FR2797954A1 - Detecteur de gaz a plage de mesure optique ouverte - Google Patents
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Abstract
Ce détecteur, destiné à la mesure optique d'au moins un composant gazeux, comprend une unité formant source de lumière, une unité de détection, entre lesquelles s'étend la plage de mesure optique, et un dispositif de commande et d'évaluation, le dispositif de commande et d'évaluation étant conçu pour déterminer, sur la base du signal de mesure du détecteur, une mesure de la concentration du composant gazeux à analyser. L'unité de détection (2) est pourvue d'un dispositif émetteur (10), qui communique avec un dispositif de commande et d'évaluation (11) présent dans l'unité de détection (2) et l'unité formant source de lumière (1) est pourvue d'un dispositif récepteur (9), qui communique avec un dispositif de commande et d'évaluation (6), présent dans l'unité formant source de lumière (1), ce qui permet un échange de données direct entre l'unité de détection (2) et l'unité formant source de lumière (1).
Description
L'invention concerne un détecteur de gaz plage de mesure optique ouverte, destiné à la mesure optique d'au moins un composant gazeux, comprenant une unité formant source de lumière, une unite de détection, entre lesquelles s'étend la plage de mesure optique, et comprenant un dispositif de commande et d'évaluation, l'unité formant source de lumière présentant une source de lumière et des éléments de guidage optiques destinés à envoyer un rayon lumineux de mesure à l'unité de détection et l'unité de détection contenant un détecteur qui, lorsqu'il est monté dans la trajectoire du rayon lumineux de mesure, détecte l'intensité lumineuse du rayon lumineux de mesure, le dispositif de commande et d'évaluation étant conçu pour déterminer, sur la base du signal de mesure du détecteur, une mesure de la concentration du composant gazeux à analyser.
Un dispositif de ce type est connu, par exemple, par le brevet US 5 591 975, dans lequel est décrit un dispositif de mesure des gaz d'échappement d'automobiles passant à proximité de celui-ci. Dans ce cas, les véhicules traversent la plage de mesure, qui est délimitée d'un côté par une source de lumière et, de l'autre côté, par un champ de photodiodes.
L'analyse de mélanges gazeux revêt une importance croissante dans l'analyse de l'environnement et dans les techniques de surveillance industrielle. C'est pour cette raison que l'on s'intéresse plus en plus au développement de nouveaux détecteurs de gaz, dont la sensibilité, la sélectivité la durée de vie et la facilité de manipulation sont optimisées.
Outre les détecteurs de gaz qui surveillent une zone peu étendue, on emploie de plus en plus, ces derniers temps, des détecteurs de gaz qui contrôlent une zone plus large. Ces détecteurs de gaz, que l'on appelle des détecteurs à plage de mesure optique ouverte (détecteurs à Open Path) enregistrent la concentration moyenne du gaz recherché sur une plage de mesure d'une longueur comprise entre 10 m et quelques centaines de mètres.
Le brevet US N 5 339 155 décrit un dispositif dans lequel la longueur d'onde de la lumière provenant d'une source lumineuse est modulée et, en de présence du gaz recherché, cette modulation de fréquence est transformée en modulation d'amplitude, qui peut être mesurée par un détecteur. La plage de mesure est délimitée par une unité formant source de lumière et par une unité de détection, qui sont séparées l'une de l'autre.
Ces dernières années, on utilise de plus en plus des sources lumineuses laser. Les diodes laser de type DFB, en particulier, sont caractérisées, d'une part, par le fait que la longueur d'onde de la lumière émise présente une bande bien plus étroite que les lignes d'absorption des gaz et, d'autre part, qu'il est possible de faire varier cette longueur d'onde en agissant sur la température de la diode laser mais également en commandant le courant de la diode laser. Dans de nombreux systèmes utilisant des diodes laser, on emploie ce que l'on appelle la spectroscopie dérivée. Dans ce cas, la longueur d'onde de la diode laser, par exemple en prescrivant la température de la diode laser, est tout d'abord réglée de telle sorte que la ligne laser à bande très étroite repose dans le spectre de l'absorption, par exemple, d'une ligne gazeuse unique. Le contrôle ciblé de la température de la diode laser peut être obtenu, par exemple, en montant la puce laser sur un élément Peltier qui peut être amené à la température souhaitée si fait varier le courant à effet Peltier. La diode laser fonctionne avec une modulation de courant telle que la ligne de gaz est périodiquement couverte par la fréquence f, la modulation présentant, de préférence, une forme sinusoïdale. Ici, c'est non seulement la longueur d'onde de la diode laser qui varie, mais on constate, en outre, des phénomènes parasites, sous forme de modulation d'amplitude de l'intensité de rayonnement avec la fréquence f, ce que l'on appelle la partie 1f, cette modulation d'amplitude étant utilisée pour la normalisation de l'intensité.
