FR2951823A1 - Procede et dispositif de mesure spectrometrique d'un flux de matiere se deplacant en direction longitudinale - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale. Une caractéristique essentielle est que par rotation d'un élément rotatif (4), les zones aussi bien d'éclairage que de mesure (lb, 2b) sont déplacées simultanément le long d'un parcours prédéfini, transversal à la direction longitudinale, au moins la zone de mesure (2b) étant transmise au spectromètre au moins par un élément de déviation optique (4a) disposé sur l'élément rotatif (4), lequel élément de déviation (4a) est disposé dans le chemin optique d'un faisceau de mesure (2a) entre zone de mesure et spectromètre et que la source de rayonnement (1) et le spectromètre sont stationnaires au moins en translation en direction longitudinale et transversale. L'invention concerne en outre un dispositif de mesure spectrométrique selon le procédé selon l'invention.
Description
L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale. La spectroscopie offre, dans l'industrie et la recherche, la possibilité d'effectuer des mesures rapides, fiables et non destructives, sans longues et coûteuses préparations d'échantillons, pour déterminer la composition chimique, pour un contrôle d'identité ou pour déterminer une épaisseur de couche. Dans le cadre de l'assurance de la qualité, la spectroscopie est utilisée pour surveiller les spécifications définies du produit final en cours de fabrication et pour optimiser les processus et les produits. Cette méthode permet de déterminer la fonctionnalité du produit aussi bien qualitativement que quantitativement, des mesures étant possibles sur une matière en phase solide, liquide ou gazeuse. Il existe de nombreux domaines d'application de la spectroscopie pour le contrôle de processus et l'analyse en laboratoire, par exemple dans l'industrie du papier et de la cellulose, pour la surveillance en ligne de l'humidité, l'identification des matières plastiques dans les installations de tri et de recyclage, la surveillance de la qualité des produits alimentaires en cours de production, etc.
On distingue les mesures effectuées avec des montages par transmission et celles effectuées avec des montages par réflexion. La présente invention ne concerne que les montages par réflexion. Dans les dispositifs de ce type connus, un spectromètre est disposé à proximité immédiate du flux de matière. En outre, une zone d'éclairage sur le flux de matière est éclairée au moyen d'une source de lumière et le rayonnement réfléchi par une zone de mesure, qui est typiquement identique à la zone d'éclairage, est collecté au moyen de composants optiques et transmis au spectromètre. Une analyse spectrométrique du rayonnement réfléchi est effectuée au moyen du spectromètre.
Le flux de matière se déplaçant en direction longitudinale peut prendre différentes formes en fonction du domaine d'application : le flux de matière peut ainsi être une bande de matière, comme par exemple une bande de papier. L'application à la mesure de matière en vrac se déplaçant en direction longitudinale sur une bande transporteuse ou d'un produit en -2- bande transporté en direction longitudinale est également possible. Le flux de matière peut aussi être réalisé sous forme de liquide s'écoulant en direction longitudinale dans un flux de liquide, en particulier de liquide opaque.
Pour la mesure spectrale du flux de matière, on effectue une mesure à résolution spatiale transversalement au flux de matière, typiquement sur toute la largeur du flux. Pour la mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale, on connaît des dispositifs qui présentent plusieurs paires de sources de lumière et de sondes de mesure, les paires étant disposées transversalement à la direction longitudinale. Le document DE 198 57 896 Cl décrit ainsi un dispositif de mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale dans lequel plusieurs sources de lumière et sondes de mesure respectivement associées sont disposées en direction transversale. La mesure à résolution spatiale en direction transversale est par conséquent réalisée en effectuant chaque fois une mesure pour plusieurs points spatiaux transversalement à la direction longitudinale au moyen d'un spectromètre. La même publication décrit une autre forme de réalisation connue d'un dispositif de mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale dans lequel une tête de mesure comportant une source de rayonnement et une sonde de mesure effectue une traversée transversalement au flux de matière. La mesure à résolution spatiale est par conséquent réalisée par une traversée de la tête de mesure et des mesures successives dans le temps. Il est par ailleurs connu, dans le cas de dispositifs à têtes de mesure traversantes, de disposer le spectromètre dans une position fixe et de le relier par un guide de lumière flexible à la tête de mesure traversante, de façon que le rayonnement réfléchi de la zone de mesure soit guidé vers le spectromètre par l'extrémité du guide de lumière disposée dans la tête de mesure traversante. L'inconvénient des dispositifs décrits ci-dessus est que soit plusieurs sources de rayonnement et spectromètres, soit un dispositif mécanique pour la traversée de la tête de mesure sont nécessaires. Cela entraîne un montage de coût élevé. Il existe en outre, dans les dispositifs connus qui présentent un guide de lumière, un risque de rupture par la sollicitation mécanique du guide de lumière. -3- On connaît par ailleurs des dispositifs dans lesquels le flux de matière est éclairé sur toute la largeur transversalement à la direction longitudinale et l'on fait traverser seulement la tête de mesure. Il en résulte l'inconvénient supplémentaire qu'en cas d'éclairage du flux de matière sur toute la largeur, une puissance de rayonnement élevée est nécessaire pour obtenir une illumination plane suffisante du flux de matière. Cela entraîne une forme de réalisation très coûteuse de la source de rayonnement. La présente invention a donc pour but de proposer un procédé et un dispositif de mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale qui permettent une mesure à résolution spatiale transversalement à la direction longitudinale avec un montage peu coûteux et robuste ainsi qu'insensible aux défauts. Ce but est atteint par un procédé de mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale, comprenant les 15 étapes de procédé suivantes : - éclairage d'une zone d'éclairage sur le flux de matière au moyen d'un faisceau d'éclairage généré dans une source de rayonnement, - collecte au moins partielle du rayonnement réfléchi sur une zone de mesure sur le flux de matière au moyen de composants optiques et 20 sa transmission à un spectromètre, la zone d'éclairage recouvrant essentiellement la zone de mesure et zones d'éclairage et de mesure étant stationnaires en direction longitudinale, - analyse spectrométrique du rayonnement transmis au spectromètre, caractérisé en ce que par rotation d'un élément rotatif, les 25 zones aussi bien d'éclairage que de mesure sont déplacées simultanément le long d'un parcours prédéfini, transversal à la direction longitudinale, au moins la zone de mesure étant transmise au spectromètre au moins par un élément de déviation optique disposé sur l'élément rotatif, lequel élément de déviation est disposé dans le chemin optique d'un faisceau de mesure 30 entre zone de mesure et spectromètre et que source de rayonnement et spectromètre sont stationnaires au moins en translation en direction longitudinale et transversale et un dispositif de mesure pour la mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale selon un procédé de la présente invention, comprenant un spectromètre et 35 une source de rayonnement pour exposer une zone d'éclairage sur le flux de matière à un faisceau d'éclairage généré par la source de rayonnement, la source de rayonnement, le spectromètre et, le cas échéant, d'autres -4- composants optiques étant conçus et disposés de façon que le rayonnement réfléchi au moins partiellement par une zone de mesure sur le flux de matière puisse être guidé vers un spectromètre, que la zone d'éclairage recouvre essentiellement la zone de mesure et que les zones de mesure et d'éclairage soient stationnaires en direction longitudinale, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comprend au moins une unité d'entraînement et au moins un élément rotatif pouvant être mis en rotation au moyen de l'unité d'entraînement, l'élément rotatif présentant au moins un élément de déviation optique qui est disposé dans le chemin optique d'un faisceau de mesure entre zone de mesure et spectromètre de façon que, par rotation de l'élément rotatif au moyen de l'unité d'entraînement, la zone de mesure sur le flux de matière soit déplaçable au choix sur un parcours prédéfmi transversalement à la direction de déplacement du flux de matière, qu'élément rotatif et source de rayonnement sont conçus pour coopérer de façon que, par rotation de l'élément rotatif, zone de mesure et zone d'éclairage soient déplaçables simultanément sur le flux de matière transversalement à la direction longitudinale et que spectromètre et source de rayonnement sont disposés de manière stationnaire au moins en translation en direction longitudinale et transversale.
Des formes de réalisation avantageuses du procédé sont caractérisées en ce que : - le chemin optique du faisceau d'éclairage entre source de rayonnement et zone d'éclairage passe par l'élément de déviation, - les faisceaux de mesure et d'éclairage sont superposés dans le chemin optique au moins entre l'élément de déviation et les zones de mesure et d'éclairage au moyen d'un diviseur de faisceau disposé dans le chemin optique du faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation ainsi que dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre la source de rayonnement et l'élément de déviation, - le faisceau d'éclairage partant de la source de rayonnement est guidé par un deuxième élément de déviation disposé sur l'élément rotatif, - le faisceau d'éclairage entre source de rayonnement et élément de déviation et/ou le faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation s'étendent chacun selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à un axe de rotation de l'élément rotatif, plus particulièrement le long de l'axe de -5- rotation de l'élément rotatif, au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation, - le déplacement de la zone d'éclairage est obtenu par le fait que la source de rayonnement est disposée sur l'élément rotatif ou que la source de rayonnement dispose d'un guide de rayonnement flexible qui est relié d'un côté à une sortie de rayonnement de la source de rayonnement et de l'autre côté à l'élément rotatif, - le faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation s'étend selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à l'axe de rotation de l'élément rotatif, plus particulièrement le long de l'axe de rotation de l'élément rotatif, au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation, - la zone d'éclairage recouvre entièrement la zone de mesure, 15 en particulier que les zones d'éclairage et de mesure sont identiques. Des formes de réalisation avantageuses du dispositif sont caractérisées en ce que : - l'élément de déviation est disposé dans le chemin optique des faisceaux de mesure et d'éclairage, 20 - un diviseur de faisceau est disposé dans le chemin optique du faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation ainsi que dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre la source de rayonnement et l'élément de déviation de façon que faisceaux de mesure et d'éclairage superposés dans le chemin optique entre le diviseur de faisceau, 25 l'élément de déviation et les zones de mesure et d'éclairage, - la source de rayonnement est disposée sur l'élément rotatif ou la source de rayonnement présente un guide de rayonnement flexible qui est relié d'un côté à une sortie de rayonnement de la source de rayonnement et de l'autre côté disposée sur l'élément rotatif, 30 - l'élément rotatif comprend en plus un deuxième élément