FR3013840A1

FR3013840A1 - METHOD AND OPTICAL SYSTEM FOR DETECTING PARTICLES IN A FLOW.

Info

Publication number: FR3013840A1
Application number: FR1361580A
Authority: FR
Inventors: Raphael Baudoin; Laurent Zimmer
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Areva SA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Areva SA
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-05-29
Anticipated expiration: 2033-11-25
Also published as: WO2015075217A1; FR3013840B1

Abstract

La présente invention concerne un système optique pour la détermination en trois dimensions du profil de vitesse et de la concentration minimum de particules dans un écoulement, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte une première chaîne d'acquisition (100) comportant une première lentille d'acquisition (130), un premier capteur photosensible (110) et un premier obturateur (120) formé par un disque opaque présentant au moins deux ouvertures (121) en arc de cercle aptes à permettre la transmission de rayons lumineux vers ledit premier capteur photosensible (110), lesdites ouvertures (121) étant inscrites sur un même cercle.The present invention relates to an optical system for the three-dimensional determination of the velocity profile and the minimum concentration of particles in a flow, the system being characterized in that it comprises a first acquisition chain (100) comprising a first acquisition lens (130), a first photosensitive sensor (110) and a first shutter (120) formed by an opaque disc having at least two openings (121) in an arc of a circle capable of transmitting light rays to said first photosensitive sensor (110), said openings (121) being inscribed on the same circle.

Description

PROCEDE ET SYSTEME OPTIQUE DE DETECTION DE PARTICULES DANS UN ECOULEMENT.METHOD AND OPTICAL SYSTEM FOR DETECTING PARTICLES IN A FLOW.

DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui de la détermination en trois dimensions et du suivi en temps réel d'une concentration de particules menant à la détermination de l'évolution du profil de vitesse dans un écoulement fluide. L'invention est particulièrement bien adaptée pour la détermination d'une concentration de particules dans des écoulements au voisinage d'obstacles. L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine du nucléaire pour la détermination de concentration de particules dans des écoulements au voisinage de gaines combustibles d'un réacteur nucléaire. ETAT DE LA TECHNIQUE Différentes méthodes pour déterminer la concentration en trois dimensions de particules dans un écoulement sont connues. Une méthode connue consiste à détecter au moyen de plusieurs caméras des particules visuellement focalisées pour les situer dans l'espace. Cette première méthode, dite de tomographie PIV (pour Particle Image Velocimetry), nécessite de nombreuses caméras (au minimum quatre) et de grandes ressources pour le traitement des données. Un tel principe de détection est notamment décrit dans le document « Tomographic PIV : principles and practice. 2013, F.Scarano, Measurennent Science and Technology 24 :012001». Toutefois cette technique possède l'inconvénient de détecter de nombreuses particules fantômes qui ne peuvent être éliminées qu'au moyen d'un nombre élevé de caméras. De plus ce phénomène s'accentue lorsqu'un obstacle est présent dans l'écoulement. Citons à titre d'illustration, le système "V3V" de TSI composé de 3 caméras légèrement désaxées afin de réaliser une triangulation de positions de particules focalisées. Ceci permet de procéder à des mesures de champs de vitesse en trois dimensions et trois composantes mais pas autour d'obstacles. D'autres types de techniques sont, elles, basées sur le principe de défocalisation. En effet ce dernier spécifie que la taille apparente de la particule sur l'image peut être linéairement reliée à sa position par rapport au plan focal du système optique. Cette information de taille apparente fournit alors la troisième composante nécessaire à un positionnement en trois dimensions de la particule dans l'espace, ceci menant à une détermination d'une concentration en trois dimensions de particules dans un volume. Ce principe ne peut s'appliquer qu'a des petites particules. En effet, au-delà d'une taille critique, la taille apparente n'est plus fonction que de la position par rapport au plan focal, mais aussi de la taille réelle de la particule. Cette taille critique dépend du système optique complet. Cette approche permet donc de réaliser un suivi de particules en trois dimensions avec une seule caméra et est décrite dans les documents : " Particle depth measurement based on depth-from-defocus. 1999. S.Murata. and M.Kawamur., . Optics & Laser Technology, 31(1), pp.95-102 ". et." Three-dimensional fluorescent particle tracking at micron-scale using a single camera. 2005, M.VVu, J.VV.Roberts and M.Buckley., Experiments in Fluids, 38(4), pp.461-465 ".TECHNICAL FIELD The field of the invention is that of the three-dimensional determination and the real-time monitoring of a concentration of particles leading to the determination of the evolution of the velocity profile in a fluid flow. The invention is particularly well suited for determining a concentration of particles in flows near obstacles. The invention finds a particularly advantageous application in the nuclear field for the determination of particle concentration in flows in the vicinity of fuel cladding of a nuclear reactor. STATE OF THE ART Various methods for determining the three-dimensional concentration of particles in a flow are known. One known method is to detect by means of several cameras visually focused particles to locate them in space. This first method, called PIV tomography (for Particle Image Velocimetry), requires many cameras (at least four) and large resources for data processing. Such a detection principle is described in particular in the document "Tomographic PIV: principles and practice. 2013, F.Scarano, Measurents Science and Technology 24: 012001 ". However, this technique has the disadvantage of detecting many ghost particles that can be removed only by means of a large number of cameras. Moreover this phenomenon is accentuated when an obstacle is present in the flow. As an illustration, the "V3V" system of TSI consists of 3 slightly offset cameras to achieve a triangulation of focused particle positions. This allows speed field measurements in three dimensions and three components but not around obstacles. Other types of techniques are based on the principle of defocusing. Indeed, the latter specifies that the apparent size of the particle on the image can be linearly related to its position relative to the focal plane of the optical system. This apparent size information then provides the third component necessary for three-dimensional positioning of the particle in space, leading to a determination of a three-dimensional concentration of particles in a volume. This principle can only apply to small particles. Indeed, beyond a critical size, the apparent size is no longer a function of the position relative to the focal plane, but also of the actual size of the particle. This critical size depends on the complete optical system. This approach therefore makes it possible to carry out a three-dimensional particle tracking with a single camera and is described in the documents: "Particle depth measurement based on depth-from-defocus", 1999. S. Murata and M. Kawamur. & Laser Technology, 31 (1), pp.95-102 ". and "Three-dimensional fluorescent particle tracking at micron-scale using a single camera." 2005, M.VVu, J.VV.Roberts and M.Buckley., Experiments in Fluids, 38 (4), pp.461-465. .

Toutefois la taille apparente des particules défocalisées étant nettement supérieure à celle de particules focalisées, ces techniques ne permettent pas de mesurer des niveaux élevés de concentration de particules à cause du phénomène du chevauchement. Pour limiter cet effet, les techniques suivantes ont été développées.However, since the apparent size of the defocused particles is clearly greater than that of focused particles, these techniques do not make it possible to measure high levels of particle concentration because of the phenomenon of overlap. To limit this effect, the following techniques have been developed.