Après avoir parcouru la plage de mesure, l'intensité de la lumière est décelée au moyen d'un détecteur, sensible à la lumière de la source lumineuse, qui émet un signal électrique proportionnel à l'intensité lumineuse constatée. Ce détecteur est équipé d'un filtre optique qui filtre les composants parasites du spectre, par exemple, l'introduction de lumière naturelle. En cas d'absence du gaz recherché, le signal du détecteur est également sinusoïdal avec la fréquence f, du fait de la modulation d'amplitude correspondante du courant de la diode laser. Par contre, si le gaz recherché est présent à l'intérieur de la plage de mesure, l'intensité mesurée par le détecteur à la fin du parcours de la plage de mesure, en fonction du temps, contient des fractions qui sont modulées par le multiple n'Ie de la fréquence, ce que l'on appelle les n'es composantes harmoniques ou également les nomes fractions harmoniques. La production de ces fractions harmoniques est conditionnée par la courbure non linéaire de la ligne d'absorption du gaz. Il est possible de déterminer la présence de ces fractions harmoniques du signal du détecteur à l'aide d'un amplificateur de mesure à sensibilité en phase adapté (amplificateur synchrone). Alors que la fraction 1f du signal du détecteur n'est pratiquement pas influencées par la concentration gazeuse, les fractions 2f, 3f, plus élevées, sont approximativement proportionnelles à la concentration gazeuse. Ainsi, par exemple, le quotient de la fraction 2f et de la fraction 1f, que l'on appelle le quotient 2f : 1f, représente un chiffre d'indice normalisé pour déterminer la concentration gazeuse, qui est indépendant des effets extérieurs, tels que le vieillissement des sources de lumière, l'affaiblissement à bande large, dû à la poussière, au brouillard, etc. Pour compenser les dérives du point zéro et afin d'améliorer les sensibilités, on ajoute à la modulation 1 f rapide de la longueur d'onde de la diode laser une modulation plus lente de la longueur d'onde moyenne avec la fréquence F (f > F), et le courant de la diode laser est amené à varier de façon correspondante. Cette modulation lente peut, par exemple, intervenir sous la forme d'une rampe variable linéaire (dent de scie) ; chaque période de cette modulation lente est appelée "scan" (balayage). Au cours d'un balayage, nombre prédéterminé de n quotients 2f : 1f est capté pour n longueurs d'onde différentes. Les amplitudes des modulations rapide f et lente F de la longueur d'onde sont, chaque fois, sélectionnées de telle sorte qu'elles correspondent approximativement à la largeur de la ligne de gaz. Ainsi, au lieu de la valeur simple, préalablement décrite, d'un quotient 2f : 1f, pour une longueur d'onde fixe, on obtient une pluralité ou une série de n quotients 2f : 1f, pour longueurs d'onde différentes. Cette série de valeurs de mesure peut servir aussi bien ' déterminer la concentration du gaz recherché qu'à identifier façon certaine le gaz recherché, grâce à une évaluation mathématique adaptée, comme par exemple un procédé PCA ("Principle Components Analysis"), similaire.
Afin d'éviter la variation, en fonctionnement, de la température, initialement réglée, de la diode laser ou de l'élément Peltier et, par conséquent, la variation de la longueur d'onde de la lumière laser, un séparateur faisceaux est monté du côté de l'unité formant source de lumière ou de l'unité de détection et oriente une partie de la lumière qui sort de la diode laser à travers cellule (cellule de référence) qui contient un gaz présentant un pouvoir absorbant adapté - par exemple le gaz recherché lui-même -. Cette partie de lumière, après avoir traversé la cellule de référence, est mise en évidence par un détecteur sensible à la lumière. A l'aide d'un amplificateur de mesure à sensibilité en phase, il est possible de déterminer, de façon analogue à la série de mesures, une série de valeurs de mesure de référence, appelée série de référence, qui est de préférence composée elle aussi quotients 2f <B>If.</B> Si l'on compare cette série de référence avec des valeurs stockées en mémoire, il est possible de détecter d'éventuelles dérives de longueurs d'onde et de corriger la température de la diode laser de telle sorte cette dérive soit immédiatement compensée.
Les détecteurs de gaz à plage de mesure ouverte dans lesquelles une grande distance sépare l'unité formant source de lumiere et l'unité de détection sont difficiles à monter et à faire fonctionner, et leur manipulation n'est pas aisée. Par exemple, en spectroscopie dérivée, on constate des problèmes de réglage entre la commande de la source de lumière et l'évaluation des signaux du détecteur. Dans la mesure du possible, les réglages entre la commande de la source de lumière et l'évaluation des signaux du détecteur doivent être réalisés dans un dispositif de commande et d'évaluation séparé, qui communique aussi bien avec l'unité formant source de lumiere qu'avec l'unité de détection.