de déviation qui est disposé dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre la source de rayonnement et la zone d'éclairage, - le faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation s'étend selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un 35 angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à l'axe de rotation de l'élément rotatif, plus particulièrement le long de l'axe de rotation de -6- l'élément rotatif, au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation, - le faisceau d'éclairage entre la source de rayonnement et l'élément de déviation s'étend selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à l'axe de rotation de l'élément rotatif, plus particulièrement le long de l'axe de rotation de l'élément rotatif, au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation. Le procédé selon l'invention de mesure d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale comprend l'éclairage d'une zone d'éclairage sur le flux de matière au moyen d'un faisceau d'éclairage généré dans une source de rayonnement, la collecte au moins partielle du rayonnement réfléchi sur une zone de mesure sur le flux de matière au moyen de composants optiques, en particulier d'une sonde de mesure, et sa transmission à un spectromètre, la zone d'éclairage recouvrant essentiellement la zone de mesure et zones d'éclairage et de mesure étant stationnaires en direction longitudinale. Le procédé comprend en outre l'analyse spectrométrique du rayonnement transmis au spectromètre. Une caractéristique essentielle est que, par rotation d'un élément rotatif, les zones aussi bien d'éclairage que de mesure sont déplacées simultanément le long d'un parcours prédéfini, transversal à la direction longitudinale. Le rayonnement réfléchi sur la zone de mesure est transmis au spectromètre au moins par un élément de déviation optique disposé sur l'élément rotatif, le cas échéant avec interposition d'autres composants optiques, l'élément de déviation étant disposé dans le chemin optique d'un faisceau de mesure entre zone de mesure et spectromètre. En outre, source de rayonnement et spectromètre sont stationnaires au moins en translation en direction longitudinale et transversale. Le procédé selon l'invention se distingue donc de l'état connu de la technique par le fait que zone d'éclairage et zone de mesure sont déplacées simultanément transversalement à la direction longitudinale par rotation d'un élément rotatif Il n'y a par conséquent pas de déplacement en translation de la source de rayonnement et du spectromètre, en particulier pas de traversée de ces composants transversalement à la direction longitudinale. En outre, un seul spectromètre est nécessaire pour l'analyse d'une zone de mesure et, par conséquent, une seule source de rayonnement avec laquelle une zone d'éclairage recouvrant essentiellement la zone de -7- mesure est générée. On peut ainsi, d'une part, se passer d'une mécanique coûteuse et sensible aux défauts (erreurs) traversée d'éventuels composants et, d'autre part, optimiser aussi bien la source de rayonnement que le spectromètre du point de vue de l'éclairage, respectivement de la détection, en ce qui concerne l'extension de la zone de mesure, de sorte qu'en particulier il n'est pas nécessaire d'éclairer le flux de matière en pleine surface sur toute la largeur. Par ailleurs, les composants en mouvement peuvent être réduits à la rotation de l'élément rotatif, ce qui permet d'obtenir une économie de coût et une insensibilité aux défauts (erreurs) supplémentaires. En particulier, on exclut ainsi d'éventuels problèmes dus aux sollicitations mécaniques de guides de lumière. Les zones d'éclairage et de mesure sont déplacées simultanément en direction transversale. En direction longitudinale, par contre, les zones d'éclairage et de mesure sont stationnaires, c'est-à-dire que le flux de matière se déplace sous les zones d'éclairage et de mesure en direction longitudinale. L'élément de déviation est de préférence réalisé sous la forme d'un miroir de déviation optique ou d'un prisme de déviation optique. Cela permet une réalisation insensible aux défauts et peu coûteuse du procédé selon l'invention. De manière avantageuse, dans le procédé selon l'invention, le chemin optique du faisceau d'éclairage entre source de rayonnement et zone d'éclairage passe par l'élément de déviation. Dans cette forme de réalisation avantageuse, aussi bien le faisceau de mesure que celui d'éclairage sont par conséquent déviés au moyen de l'élément de déviation, de sorte que zones d'éclairage et de mesure sont déplacées simultanément transversalement à la direction longitudinale d'une manière particulièrement simple par rotation de l'élément rotatif.
En particulier, il est avantageux, dans la forme de réalisation avantageuse précédemment décrite, de superposer les faisceaux de mesure et d'éclairage dans le chemin optique au moins entre l'élément de déviation et les zones de mesure et d'éclairage. Le chemin optique entre l'élément de déviation et les zones de mesure et d'éclairage est par conséquent identique pour les faisceaux de mesure et d'éclairage dans cette forme de réalisation avantageuse. La superposition est réalisée au moyen d'un diviseur de faisceau disposé dans le chemin optique du faisceau de mesure entre le -8- spectromètre et l'élément de déviation ainsi que dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre la source de rayonnement et l'élément de déviation. Dans cette forme de réalisation avantageuse, une adaptation simple des composants optiques est possible en raison du chemin optique identique des faisceaux de mesure et d'éclairage entre l'élément de déviation et la zone de mesure et d'éclairage. Dans une autre forme de réalisation avantageuse du procédé selon l'invention, le faisceau d'éclairage partant de la source de rayonnement est guidé par un deuxième élément de déviation disposé sur l'élément rotatif. Le deuxième élément de déviation est par conséquent disposé entre source de rayonnement et zone d'éclairage dans le chemin optique du faisceau d'éclairage.