La première, consultable au travers du document « Nove l interferometric measurement of size and velocity distributions of spherical particles in fluid flows, 2000, M.Maeda, T.Kawaguchi and K.Hishida, Measurement. Science and. Technology 11 L13-L18» décrit une méthode de détection de particules et de suivi de l'évolution du profil de vitesse basée sur le principe de compression optique au moyen d'un système optique comportement une ouverture rectangulaire, un objectif, une paire de lentilles cylindriques et une caméra d'acquisition. La paire de lentilles est positionnée entre l'objectif et la caméra de manière à générer une image floue sur le plan de focale. L'ouverture rectangulaire est positionnée en amont de l'objectif de manière à ajuster l'angle d'incidence et à améliorer la profondeur de champ. La détermination de la vitesse d'écoulement du fluide est obtenue par une combinaison des techniques PIV (Particle Image Velocimetry) et PTV (Particle Tracking Velocimetry) connues. Il est également connue une deuxième méthode décrite dans le document « Three-dimensional particle imaging by defocusing method with an annular aperture , 2008, D. Lin, Optics Letters 33(9) :905-7 ". Toujours basée sur le principe de défocalisation optique, cette technique permet de déterminer le nombre de particules dans un volume donné au moyen d'un système optique composé d'un disque opaque, d'un d'objectif et d'une caméra, le disque opaque étant positionné en amont de l'objectif et présentant une ouverture annulaire. Cette méthode de visualisation permet d'augmenter la quantité de particules détectables et sa combinaison avec les méthodes de détection décrite dans le précité document est particulièrement adaptée pour des écoulements microscopiques très simples, peu rapide et peu turbulent, de type sédimentation. Toutefois, cette méthode ne permet pas de déterminer de manière précise la concentration des particules et ne permet pas de détecter des densités importantes de particules dans un écoulement plus rapide ou plus turbulent qu'un écoulement de particules de type sédimentation. Par conséquent, de par leur incapacité à filtrer des particules fantômes au travers d'obstacles ou par leur faible niveau de détection aucune des méthodes de détection connues et précitées n'est satisfaisante pour la détection précise en trois dimensions d'une grande densité de particules dans un écoulement autour d'obstacles. EXPOSE DE L'INVENTION Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un procédé et un système basés sur le principe de la défocalisation optique permettant d'améliorer la précision de détection, en évitant la détection de particules dites fantômes, ainsi que la densité de particules détectables par rapport aux méthodes connues. A cette fin, l'invention a pour objet un système optique pour la détermination en trois dimensions du profil de vitesse et de la concentration minimum de particules dans un écoulement, le système étant caractérisé en ce qu'il comporte une première chaîne d'acquisition comportant une première lentille d'acquisition, un premier capteur photosensible et un premier obturateur formé par un disque opaque présentant au moins deux ouvertures en arc de cercle aptes à permettre la transmission de rayons lumineux vers ledit premier capteur photosensible, lesdites ouvertures étant inscrites sur un même cercle. L'invention est particulièrement adaptée pour déterminer les champs de vitesses autour d'obstacles permettant l'obtention des champs de pression autour de ces derniers.The first, available in the document "Nove l interferometric measurement of size and velocity distributions of spherical particles in fluid flows, 2000, M.Maeda, T.Kawaguchi and K.Hishida, Measurement. Science and. Technology 11 L13-L18 "describes a method of particle detection and monitoring the evolution of the velocity profile based on the principle of optical compression by means of an optical system behavior a rectangular aperture, a lens, a pair of lenses cylindrical and an acquisition camera. The pair of lenses is positioned between the lens and the camera so as to generate a blurred image on the focal plane. The rectangular opening is positioned upstream of the lens so as to adjust the angle of incidence and improve the depth of field. The determination of the flow velocity of the fluid is obtained by a combination of known PIV (Particle Image Velocimetry) and PTV (Particle Tracking Velocimetry) techniques. It is also known a second method described in the document "Three-dimensional particle imaging by defocusing method with an annular aperture, 2008, D. Lin, Optics Letters 33 (9): 905-7." Still based on the principle of defocusing optical, this technique makes it possible to determine the number of particles in a given volume by means of an optical system composed of an opaque disc, an objective lens and a camera, the opaque disc being positioned upstream of the lens. This visualization method makes it possible to increase the quantity of detectable particles and its combination with the detection methods described in the above document is particularly suitable for very simple microscopic flows, which are not very fast and are not very turbulent. However, this method does not make it possible to precisely determine the concentration of the particles and does not make it possible to detect large particle sizes in a faster or more turbulent flow than flow of sedimentation-type particles. Therefore, by their inability to filter ghost particles through obstacles or by their low level of detection none of the known and aforementioned detection methods is satisfactory for accurate three-dimensional detection of high particle density in a flow around obstacles. SUMMARY OF THE INVENTION In this context, the invention aims at providing a method and a system based on the optical defocusing principle making it possible to improve the detection accuracy, by avoiding the detection of so-called ghost particles, as well as the density detectable particles compared to known methods. To this end, the subject of the invention is an optical system for the three-dimensional determination of the velocity profile and the minimum concentration of particles in a flow, the system being characterized in that it comprises a first acquisition chain. having a first acquisition lens, a first photosensitive sensor and a first shutter formed by an opaque disk having at least two arcuate apertures adapted to allow transmission of light rays to said first photosensitive sensor, said apertures being inscribed on a same circle. The invention is particularly suitable for determining the velocity fields around obstacles making it possible to obtain the pressure fields around them.