Ces problèmes de réglage et de commande peuvent partiellement être évités par des systèmes de détection de gaz dans lesquels l'unité formant source de lumière et l'unité de détection sont placées directement côte à côte et longue plage de mesure ouverte est obtenue grâce au fait que la source de lumière dirige un faisceau de mesure sur un rétroréflecteur monté à distance qui réfléchit le faisceau de mesure et le renvoie l'unité de détection. Un détecteur de gaz de ce type est connu, par exemple, par le document DE 196 11 290 C2. Dans ce détecteur de gaz connu, l'unité formant source de lumière et l'unité de détection ne sont pas séparés, mais sont logés dans boîtier. Ce détecteur de gaz présente l'avantage que l'unité formant source de lumière et l'unité de détection peuvent fonctionner simplement en étant accordées l'une sur l'autre. L'inconvénient présenté par détecteur de gaz réside dans l'utilisation d'un rétroréflecteur, car ceci rend le rapport signal/bruit moins favorable que pour les détecteurs de gaz dans lesquels la lumière de mesure qui sort de la source de lumière est directement orientée sur l'unité de détection.
Un autre problème rencontré avec les détecteurs de gaz à plage de mesure ouverte de grande longueur réside dans l'alignement du détecteur de gaz. Etant donné que l'unité formant source de lumière et l'unité de détection peuvent être éloignées de quelques centaines de mètres, il est tout d'abord nécessaire, lors du montage et de la mise en service, d'obtenir un alignement optique soigné des deux unités. Dans ce cas, on rencontre les problèmes suivants. D'une part, les éléments de guidage optiques qui, du côté l'unité formant source de lumière et de l'unité de détection, servent à produire la lumière de mesure sur le détecteur, sont montés de façon rigide dans l'unité formant source de lumière et détecteur. Il est donc nécessaire de déplacer l'ensemble que forme l'unité formant source de lumière et détecteur pour obtenir un alignement optimal du système. Si la distance qui sépare l'unité formant source de lumière et l'unité de détection est, par exemple, de 00 m, l'unité formant source de lumière doit pouvoir être déplacée avec une précision 1l20 , si la lumière de mesure doit pouvoir être positionnée du côté de l'unité de détection avec une précision de 10 cm. Cette exigence de précision, ainsi que le poids de l'unité formant source lumineuse, qui est habituellement plusieurs kilogrammes, pose un important problème pratique de conception. D'autre part, on ne dispose, lors de l'alignement du système, d'aucune information directe sur la qualité de l'alignement du moment. En conséquence, faut tout d'abord procéder, à l'aide d'un moyen optique, tel qu'une lunette de visée, à un réglage approximatif, puis il faut contrôler le signal du détecteur, dans le détecteur qui est éloigné de 100 m ; pour cela, le monteur doit lui- même se déplacer vers l'unité de détection éloignée, ou une deuxième personne doit relever le signal du détecteur et le contrôler. La mise en service d'un détecteur de gaz à plage de mesure ouverte et s'étendant sur une longue distance, ou le contrôle de l'alignement entraînent donc un important investissement personnel et prennent du temps.
La présente invention a donc pour but de fournir un détecteur de gaz à plage de mesure optique ouverte léger, facile à manipuler et à faire fonctionner, que l'on puisse régler facilement même lorsque la plage de mesure est longue. En outre, il faut que la lumière de mesure de l'unité formant source de lumière soit orientée directement sur l'unité de détection, sans passer par un rétroréflecteur, afin d'obtenir un bon rapport signal/bruit et permettre, en même temps, un réglage simple entre l'unité de détection et l'unité formant source de lumière.