Cette forme de réalisation présente l'avantage de permettre d'optimiser le premier élément de déviation pour le faisceau de mesure et le deuxième élément de déviation pour le faisceau d'éclairage. De surcroît, aucun diviseur de faisceau n'est nécessaire. Les diviseurs de faisceau constituent typiquement des composants plus coûteux que les éléments de déviation, de sorte qu'une réduction de coût supplémentaire est possible avec cette forme de réalisation avantageuse. Le deuxième élément de déviation est avantageusement réalisé sous la forme d'un miroir de déviation optique ou d'un prisme de déviation optique.
De manière avantageuse, dans le procédé selon l'invention, le faisceau d'éclairage entre source de rayonnement et élément de déviation et/ou le faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation s'étendent selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à l'axe de rotation de l'élément rotatif au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation respectif. On obtient de cette manière une superposition invariante à la distance et à la rotation des zones de mesure et d'éclairage. En particulier, on obtient une géométrie optique simple par le fait que le faisceau d'éclairage et/ou le faisceau de mesure entre source de rayonnement et élément de déviation s'étendent parallèlement à l'axe de rotation de l'élément rotatif au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation respectif. -9- Dans une autre forme de réalisation avantageuse du procédé selon l'invention, le déplacement de la zone d'éclairage est obtenu par le fait que la source de rayonnement est disposée sur l'élément rotatif ou que la source de rayonnement dispose d'un guide de rayonnement flexible qui est relié d'un côté à une sortie de rayonnement de la source de rayonnement et de l'autre côté à l'élément rotatif. Dans cette forme de réalisation avantageuse, il est par conséquent possible de se passer d'un deuxième élément de déviation pour réaliser le procédé et le déplacement simultané des zones de mesure et d'éclairage est assuré en disposant la source de rayonnement sur l'élément rotatif ou en disposant une extrémité du guide de lumière sur l'élément rotatif. Un montage peu coûteux et robuste est obtenu en particulier en disposant la source de rayonnement sur l'élément rotatif. Pour obtenir des résultats de mesure optimaux, il est avantageux que la zone d'éclairage recouvre entièrement la zone de mesure. Pour une réalisation économe du procédé selon l'invention, il est avantageux en particulier que zones d'éclairage et de mesure soient identiques, de sorte qu'il n'y ait aucune zone du flux de matière exposée au rayonnement dont le rayonnement réfléchi ne soit pas guidé vers le spectromètre. L'invention concerne par ailleurs un dispositif de mesure pour la mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale, dans lequel la mesure est effectuée au moyen du procédé selon l'invention. Le dispositif de mesure comprend un spectromètre et une source de rayonnement pour exposer une zone d'éclairage sur le flux de matière à un faisceau d'éclairage généré par la source de rayonnement. Source de rayonnement, spectromètre et, le cas échéant, d'autres composants optiques sont conçus et disposés de façon qu'une zone de mesure sur le flux de matière puisse être reproduite sur le spectromètre, c'est-à-dire que le rayonnement réfléchi sur une zone de mesure sur le flux de matière puisse être guidé au moins partiellement vers un spectromètre, et que la zone d'éclairage recouvre essentiellement la zone de mesure. Les zones de mesure et d'éclairage sont stationnaires en direction longitudinale. Le spectromètre est conçu pour l'analyse spectrométrique du rayonnement réfléchi sur la zone de mesure et guidé vers le spectromètre. Il est essentiel que le dispositif de mesure comprend au moins une unité d' entraînement et au moins un élément rotatif pouvant être mis en - 10 - rotation au moyen de l'unité d'entraînement. L'élément rotatif présente au moins un élément de déviation optique qui est disposé dans le chemin optique d'un faisceau de mesure entre zone de mesure et spectromètre de façon que, par rotation de l'élément rotatif au moyen de l'unité d'entraînement, la zone de mesure sur le flux de matière soit déplaçable au choix sur un parcours prédéfini transversalement à la direction de déplacement du flux de matière. En outre, élément rotatif et source de rayonnement sont conçus pour coopérer de façon que, par rotation de l'élément rotatif, zone de mesure et zone d'éclairage soient déplaçables simultanément sur le flux de matière transversalement à la direction longitudinale, la zone d'éclairage recouvrant à cette occasion essentiellement la zone de mesure. Spectromètre et source de rayonnement sont disposés de manière stationnaire au moins en translation en direction longitudinale et transversale.