Le système de défocalisation selon l'invention permet d'améliorer la précision de détection des particules superposées, notamment par rapport au système optique décrit dans le document « Three-dinnensional particle imaging by defocusing method with an annular aperture », 2008, D. Lin, Optics Letters 33(9) :905-7 »Letters. Ainsi, à l'implémentation de discontinuités dans le contour de l'obturateur, des simulations numériques d'imagerie montrent une augmentation de l'ordre de 50% de la précision sur la mesure de la taille de la particule et une diminution diminue de l'ordre de 50% des erreurs de détection par rapport à un obturateur présentant une ouverture annulaire à sa périphérie.The defocusing system according to the invention makes it possible to improve the detection accuracy of the superimposed particles, especially with respect to the optical system described in the document "Three-dimensional imaging by defocusing method with an annular aperture", 2008, D. Lin , Optics Letters 33 (9): 905-7 »Letters. Thus, in the implementation of discontinuities in the shutter contour, digital imaging simulations show an increase in the order of 50% of the accuracy on the measurement of the particle size and a decrease decreases in size. order of 50% of the detection errors with respect to a shutter having an annular opening at its periphery.

Le système optique selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : l'obturateur est positionné entre la lentille d'acquisition et le capteur photosensible; l'obturateur est positionné au centre de la lentille d'acquisition ; le système comporte une deuxième chaîne d'acquisition comportant une deuxième lentille d'acquisition, un deuxième capteur photosensible et un deuxième obturateur formé par un disque opaque présentant au moins deux ouvertures en arc de cercle aptes à permettre la transmission de rayons lumineux vers ledit deuxième capteur photosensible, lesdites ouvertures étant inscrites sur un même cercle ; la première chaîne d'acquisition et la deuxième chaîne d'acquisition étant positionnées selon deux angles de mesure distincts par rapport à l'écoulement ; le système comporte une chaîne de post-traitement des images acquises par la ou les chaînes d'acquisition ; - la chaîne de post-traitement comporte au moins : une unité de stockage, un calculateur et un afficheur. L'invention a également pour objet un procédé de détermination en trois dimensions de la concentration minimum de particules dans un écoulement au moyen d'un système optique selon l'invention comportant au moins une chaîne d'acquisition et une chaîne de post-traitement, le procédé comportant : - une étape d'acquisition d'images au moyen de ladite au moins une chaîne d'acquisition ; - une étape de corrélation de chaque image avec des canevas virtuels stockés dans l'unité de stockage de la chaîne de post-traitement, de manière à déterminer la position et la taille apparente des particules dans l'écoulement. Avantageusement, le procédé de détermination en trois dimensions de la concentration de particules dans un écoulement comporte en outre une étape de d'affichage de la distribution volumique des particules dans l'écoulement sur des moyens d'affichage. L'invention a également pour objet un procédé de détermination du profil de vitesse de particules dans un écoulement au moyen d'un système optique selon l'invention comportant au moins une chaîne d'acquisition et une chaîne de post- traitement, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte : une étape d'acquisition d'images au moyen de ladite au moins une chaîne d'acquisition ; une étape de corrélation de chaque image avec des canevas virtuels stockés dans l'unité de stockage de la chaîne de post-traitement, de manière à mesurer la taille apparente et en déterminer la position en trois dimensions dans l'écoulement ; une étape d'association spatio-temporelle des positions des particules à l'instant t et à l'instant t + dt sur deux images consécutives ; une étape de détermination au moyen d'un calculateur des champs de déplacements instantanés des particules par détermination du déplacement des centres des particules entre les deux images consécutives à l'instant t et à l'instant t + dt par corrélation croisée des images respectives des particules sous les deux instants. BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures suivantes : La figure 1 illustre schématiquement une chaîne d'acquisition du système optique selon l'invention.The optical system according to the invention may also have one or more of the features below taken individually or in any technically possible combination: the shutter is positioned between the acquisition lens and the photosensitive sensor; the shutter is positioned at the center of the acquisition lens; the system comprises a second acquisition chain comprising a second acquisition lens, a second photosensitive sensor and a second shutter formed by an opaque disk having at least two openings in an arc of a circle capable of transmitting light rays towards the second photosensitive sensor, said openings being inscribed on the same circle; the first acquisition chain and the second acquisition chain being positioned according to two distinct measurement angles with respect to the flow; the system comprises a chain of post-processing of the images acquired by the acquisition chain or chains; the post-processing chain comprises at least: a storage unit, a calculator and a display unit. The subject of the invention is also a method for the three-dimensional determination of the minimum concentration of particles in a flow by means of an optical system according to the invention comprising at least one acquisition and one post-processing chain. the method comprising: a step of acquiring images by means of said at least one acquisition chain; a step of correlating each image with virtual patterns stored in the storage unit of the post-processing chain, so as to determine the position and the apparent size of the particles in the flow. Advantageously, the three-dimensional determination method of the concentration of particles in a flow further comprises a step of displaying the volume distribution of the particles in the flow on display means. The subject of the invention is also a process for determining the particle velocity profile in a flow by means of an optical system according to the invention comprising at least one acquisition chain and one post-treatment chain, the method being characterized in that it comprises: an image acquisition step by means of said at least one acquisition chain; a step of correlating each image with virtual patterns stored in the storage unit of the post-processing chain, so as to measure the apparent size and determine the three-dimensional position in the flow; a step of spatio-temporal association of the positions of the particles at time t and at time t + dt on two consecutive images; a step of determining by means of a calculator of the fields of instantaneous displacements of the particles by determining the displacement of the centers of the particles between the two consecutive images at the instant t and at the instant t + dt by cross-correlation of the respective images of the particles under the two instants. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the following figures: FIG. 1 schematically illustrates a chain of acquisition of the optical system according to the invention.