Ce but est atteint, selon l'invention, grâce au fait que l'unité de détection est pourvue d'un dispositif émetteur, qui communique avec un dispositif de commande et d'évaluation présent dans l'unité de détection et grâce au fait que l'unité formant source de lumière est pourvue d'un dispositif récepteur, communique avec un dispositif de commande et d'évaluation, présent dans l'unité formant source de lumière, ce qui permet un échange de données direct entre l'unité de détection et l'unité formant source de lumière. est prévu, selon l'invention, que l'unité de detection soit équipée d'un dispositif émetteur et que l'unité formant source de lumière soit équipée d'un dispositif récepteur, qui réagisse aux signaux du dispositif émetteur, afin de permettre un échange direct de données entre l'unité détection et l'unité formant source de lumière, les dispositifs émetteur et récepteur communiquant chacun avec des dispositifs de commande et d'évaluation présents dans l'unité de détection et dans l'unité formant source de lumière. II ainsi possible, par exemple lors de l'alignement du détecteur de gaz, il soit possible d'orienter de façon optimale l'unité formant source de lumière par rapport à l'unité de détection l'unité formant source de lumière recevant un accusé de réception du signal de détecteur détecté par l'unité de détection, de sorte qu'une recherche d'exploration permet une optimisation de la puissance du signal de détecteur et, ainsi, une orientation optimale du rayon lumineux de mesure sur l'unité de détection. Cet accusé de réception peut également être utilisé pour réaliser un alignement automatique de l'unité formant source de lumière et de l'unité de detection. A cet effet, il est possible de prévoir, tant dans l'unité formant source de lumière que dans l'unité de détection, des éléments de guidage optiques mobiles (miroirs), susceptibles d'être commandés électriquement, qui sont réglés par les dispositifs de commande et d'évaluation pour obtenir un signal de détecteur aussi puissant que possible et, de ce fait, une orientation aussi bonne que possible du détecteur, dans la trajectoire du rayon lumineux de mesure. Selon une forme d'exécution avantageuse de l'invention, de façon inverse, l'unité formant source de lumière est équipée d'un dispositif émetteur et l'unité détection est équipée d'un dispositif récepteur, réagissant à ce dispositif émetteur, ce qui permet un échange de données direct, bidirectionnel, entre l'unité formant source de lumière et l'unité de détection. La possibilité de disposer d'un échange de données bidirectionnel entre l'unité formant source de lumière et l'unité de détection présente de nombreux avantages. Ainsi, par exemple, il est possible de disposer de fonctions de service, de réaliser un calibrage du détecteur de gaz ou un auto-contrôle, grâce aux dispositifs de commande et d'évaluation, paramétrés de façon adaptée, présents dans l'unité formant source de lumière et dans l'unité de détection. En particulier lorsqu'on pratique une spectroscopie dérivée, telle que décrite ci-dessus, associée à une diode laser, il est très avantageux, pour la technique de mesure, de disposer d'une échange de données bidirectionnel entre l'unité formant source de lumière l'unité de détection, par exemple pour la démodulation signal de détecteur ou pour la synchronisation du dispositif de commande et d'évaluation, présent dans l'unité de détection, avec la rampe variable qui commande la diode laser, qui est contrôlée par le dispositif de commande et d'évaluation présent dans l'unité formant source de lumière.
Les dispositifs émetteur et récepteur présents dans l'unité formant source lumière et l'unité de détection peuvent fonctionner sans ou grâce à une liaison câblée, qu'elle soit électrique ou optique. En alternative, il est également possible que le dispositif émetteur présent dans l'unité formant source lumière soit réalisé grâce à une conception adaptée dispositif de commande et d'évaluation qui commande la source de lumière de telle sorte que la lumière de mesure soit modulée en fréquence et/ou en amplitude, afin de transférer, au moyen de la lumière de mesure, des données peuvent être démodulées, à partir du signal de détecteur, par un dispositif de commande et d'évaluation de conception adapté, présent dans l'unité de détection.
La source de lumière peut être une lampe à incandescence, une lampe éclair, une diode laser ou tout autre type de source de lumiere. Dans ce cas, la lumière de mesure n'est pas limitée, par exemple, à la plage de la lumière visible ; dans de nombreux cas, il est avantageux de travailler en- dehors de la plage de lumière visible, par exemple dans plage des infrarouges, afin de pouvoir supprimer les parasites imputables lumière d'arrière-plan et à la lumière du soleil.
Suivant une possibilité, une paire de dispositifs émetteur et récepteur coopérants comprend, pour permettre un transfert de données sans fil, une source de lumière et un détecteur sensible à la lumière de la source de lumière.
Suivant une autre possibilité, la liaison câblée est assurée par un câble pouvant conduire l'électricité ou par un câble de guidage de lumière et le dispositif émetteur envoie des signaux électriques ou des signaux lumineux et le dispositif récepteur réagit aux signaux électriques ou lumineux.
De façon avantageuse, le dispositif émetteur présent dans l'unité formant source de lumière et le dispositif récepteur présent dans l'unité de détection sont réalisés de telle façon que le dispositif de commande et d'évaluation present dans l'unité formant source de lumière est conçu de telle sorte que, par l'intermédiaire d'une commande de la source de lumière, il module la fréquence et/ou l'amplitude de la lumière émise par la source de lumière, afin transférer les données de l'unité formant source de lumière à l'unité de détection, et le dispositif de commande et d'évaluation présent dans l'unité de détection est conçu de telle sorte qu'il démodule la modulation du rayon lumineux de mesure, afin de décoder les données transférées.