L'élément de déviation est avantageusement réalisé sous la forme d'un miroir de déviation optique ou d'un prisme de déviation optique. De manière avantageuse, l'élément de déviation est disposé dans le chemin optique des faisceaux de mesure et d'éclairage de façon que zones de mesure et d'éclairage soient déplaçables simultanément par rotation de l'élément de déviation au moyen de l'élément rotatif En particulier, il est avantageux de disposer un diviseur de faisceau dans le chemin optique du faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation ainsi que dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre source de rayonnement et élément de déviation de façon que faisceaux de mesure et d'éclairage soient superposés dans le chemin optique entre diviseur de faisceau, élément de déviation et zones de mesure et d'éclairage. Dans une autre forme de réalisation avantageuse du dispositif selon l'invention, la source de rayonnement est disposée sur l'élément rotatif ou la source de rayonnement présente un guide de rayonnement flexible qui est relié d'un côté à une sortie de rayonnement de la source de rayonnement et de l'autre côté disposé sur l'élément rotatif Dans une autre forme de réalisation avantageuse du dispositif selon l'invention, l'élément rotatif comprend en plus un deuxième élément de déviation qui est disposé dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre source de rayonnement et zone d'éclairage. Une rotation de l'élément -11- rotatif au moyen de l'unité d'entraînement conduit par conséquent simultanément à une rotation des premier et deuxième éléments de déviation, de sorte qu'il se produit un déplacement simultané des zones de mesure et d'éclairage.
Le deuxième élément de déviation est avantageusement réalisé sous la forme d'un miroir de déviation optique ou d'un prisme de déviation optique. Dans le procédé selon l'invention et le dispositif selon l'invention, la mesure spectrale à résolution spatiale du flux de matière est par conséquent réalisée en déplaçant simultanément les zones d'éclairage et de mesure transversalement à la direction longitudinale, des mesures successives dans le temps étant effectuées. On réalise de cette manière un scannage ou balayage du flux de matière, les mesures successives dans le temps étant effectuées de préférence à des points spatiaux du flux de matière distants les uns des autres aussi bien en direction longitudinale qu'en direction transversale en raison du flux de matière se déplaçant en direction longitudinale et des zones d'éclairage et de mesure stationnaires en direction longitudinale. De préférence, dans le dispositif selon l'invention, tous les composants sont disposés dans un boîtier ouvert ou fermé. Cela permet d'obtenir un montage protégé contre les salissures. Un boîtier fermé, en particulier, où le rayonnement entre et sort par une ou plusieurs fenêtres, offre une protection efficace contre saleté. De manière avantageuse, le déplacement des zones de mesure et d'éclairage en direction transversale est réalisé exclusivement par rotation de l'élément rotatif, de sorte que l'on obtient un montage robuste et peu coûteux étant donné qu'aucune autre pièce mobile n'est nécessaire pour ledit déplacement des zones de mesure et d'éclairage. La rotation de l'élément rotatif a lieu de préférence autour d'un axe parallèle à la direction longitudinale. On obtient en particulier un montage robuste et peu coûteux si l'élément rotatif est mobile en rotation exclusivement autour d'exactement un axe prédéfini, respectivement mis en rotation exclusivement autour d'exactement un axe prédéfini.
Les flux de matière présentent une largeur comprise dans la plage de 0,1 à 1,5 m. De manière avantageuse, la zone de mesure comprend une surface comprise entre 0,5 cm2 et 30 cm2, de préférence entre 1 cm2 et - 12 - 10 cm2. En particulier, la zone de mesure est de préférence de forme approximativement rectangulaire, carrée, elliptique ou circulaire. La source de rayonnement génère de préférence un éclairage à large bande, par exemple au moyen d'une lampe halogène. L'analyse spectrométrique est effectuée de préférence dans la gamme du proche infrarouge, en particulier dans la gamme de longueurs d'onde de 800 nm à 2500 nm, de préférence dans la gamme de longueurs d'onde de 850 nm à 1650 nm. Cependant, l'analyse spectrométrique dans d'autres gammes de longueurs d'onde entre aussi dans le cadre de l'invention.
