
Ainsi, le dispositif 1A conforme à l'invention mesure directement Thus, the device 1A according to the invention measures directly
les taches (ou ombres) engendrées par les particules situées sur le par- the spots (or shadows) generated by the particles located on the par-
cours du faisceau lumineux 3, ce qui permet de remédier aux problèmes liés à la mesure de grosses particules (par exemple de diamètre supérieur course of the light beam 3, which makes it possible to remedy the problems associated with the measurement of large particles (for example of larger diameter
à 400 pim) existant sur les granulomètres à laser usuels connus. at 400 pim) existing on conventional laser granulometers known.
Ledit dispositif 1A peut ainsi mesurer des particules présentant un Said device 1A can thus measure particles having a
diamètre important.large diameter.
De plus, le dispositif conforme à l'invention n'est pas limité aux valeurs précitées. Il peut en effet mesurer des particules beaucoup plus In addition, the device according to the invention is not limited to the above values. It can indeed measure much more particles
grandes encore, telles que des gravillons par exemple. still large, such as gravel for example.
Aussi, à titre d'application, on peut envisager d'utiliser le disposi- Also, as an application, one can consider using the device
tif conforme à l'invention dans un système, notamment de travaux pu- tif according to the invention in a system, in particular of public works
blics, pour déterminer la répartition granulométrique de gravillons ou ro- blics, to determine the particle size distribution of gravel or ro-
ches concassées, qui présentent généralement des dimensions jusqu'à crushed ches, which generally have dimensions up to
500 mm.500 mm.
Dans cette application non représentée, ledit dispositif comporte de préférence un moyen, par exemple un tapis roulant, de déplacement du gravier à l'air libre et ledit moyen 7 observe les graviers en circulation, In this application, not shown, said device preferably comprises a means, for example a conveyor belt, for moving the gravel in the open air and said means 7 observes the gravel in circulation,
soit à la lumière du jour, soit sous un éclairage auxiliaire. either in daylight or under auxiliary lighting.
Par ailleurs, grâce à la transformation de Fourier précitée, ledit granulomètre G1 fournit des informations de même nature que celles fournies par des granulomètres à laser usuels, comme on le verra plus en détail ci-dessous, ce qui évite tout traitement ultérieur et facilite Furthermore, thanks to the aforementioned Fourier transformation, said G1 particle size analyzer provides information of the same kind as that provided by conventional laser particle size analyzers, as will be seen in more detail below, which avoids any subsequent processing and facilitates
l'adaptation des résultats.adaptation of the results.
Comme on peut le voir sur la figure 2, ledit dispositif 1 B comporte As can be seen in Figure 2, said device 1 B comprises
le granulomètre G1 de la figure 2. Par conséquent, ce dispositif lB pré- the granulometer G1 of FIG. 2. Consequently, this device LB pre-
sente déjà les avantages et les particularités précités dudit granulomètre G1i. De plus, ledit dispositif 1 B comporte un granulomètre G2, du type granulomètre laser usuel, qui comprend: already feels the aforementioned advantages and peculiarities of said G1i granulometer. In addition, said device 1B comprises a particle size analyzer G2, of the usual laser particle size analyzer type, which comprises:
- un générateur laser 13 engendrant un faisceau laser 14 à rayons pa- a laser generator 13 generating a laser beam 14 with pa-rays
rallèles, d'axe Y-Y, traversant ledit récipient 4 par exemple de façon or- alignments, of axis Y-Y, passing through said container 4 for example in an or-
thogonale de sorte que les axes X-X et Y-Y sont parallèles thogonal so that the X-X and Y-Y axes are parallel
- un système optique convergent 15, par exemple une lentille conver- a converging optical system 15, for example a converging lens,
gente, pour former, dans son plan focal, une figure de diffraction- gente, to form, in its focal plane, a diffraction figure-
diffusion desdites particules éclairées par ledit faisceau laser 14; - un ensemble 16 de détecteurs photosensibles répartis radialement dans ledit plan focal du système optique convergent 15 et engendrant des signaux électriques représentatifs de l'intensité lumineuse détectée; et - des moyens 17 reliés par une liaison 18 audit ensemble 16, pour traiter les signaux électriques engendrés par ledit ensemble 16 de détecteurs scattering of said particles illuminated by said laser beam 14; - A set 16 of photosensitive detectors distributed radially in said focal plane of the converging optical system 15 and generating electrical signals representative of the detected light intensity; and - means 17 connected by a link 18 to said assembly 16, for processing the electrical signals generated by said assembly 16 of detectors
photosensibles et en déduire ladite répartition granulométrique. photosensitive and deduce therefrom said particle size distribution.