De préférence, l'orientation des éléments de guidage optiques présents dans l'unité formant source de lumière peut être modifiée grace à une commande électrique et d'autres éléments de guidage optiques sont présents dans l'unité de détection, et leur orientation peut être modifiée grâce à une commande électrique ; de plus, le dispositif de commande et d'evaluation présent dans l'unité formant source de lumière et le dispositif de commande et d'évaluation présent dans l'unité de détection sont conçus de telle sorte qu'ils coopèrent afin de réaliser automatiquement, en utilisant le transfert données entre l'unité formant source de lumière et l'unité de détection, un alignement optique optimal grâce à la commande de l'orientation des éléments de guidage optiques.
L'invention va maintenant être expliquée de façon plus détaillée, à l'aide d'exemples d'exécution illustrés sur le dessin, dans lequel la figure 1 est un schéma fonctionnel d'une unité formant source de lumière et d'une unité de détection ; la figure 2 représente une variante du dispositif représenté à la figure 1, dans lequel sont prévus des éléments de guidage optiques présents dans l'unité formant source de lumière et dans l'unité de détection, qui peuvent être orientés électriquement ; la figure 3 représente la courbe du quotient 2f : 1f d'un detecteur de gaz à plage de mesure ouverte, assisté par une diode laser, lors d'un balayage, dans les conditions suivantes : (a) mode de fonctionnement normal, sans présence de gaz recherché ; (b) mode de fonctionnement normal, avec présence de gaz recherché ; (c) balayage de contrôle, sans présence de gaz recherché<B>;</B> (d) balayage de contrôle, avec présence de gaz recherché ; la figure 4 représente la courbe du quotient 2f : 1 f d'un detecteur de gaz à plage de mesure ouverte, assisté par une diode laser, lors d'un balayage, avec une impulsion de démarrage pour la synchronisation de l'unité formant source de lumière et de l'unité de détection en présence (a) et sans présence (b) du gaz recherché.
La figure 1 représente une forme d'exécution de l'invention, dans laquelle est prévu un transfert bidirectionnel de données entre l'unité formant source de lumière 1 et l'unité de détection 2, par l'intermédiaire de deux canaux de communication 14,15.
La source de lumière de mesure 3 émet la lumière de mesure et est commandée par un circuit de commande 5 fournit les paramètres d'alimentation nécessaires, tels que courant, tension, etc., à la source de lumière 3 et qui, lui-même, est commandé par un dispositif de commande et d'évaluation 6 se présentant sous la forme d'un processeur.
La lumière de mesure traverse la trajectoire de mesure 13 ouverte et est enregistrée par un détecteur 4 présent dans l'unité de détection 2. Le signal de mesure du détecteur 4 est préalablement traité électriquement dans le dispositif de préparation 12 ; cette préparation peut comprendre une transformation de potentiel du courant, une préamplification, une démodulation, une conversion analogique-numérique, etc. Le signal prétraité est enfin dirigé vers un dispositif de commande et d'évaluation 11, présentant sous la forme d'un processeur, qui analyse les données et, en particulier, calcule à partir de ces données la concentration du gaz recherché, dans la plage de mesure 13.
Les canaux de communication 14 et 15 qui servent à l'échange bidirectionnel de données entre l'unité formant source de lumière 1 et l'unité de détection 2 sont constitués par un dispositif émetteur 7, se présentant sous la forme d'une source de lumière et d'un circuit de commande et par un premier dispositif récepteur 8, se présentant sous la forme détecteur, ainsi que par un dispositif émetteur 10, se présentant sous la forme d'une source de lumière et d'un circuit de commande, et par un deuxième dispositif récepteur 9, se présentant sous la forme d'un détecteur. L'échange données est commandé par les mêmes dispositifs de commande et d'évaluation 6 et 11, présents dans l'unité formant source de lumière 1 et dans l'unité de détection 2, qui assurent également la commande, la lecture et l'analyse de source de lumière 3 et du détecteur 4. En alternative, il est possible d'utiliser à la place des dispositifs optiques émetteurs 7, 10 et récepteurs 8, 9, des dispositifs émetteurs 7, 10 et récepteurs 8, 9 qui fonctionnent avec des signaux radio. La forme de réalisation représentée à la figure 1 peut, par exemple, être utilisée avec un détecteur de gaz à plage de mesure ouverte, assisté par une diode laser, qui fonctionne selon le procédé, décrit ci-dessus, de la spectroscopie dérivee. Dans ce cas, des données adaptées peuvent être envoyées par l'unité formant source de lumière 1 à l'unité de détection 2, qui permet une synchronisation du dispositif de commande et d'évaluation 11 ainsi que la commande la source de lumière 3 par le dispositif de commande et d'évaluation 6, par exemple, une synchronisation avec la rampe variable, qui engendre la modulation lente, déjà évoquée, de la longueur d'onde moyenne de la lumière laser. exemple, dès le début de chaque balayage, un flux de données (impulsion de démarrage) peut être envoyé par l'unité formant source de lumière 1 à l'unité de détection 2, par le canal de communication 14, qui permet au dispositif de commande et d'évaluation 11 présent dans l'unité de détection 2 de se synchroniser avec la rampe variable de la commande de la source de lumière 3.