De préférence, la rotation de l'élément rotatif est réalisée par un pivotement d'un côté et de l'autre de l'élément rotatif autour d'un axe de rotation prédéfini, en particulier par un pivotement d'un côté et de l'autre de façon que la zone de mesure soit déplacées sur toute la largeur du flux de matière. Cependant, une rotation de l'élément rotatif de tours complets entre aussi dans le cadre de l'invention. En ce qui concerne le mouvement de rotation de l'élément rotatif, un déplacement pas à pas de l'élément rotatif est avantageux. Avec un déplacement pas à pas, la zone de mesure reste stationnaire pendant une période prédéfinie en ce qui concerne le déplacement en direction transversale, de sorte que des mesures peuvent être effectuées sur une période plus longue à cette position en largeur du flux de matière et que, de ce fait une, moyenne est formée pour la position en largeur respective, c'est-à-dire la distance respective par rapport au bord du flux de matière. Un déplacement continu de l'élément rotatif entre cependant aussi dans le cadre de l'invention. En particulier, un déplacement régulier, se répétant continuellement de la zone de mesure d'un bord du flux de matière au bord opposé et retour permet une bonne formation de moyenne des données de mesure moyennes du flux de matière en ce qui concerne la largeur totale. Etant donné que la source de rayonnement et le spectromètre sont stationnaires au moins en translation, la distance des zones de mesure et d'éclairage par rapport au spectromètre ou à la source de rayonnement change lors du déplacement de ces zones en direction transversale. Un tel changement de distance entraîne un changement de l'intensité de rayonnement puisque celle-ci diminue en raison inverse du carré de la distance. Les intensités mesurées au moyen du spectromètre dépendent donc non seulement des propriétés de la zone de matière mesurée sur le flux de matière, mais aussi de la distance respective au moment de la mesure. - 13 - De manière avantageuse, on évalue par conséquent, plutôt que l'intensité ou l'absorption des spectres mesurées au moyen du spectromètre, leur dérivée, de préférence leur dérivée première ou seconde, en fonction de la longueur d'onde, ce qui permet d'éliminer l'effet d'une distance variable dans le temps. Un tel procédé est connu dans son principe et décrit par exemple dans le document DE 198 57 896 Cl. De préférence, le dispositif comprend une sonde de mesure qui est disposée dans le chemin optique du faisceau de mesure pour collecter le rayonnement réfléchi sur la zone de mesure. La sonde de mesure est reliée au spectromètre par un guide de lumière de façon que le rayonnement collecté par la sonde de mesure atteigne le spectromètre par l'intermédiaire du guide de lumière. Pour effectuer l'analyse spectrométrique, on peut utiliser des spectromètres connus en soi. En particulier, des spectromètres à barrettes de diodes connus en soi sont avantageux pour le dispositif de mesure selon l'invention car le temps de mesure rapide d'un spectromètre à barrettes de diodes permet un balayage rapide du flux de matière. Les temps de mesure typiques sont ici de l'ordre de la milliseconde par spectre. Dans le cas de la disposition de tous les composants du dispositif de mesure selon l'invention dans un boîtier, il est avantageux de prévoir une ou plusieurs fenêtres optiquement transparentes à travers lesquelles le faisceau d'éclairage sort du boîtier et le faisceau de mesure entre dans le boîtier. Cela évite une contamination des composants se trouvant dans le boîtier. Etant donné que ces fenêtres présentent des valeurs de transmission différentes en fonction de l'angle d'incidence d'un faisceau atteignant la fenêtre, il est avantageux de tenir compte de la caractéristique liée à l'angle de la ou des fenêtre(s) utilisée(s) lors de l'évaluation des données mesurées au moyen du spectromètre et de corriger les données de mesure en conséquence.
Selon une variante, il est avantageux de réaliser la fenêtre sous la forme d'une surface d'enveloppe partielle d'un cylindre de façon que les faisceaux de mesure et d'éclairage arrivent toujours radialement sur la surface de la fenêtre. Cela évite une transmission différente en fonction des différents angles d'incidence et donc la nécessité d'en tenir compte lors de l'évaluation des données de mesure. L'unité d'entraînement est avantageusement réalisée sous la forme d'un moteur pas à pas ou d'un aimant tournant. De préférence, - 14 - l'unité d'entraînement est reliée à l'élément rotatif par un arbre et/ou une courroie de transmission, en particulier une courroie crantée. La distance entre élément rotatif et flux de matière est typiquement comprise entre 0,1 m et 3 m, de préférence entre 0,2 m et 1,5 m. L'angle de pivotement maximal duquel l'élément rotatif est tourné pour le déplacement maximal de la zone de mesure et/ou de la zone d'éclairage en partant d'une position de bord sur le flux de matière à une position de bord opposée est de préférence compris entre 20° et 80°, en particulier entre 50° et 70°, de préférence d'approximativement 60°. D'autres caractéristiques avantageuses et formes de réalisation avantageuses du procédé selon l'invention et du dispositif de mesure selon l'invention résultent des figures et de la description ci-après des figures qui montrent : figure 1 un premier exemple de réalisation d'un dispositif de mesure selon l'invention, dans lequel une source de lumière est disposée sur un élément rotatif ; figure 2 un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention, dans lequel les faisceaux de mesure et d'éclairage sont guidés par un miroir de déviation sur l'élément rotatif ; figure 3 un troisième exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention, dans lequel l'élément rotatif présente deux miroirs de déviation et figure 4 un quatrième exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, dans lequel les faisceaux de mesure et d'éclairage sont superposés au moyen d'un diviseur de faisceau. Toutes les figures représentent schématiquement un flux de matière 10 qui se déplace en direction longitudinale L, c'est-à-dire de la gauche vers la droite dans le plan du dessin. Sur toutes les figures, des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues. Le premier exemple de réalisation d'un dispositif de mesure selon l'invention représenté sur la figure 1 comprend une source de rayonnement 1 réalisée sous la forme d'une source de lumière, un spectromètre (non représenté) qui présente une entrée de rayonnement à une extrémité de laquelle est raccordé un guide de lumière 2. Le guide de lumière 2 est relié à l'autre extrémité d'une manière photoconductrice à une sonde de mesure 3. - 15 - La caractéristique essentielle est que le dispositif de mesure comprend un élément rotatif 4 qui est relié à une unité d'entraînement 5 réalisée sous la forme d'un moteur pas à pas ou d'un aimant tournant au moyen d'un arbre 5a.