Par conséquent, comme le granulomètre G2 de type usuel permet Therefore, as the usual G2 particle size analyzer allows
de mesurer des petites particules présentant par exemple un diamètre mi- to measure small particles having for example a mid-diameter
nimal jusqu'à 0,1 pm, le dispositif lB conforme à l'invention présente un champ de mesure très étendu, par exemple de 0,1 pm à 2500 pm ou plus. nimal up to 0.1 pm, the IB device according to the invention has a very wide measurement field, for example from 0.1 pm to 2500 pm or more.
En outre, en variante ou en complément de ce qui précède, lors- In addition, as a variant or in addition to the above, when-
que les granulomètres G1 et G2 mesurent des particules de même taille par exemple entre 200 pm et 400 pIm, ledit dispositif 1 B permet d'affiner as the particle size analyzers G1 and G2 measure particles of the same size, for example between 200 μm and 400 μIm, said device 1 B makes it possible to refine
les résultats correspondant à cette plage de mesures, à partir des résul- the results corresponding to this measurement range, from the results
tats fournis par les moyens 8 et 17. states provided by means 8 and 17.
A cet effet, ledit dispositif 1B comporte une unité de calcul 19 re- To this end, said device 1B comprises a calculation unit 19 representing
liée aux moyens 8 et 17 respectivement par des liaisons 10 et 20, dont linked to means 8 and 17 respectively by links 10 and 20, of which
les résultats peuvent être transmis par une liaison 21 à un dispositif utili- the results can be transmitted by a link 21 to a device used
sateur non représenté.sator not shown.
L'unité de calcul 19 peut, par exemple, réaliser une moyenne des résultats fournis par lesdits granulomètre G1 et G2, pour en déduire la The calculation unit 19 can, for example, carry out an average of the results provided by said particle size analyzer G1 and G2, to deduce therefrom
répartition granulométrique finale et affinée dudit mélange de particules. final and refined particle size distribution of said mixture of particles.
Toutefois, toute pondération respective possible des différents ré- However, any possible respective weighting of the different re-
sultats est bien entendu envisageable dans le cadre de la présente inven- results is of course conceivable within the framework of the present invention.
tion. Par ailleurs, dans une variante non représentée, le dispositif 1B comporte un seul générateur laser et un moyen pour former à partir d'un faisceau laser émis par ce générateur unique les deux faisceaux 3 et 14 précités. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les moyens 8 et 17 et l'unité de calcul 19 sont agencés dans une seule unité tion. Furthermore, in a variant not shown, the device 1B comprises a single laser generator and a means for forming from a laser beam emitted by this single generator the two beams 3 and 14 above. In a particularly advantageous embodiment, the means 8 and 17 and the calculation unit 19 are arranged in a single unit
centrale 22.central 22.
Comme indiqué précédemment, les résultats fournis par le granu- As previously indicated, the results provided by the granu-
lomètre G1 (après transformation de Fourier) sont de même nature que lometer G1 (after Fourier transformation) are of the same nature as
ceux fournis par le granulomètre G2. those supplied by the G2 granulometer.
Aussi, ledit moyen de calcul 19 peut-il facilement relier ensemble lesdits résultats à l'aide de la relation suivante sinc = _.i a dans laquelle - X est la longueur d'onde du faisceau 14; - oa est un angle de diffraction selon une direction d'analyse donnée, ledit angle a pouvant être déterminé par le moyen 17; - i est un numéro d'ordre de l'amplitude du module de la transformée de Fourier, ledit numéro i pouvant être déterminé par le moyen 8; et Also, said calculation means 19 can easily link together said results using the following relation sinc = _.i a in which - X is the wavelength of beam 14; oa is a diffraction angle in a given direction of analysis, said angle a being able to be determined by means 17; - i is a serial number of the amplitude of the module of the Fourier transform, said number i can be determined by means 8; and
- a est la longueur du détecteur 1 1 selon ladite direction d'analyse. - A is the length of the detector 1 1 according to said direction of analysis.
Bien entendu, dans le cadre de la présente invention, on peut as- Of course, in the context of the present invention, it is possible to
socier tout type de granulomètre au granulomètre G1, pour obtenir une augmentation du champ de mesure et/ou de la précision des mesures, et associate any type of particle size analyzer with the G1 particle size analyzer, to obtain an increase in the measurement field and / or the accuracy of the measurements, and
pas seulement un granulomètre à laser tel que le granulomètre G2. not just a laser particle sizer such as the G2 particle sizer.
Par ailleurs, on remarquera que, grâce à la transformée de Fourier bidimensionnelle, il est possible de déterminer le facteur de forme moyen In addition, it will be noted that, thanks to the two-dimensional Fourier transform, it is possible to determine the average form factor
des particules mesurées, c'est-à-dire l'allongement moyen de celles-ci. measured particles, that is to say the average elongation thereof.
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FR9805401A FR2778243B1 (en) | 1998-04-29 | 1998-04-29 | DEVICE FOR DETERMINING THE GRANULOMETRIC DISTRIBUTION OF A MIXTURE OF PARTICLES |
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