En outre, il est possible, avec la forme d'exécution représentée à la figure 1, de transmettre des données de l'unité de détection 2 vers l'unité formant source de lumière 1, qui indiquent l'intensité du signal lumineux de mesure optique, reçu par le détecteur 4. Cette information peut être très avantageusement utilisée lors d'un alignement du système, par exemple lors de la première mise service, étant donné que le technicien qui oriente l'unité formant source de lumière 1 ou la source de lumière 3 sur le détecteur 4 peut ainsi obtenir une information immédiate sur la qualité de l'alignement.
Selon variante de la forme d'exécution qui est représentée à la figure 1, il est possible que le détecteur de gaz s'aligne automatiquement, lorsque les éléments guidage optiques de l'unité formant source de lumière 1 et/ou l'unité de détection 2 sont susceptibles d'être orientés par commande électrique, c'est-à-dire lorsque les éléments de guidage optiques correspondants sont équipés d'un dispositif d'alignement pouvant être commandé électriquement. La figure 2 représente un tel exemple d'exécution, dans lequel l'optique de l'unité formant source de lumière et de l'unité de détection 1 et 2 comprend un miroir incurvé 23, 24 et un miroir 21, 22 et dans lequel ces quatre miroirs peuvent tous être orientés indépendamment les uns des autres.
Dans l'exemple d'exécution de la figure 2, la mise en service du détecteur de gaz est sensiblement simplifiée, car l'alignement optique de l'unité formant source de lumière 1 et de l'unité de détection 2 peut être réalisé de telle sorte qu'on pratique tout d'abord une orientation approximative, afin que le détecteur 4 reçoive de toute façon la lumière de mesure de la source de lumière 3. Le réglage fin nécessaire à l'optimisation de l'alignement optique est ensuite réalisé automatiquement par le détecteur de gaz, en orientant les miroirs 21, 22, 23, 24, dans la mesure où les dispositifs de commande et d'évaluation 6 et 11 sont conçus pour qu'ils puissent effectuer des essais permettant un réglage optimal des miroirs et, par conséquent, l'obtention d'un signal de mesure optimal du détecteur 4. Un alignement fin de ce type peut, par exemple, être réalisé de telle sorte que les miroirs 21, 23 de l'unité formant source de lumière 1 exécutent un schéma de déplacement prédéfini, grâce auquel la lumière du rayon lumineux de mesure couvre le détecteur 4. Grâce à la présence du dispositif émetteur 10 et du dispositif récepteur 9, l'unité de détection 2 de l'unité formant source de lumière 1, à savoir son dispositif de commande et d'évaluation 6, peut indiquer à quel moment le signal de réception était optimal, c'est-à-dire dans quelle position, par exemple, la plus grande intensité du signal de détecteur a été mesurée. dispositif de commande et d'évaluation 6 peut alors reproduire cette position afin d'introduire ensuite, par exemple, un deuxième schéma de déplacement des éléments de guidage optiques de l'unité formant source de lumière 1, afin de palper, par itération, une position optimale des éléments de guidage optiques l'unité formant source de lumière 1. Ensuite, les éléments de guidage optiques de l'unité de détection 2, à savoir les miroirs 24 peuvent également s'orienter automatiquement par itération, afin d'obtenir une trajectoire optimale des rayons et une intensité maximale lumière de mesure sur le détecteur 4.
En alternative, il est également possible éléments de guidage optiques de l'unité formant source de lumière 1 et/ou de l'unité de détection 2 soient alignés globalement, l'orientation relative éléments de guidage optiques les uns par rapport aux autres, à savoir, à la figure 2, l'orientation des miroirs 21 par rapport à 23 et 22 par rapport à 24, n'étant pas affectée.
Avec la forme de réalisation représentée à la figure 2, il est également possible que l'alignement automatique du système, qui a été décrit, soit réalisé non seulement lors de la première mise en service, mais en cas de désalignement du détecteur de gaz en cours de fonctionnement, afin de pouvoir, si nécessaire, réaliser automatiquement un réalignement nécessaire du système.