L'élément rotatif 4 présente un élément de déviation réalisé sous la forme d'un miroir de déviation 4a qui est disposé en inclinaison par rapport à un axe de rotation A du moteur pas à pas et donc aussi à l'arbre et à l'élément rotatif. Dans cet exemple de réalisation, la source de rayonnement 1 est disposée sur l'élément rotatif 4, de sorte qu'une inclinaison de l'élément rotatif 4 autour de l'axe de rotation A provoque également une inclinaison du faisceau d'éclairage la envoyé par la source de rayonnement 1. Une zone d'éclairage la sur le flux de matière 10 est exposée à un rayonnement au moyen de la source de rayonnement 1. Le rayonnement réfléchi par une zone de mesure 2b sur le flux de matière 10 est dévié dans le chemin optique d'un faisceau de mesure 2a, par le miroir de déviation 4a, sur la sonde de mesure 3 qui collecte le rayonnement et le transmet au spectromètre au moyen du guide de lumière 2. De par la disposition de la source de lumière 1 et du miroir de déviation 4a sur l'élément rotatif 4, une rotation de l'élément rotatif 4 autour de l'axe de rotation A provoque un déplacement simultané de la zone d'éclairage lb et de la zone de mesure 2b perpendiculairement au plan du dessin sur la figure 1 et donc transversalement à la direction longitudinale L.
Dans le deuxième exemple de réalisation représenté sur la figure 2, aussi bien la sonde de mesure 3 que la source de rayonnement 1 sont disposées dans une position fixe et les chemins optiques des faisceaux de mesure et d'éclairage passent par le miroir 4a disposé sur l'élément rotatif 4.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, la source de lumière est également disposée dans une position fixe, mais du côté de l'élément rotatif 4 opposé à la sonde de mesure 3. L'élément rotatif 4 présente en outre un deuxième élément de déviation réalisé sous la forme d'un deuxième miroir de déviation 4b qui est disposé du côté de l'élément rotatif 4 opposé à la sonde de mesure. L'élément rotatif est entraîné par une courroie crantée montée sur l'arbre 5a de l'unité d'entraînement 5 pour la rotation autour de l'axe A'. -16- Le quatrième exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention représenté sur la figure 4 diffère des exemples de réalisation précédents des figures 1 à 3 par le fait que les faisceaux de mesure et d'éclairage sont superposés au moyen d'un diviseur de faisceau 6.
Partant de la source de rayonnement 1, le faisceau d'éclairage la est dévié par le diviseur de faisceau 6 sur le miroir de déviation 4a de l'élément rotatif 4 et par le miroir de déviation 4a sur la zone d'éclairage lb. Dans cette forme de réalisation, les zones de mesure et d'éclairage (lb, 2b) sont identiques et le rayonnement réfléchi par le flux de matière 10 est dévié par le miroir de déviation 4a sur le diviseur de faisceau 6. Entre le diviseur de faisceau 6, le miroir de déviation 4a et le champ d'éclairage ou de mesure, les chemins optiques des faisceaux de mesure et d'éclairage (la, 2a) sont identiques. Le faisceau de mesure traverse cependant le diviseur de faisceau 6 et atteint la sonde de mesure 3. Pour éviter les effets perturbateurs, le quatrième exemple de réalisation représenté sur la figure 4 comprend en plus un piège à faisceau 7. Les quatre exemples de réalisation décrits précédemment ont en commun que le déplacement simultané des zones d'éclairage et de mesure sur le flux de matière est réalisé uniquement par rotation de l'élément rotatif 4. Cela permet d'obtenir une structure économique et insensible aux défauts du dispositif selon l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Procédé de mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale, comprenant les étapes de procédé suivantes : - éclairage d'une zone d'éclairage (lb) sur le flux de matière 5 (10) au moyen d'un faisceau d'éclairage (lb) généré dans une source de rayonnement (1), - collecte au moins partielle du rayonnement réfléchi sur une zone de mesure (2b) sur le flux de matière (10) au moyen de composants optiques et sa transmission à un spectromètre, la zone d'éclairage (lb) 10 recouvrant essentiellement la zone de mesure (2b) et zones d'éclairage et de mesure étant stationnaires en direction longitudinale, - analyse spectrométrique du rayonnement transmis au spectromètre, caractérisé en ce que par rotation d'un élément rotatif (4), les zones aussi bien d'éclairage que de mesure (lb, 2b) sont déplacées 15 simultanément le long d'un parcours prédéfini, transversal à la direction longitudinale, au moins la zone de mesure (2b) étant transmise au spectromètre au moins par un élément de déviation optique (4a) disposé sur l'élément rotatif (4), lequel élément de déviation (4a) est disposé dans le chemin optique d'un faisceau de mesure (2a) entre zone de mesure et 20 spectromètre et que source de rayonnement (1) et spectromètre sont stationnaires au moins en translation en direction longitudinale et transversale.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chemin optique du faisceau d'éclairage (la) entre source de rayonnement 25 (1) et zone d'éclairage passe par l'élément de déviation (4a).
- 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les faisceaux de mesure et d'éclairage (la, 2a) sont superposés dans le chemin optique au moins entre l'élément de déviation (4a) et les zones de mesure et d'éclairage (lb, 2b) au moyen d'un diviseur de faisceau (6) disposé dans le 30 chemin optique du faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation (4a) ainsi que dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre la source de rayonnement (1) et l'élément de déviation (4a).- 18 -
- 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau d'éclairage (1) partant de la source de rayonnement (1) est guidé par un deuxième élément de déviation (4b) disposé sur l'élément rotatif (4).
- 5. Procédé selon une des revendications précédentes 2 à 4, caractérisé en ce que le faisceau d'éclairage (la) entre source de rayonnement (1) et élément de déviation (4a, 4b) et/ou le faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation s'étendent chacun selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à un axe de rotation (A, A') de l'élément rotatif, plus particulièrement le long de l'axe de rotation (A, A') de l'élément rotatif, au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation.
- 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement de la zone d'éclairage est obtenu par le fait que la source de rayonnement (1) est disposée sur l'élément rotatif (4) ou que la source de rayonnement (1) dispose d'un guide de rayonnement flexible qui est relié d'un côté à une sortie de rayonnement de la source de rayonnement (1) et de l'autre côté à l'élément rotatif (4).
- 7. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau de mesure (2a) entre spectromètre et élément de déviation (4a) s'étend selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à l'axe de rotation (A, A') de l'élément rotatif, plus particulièrement le long de l'axe de rotation (A, A') de l'élément rotatif, au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation (4a).
- 8. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone d'éclairage (lb) recouvre entièrement la zone de mesure (2b), en particulier que les zones d'éclairage et de mesure sont identiques.
- 9. Dispositif de mesure pour la mesure spectrométrique d'un flux de matière se déplaçant en direction longitudinale pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un spectromètre et une source de rayonnement (1) pour exposer une zone d'éclairage (lb) sur le flux de matière (10) à un faisceau d'éclairage (la) généré par la source de rayonnement (1), la source de rayonnement (1), le spectromètre et, le cas échéant, d'autres composants optiques étant conçus et disposés de façon que le rayonnement réfléchi au-19 moins partiellement par une zone de mesure (2b) sur le flux de matière (10) puisse être guidé vers un spectromètre, que la zone d'éclairage (lb) recouvre essentiellement la zone de mesure (2b) et que les zones de mesure et d'éclairage soient stationnaires en direction longitudinale, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comprend au moins une unité d'entraînement (5) et au moins un élément rotatif (4) pouvant être mis en rotation au moyen de l'unité d'entraînement, l'élément rotatif (4) présentant au moins un élément de déviation optique (4a) qui est disposé dans le chemin optique d'un faisceau de mesure (2a) entre zone de mesure et spectromètre de façon que, par rotation de l'élément rotatif (4) au moyen de l'unité d'entraînement (5), la zone de mesure (2b) sur le flux de matière (10) soit déplaçable au choix sur un parcours prédéfmi transversalement à la direction de déplacement du flux de matière, qu'élément rotatif (4) et source de rayonnement (1) sont conçus pour coopérer de façon que, par rotation de l'élément rotatif, zone de mesure (2b) et zone d'éclairage (lb) soient déplaçables simultanément sur le flux de matière (10) transversalement à la direction longitudinale et que spectromètre et source de rayonnement (1) sont disposés de manière stationnaire au moins en translation en direction longitudinale et transversale.
- 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément de déviation (4a) est disposé dans le chemin optique des faisceaux de mesure et d'éclairage (la, 2a).
- 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un diviseur de faisceau (6) est disposé dans le chemin optique du faisceau de mesure entre spectromètre et élément de déviation (4a) ainsi que dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre source de rayonnement (1) et élément de déviation (4a) de façon que faisceaux de mesure et d'éclairage (la, 2a) soient superposés dans le chemin optique entre le diviseur de faisceau (6), l'élément de déviation (4a) et les zones de mesure et d'éclairage (lb, 2b).
- 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source de rayonnement (1) est disposée sur l'élément rotatif (4) ou la source de rayonnement (1) présente un guide de rayonnement flexible qui est relié d'un côté à une sortie de rayonnement de la source de rayonnement (1) et de l'autre côté disposée sur l'élément rotatif (4).
- 13. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément rotatif (4) comprend en plus un deuxième élément de déviation- 20 - (4b) qui est disposé dans le chemin optique du faisceau d'éclairage entre la source de rayonnement (1) et la zone d'éclairage.
- 14. Dispositif selon une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que le faisceau de mesure (2a) entre spectromètre et élément de déviation (4a) s'étend selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à l'axe de rotation (A, A') de l'élément rotatif, plus particulièrement le long de l'axe de rotation (A, A') de l'élément rotatif, au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation (4a).
- 15. Dispositif selon une des revendications 9 à 11 et/ou 13 à 14, caractérisé en ce que le faisceau d'éclairage (la) entre la source de rayonnement et l'élément de déviation (4a, 4b) s'étend selon un angle inférieur à 15°, de préférence selon un angle inférieur à 10°, en particulier parallèlement à l'axe de rotation (A, A') de l'élément rotatif, plus particulièrement le long de l'axe de rotation (A, A') de l'élément rotatif, au moins dans la zone située immédiatement avant l'élément de déviation.
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