Selon une autre forme d'exécution, il est possible concevoir le détecteur gaz de telle sorte que des données supplémentaires soient acheminées, par la lumière de mesure proprement dite, de l'unité formant source de lumière 1 vers l'unité de détection 2, dans la mesure ou la source de lumière 3 est modulée de façon adaptée. Cette possibilité peut être obtenue grâce au fait qu'à la figure 1, par exemple, le dispositif de commande et d'évaluation 6 est préparé pour qu'il puisse moduler la source lumière 3 de façon adaptée, par l'intermédiaire de la commande de la source de lumière 5. Dans le cas de la spectroscopie dérivée assistée par diode laser, les données sont imprimées dans le courant de la diode laser, susceptible d'etre commandé et, dans la diode laser, cette modulation de courant est à nouveau transformée en modulation d'amplitude de la lumière de mesure, qui est enregistrée par le détecteur 4 et est décodée et analysée par le dispositif commande et d'évaluation 1. Il est ainsi possible, par exemple, en spectroscopie dérivée assistée par diode laser, de moduler la lumière de mesure telle sorte que l'intensité la lumière laser, à l'emplacement du détecteur contienne a priori une fraction 2f, en fonction du temps, telle qu'elle est habituellement produite du fait de la seule présence du gaz recherché à l'intérieur de la plage de mesure 13. Les figures 3(a) à 3(d) représentent, de façon schématique, le quotient 2f : tel que mesuré lors d'un balayage. En mode de fonctionnement normal, la lumière laser est modulée par la fréquence f, selon une forme purement sinusoïdale, de sorte que le signal reçu par le détecteur 4, en l'absence gaz recherché, ne présente pas de fraction 2f : 1f, ou une très faible fraction (cf. la figure 3(a)). Lorsque le gaz recherché est présent dans la plage de mesure 13 ouverte, on obtient une variation caractéristique du quotient : 1f lors d'un balayage, qui peut permettre de tirer des conclusions sur la concentration gazeuse (voir figure 3 (b)). Grâce à la possibilité offerte par l'invention d'échanger des données entre l'unité formant source de lumière 1 et l'unité détection 2, il est possible de déclencher à n'importe quel moment ce que l'on appelle un balayage de contrôle : dans ce cas, contrairement au mode de fonctionnement normal, le courant de la diode laser proprement dit est déjà sollicité par une fraction 2f adaptée. Cette fraction 2f du courant de la diode laser n'est pas constante, lors d'un balayage, mais varie de telle sorte que le quotient 2f : 1f du courant de la diode laser présente une forme qui correspond à la courbe du quotient 2f : 1f de la figure 3(b), l'exception d'un facteur constant. Ainsi, la lumière laser émise subit, dès le départ, une modulation d'amplitude qui est tellement marquée que le signal mesuré dans l'unité de détection 2 doit être mai interprété, comme concentration gazeuse, par le dispositif de commande et d'évaluation, même s'il n'y avait aucun gaz recherché dans la plage de mesure 13.
Les figures 3(c) et 3(d) illustrent le balayage de contrôle. En l'absence de gaz recherché, le quotient 2f : 1 f mesuré du signal de détecteur correspond à la présence du gaz recherché de concentration déterminée (pseudo concentration gazeuse, voir figure 3(c). Cette pseudo concentration gazeuse peut être préalablement librement choisie grâce à la modulation de la fraction 2f du courant de la diode laser. En l'absence du gaz recherché (Figure 3(d)) l'effet de mesure dû au gaz s'ajoute au quotient 2f : 1f du balayage de contrôle, de sorte que le détecteur de gaz mesure globalement une concentration qui correspond à la somme de la concentration gazeuse et de la pseudo concentration gazeuse. Grâce à la possibilite, donnée par le détecteur de gaz selon l'invention, d'effectuer un tel balayage de contrôle à n'importe quel moment, il est, tout d'abord, possible de vérifier à intervalles réguliers que le détecteur de gaz est prêt à effectuer une mesure. A cet effet, il est possible de vérifier si la concentration gazeuse mesurée lors balayage de contrôle est au moins aussi élevée que la pseudo concentration gazeuse mesurée préalablement, car, dans le cas contraire, il y a dysfonctionnement.
En outre, le procédé décrit peut être utilisé avec un balayage de contrôle afin de contrôler le calibrage du détecteur de gaz. Pour le calibrage, on peut utiliser le fait que la concentration gazeuse mesurée après le lancement d'un balayage de contrôle doit être aussi élevée que la somme de la pseudo concentration sélectionnée et de la concentration gazeuse enregistrée juste avant le lancement du balayage de contrôle, en mode de fonctionnement normal. Si ceci n'est pas le cas, le détecteur de gaz ne fonctionne pas, ou le calibrage n'est pas bon.
La possibilité de transférer des données de l'unité formant source de lumière 1 vers l'unité de détection 2, à l'aide de la lumière de mesure, peut être utilisée pour donner l'impulsion de démarrage décrite ci-dessus, pour la synchronisation, grâce à une modulation adaptée de la lumière de mesure, comme ceci est représenté schématiquement aux figures 4(a) et (b). Au début d'un balayage, la source de lumière 3 est commandée par le dispositif de commande et d'évaluation de telle sorte qu'une valeur brièvement très élevée du quotient 2f : 1f est produite avec une forme d'impulsion 25 caractéristique, qui peut être identifiée dans le signal de détecteur, par le dispositif de commande et d'évaluation 1 présent dans l'unité de détection 2, et qui peut être utilisé pour la synchronisation lors de l'évaluation des signaux de mesure.
Claims (9)
1. Détecteur de gaz à plage de mesure optique ouverte, destiné à la mesure optique d'au moins un composant gazeux, comprenant une unité formant source de lumière, une unité de détection, entre lesquelles s'étend la plage de mesure optique, et comprenant un dispositif commande et d'évaluation, l'unité formant source de lumière présentant une source de lumière et des éléments de guidage optiques destinés à envoyer un rayon lumineux de mesure à l'unité de détection et l'unité de détection contenant un détecteur qui, lorsqu'il est monté dans la trajectoire du rayon lumineux de mesure, détecte l'intensité lumineuse du rayon lumineux de mesure, le dispositif de commande et d'évaluation étant conçu pour determiner, sur la base du signal mesure du détecteur, une mesure de la concentration du composant gazeux à analyser, caractérisé en ce que l'unité de détection (2) est pourvue d'un dispositif émetteur (10), qui communique avec un dispositif de commande et d'evaluation (11) présent dans l'unité de détection (2) et en ce que l'unité formant source de lumière (1) est pourvue d'un dispositif récepteur (9), qui communique avec un dispositif de commande et d'évaluation (6), présent dans l'unité formant source de lumière (1), ce qui permet un échange de données direct entre l'unité de détection (2) et l'unité formant source de lumière (1).
2. Detecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en outre l'unite formant source de lumière (1) est équipée d'un dispositif émetteur (7) qui communique avec le dispositif de commande et d'évaluation (6) présent dans l'unité formant source de lumière (1) et en ce que l'unité de détection (2) equipée d'un dispositif récepteur (8), qui communique avec le dispositif de commande et d'évaluation (11) présent dans l'unité de détection (2), ce qui permet un échange de données direct, bidirectionnel, entre l'unité de détection (2) l'unité formant source de lumière (1).
3. Détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs émetteur et récepteur (10, 9) présents dans l'unité de détection (2) et de l'unité formant source de lumière (1) sont conformés pour permettre un transfert sans fil des données.
4. Détecteur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux paires de dispositifs émetteur et récepteur (7, 8 ; 10, présents dans l'unité formant source de lumière (1) et l'unité de détection sont conformés pour permettre un transfert sans fil des données.
5. Détecteur de gaz selon la revendication 1, ou 3, caractérisé en ce qu'une paire dispositifs émetteur et récepteur coopérants (7, 8 ; 10, 9) comprend, pour permettre un transfert de données sans fil, une source de lumière et un détecteur sensible à la lumière de la source lumière.
6. Détecteur de gaz selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une paire de dispositifs émetteur et récepteur coopérants (7, 8 ; 10, 9) présente une liaison câblée.
7. Détecteur de gaz selon la revendication 6, caractérisé en ce que la liaison câblée assurée par un câble pouvant conduire l'électricité ou par un câble de guidage de lumière et en ce que le dispositif émetteur (7, 10) envoie des signaux électriques ou des signaux lumineux et le dispositif récepteur (8, 9) réagit aux signaux électriques ou lumineux.
8. Détecteur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif émetteur présent dans l'unité formant source de lumière (1) et le dispositif récepteur présent dans l'unité de détection (2) sont réalisés de telle façon que le dispositif de commande et d'évaluation (6) présent dans l'unité formant source de lumière (1) est conçu de telle sorte que, par l'intermédiaire d'une commande de la source de lumière (5), il module la fréquence et/ou l'amplitude de la lumière émise par la source de lumière (3), afin de transférer des données de l'unité formant source de lumière (1) à l'unité de détection (2), et en ce que le dispositif de commande et d'évaluation (11) présent dans l'unité de détection (2)est conçu de telle sorte qu'il démodule la modulation du rayon lumineux de mesure, afin de décoder les données transférées.
9. Détecteur de gaz selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en que l'orientation des éléments de guidage optiques (21, 23) présents dans l'unité formant source de lumière (1) peut être modifiée grâce à une commande électrique et en ce que d'autres éléments de guidage optiques (22, 24) sont présents dans l'unité de détection (2), et leur orientation peut être modifiée grâce à une commande électrique, et en ce que le dispositif de commande et d'évaluation (6) présent dans l'unité formant source de lumière (1) et le dispositif de commande et d'évaluation (11) présent dans l'unité de détection (2) sont conçus de telle sorte qu'ils coopèrent afin de réaliser automatiquement, en utilisant le transfert de données entre l'unité formant source de lumière (1) et l'unité de détection (2), un alignement optique optimal grâce à la commande de l'orientation des éléments de guidage (21 - 24) optiques.
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