La figure 2 illustre schématiquement le principe de défocalisation optique sur la chaîne d'acquisition illustrée à la figure 1. La figure 3 est une vue de face d'un obturateur de la chaîne d'acquisition illustrée à la figure 1.FIG. 2 schematically illustrates the principle of optical defocusing on the acquisition system illustrated in FIG. 1. FIG. 3 is a front view of a shutter of the acquisition system illustrated in FIG.

La figure 4 est une image capturée le système optique selon l'invention illustrant l'ensemble des particules présentes dans un écoulement. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION La figure 1 illustre schématiquement une chaîne d'acquisition du système optique selon l'invention. La figure 2 illustre schématiquement le principe de défocalisation optique obtenu grâce à la chaîne d'acquisition du système optique selon l'invention. La chaîne d'acquisition 100 du système optique selon l'invention comporte : - une lentille d'acquisition 130 ; - un capteur photosensible 110 ; - un obturateur 120 positionné entre la lentille d'acquisition capteur photosensible 110 de la chaîne d'acquisition 100. La forme spécifique de l'obturateur 120 est illustrée de manière plus précise en référence à la figure 3.FIG. 4 is an image captured by the optical system according to the invention illustrating all the particles present in a flow. DETAILED DESCRIPTION OF AT LEAST ONE EMBODIMENT FIG. 1 schematically illustrates an acquisition chain of the optical system according to the invention. FIG. 2 diagrammatically illustrates the optical defocusing principle obtained thanks to the acquisition chain of the optical system according to the invention. The acquisition chain 100 of the optical system according to the invention comprises: an acquisition lens 130; a photosensitive sensor 110; a shutter 120 positioned between the photosensor acquisition lens 110 of the acquisition chain 100. The specific form of the shutter 120 is illustrated more precisely with reference to FIG.

L'obturateur 120 est formé par un disque opaque présentant à sa périphérie au moins deux ouvertures 121 en forme d'arc de cercle. Les ouvertures 121 permettent le passage des rayons lumineux vers le capteur photosensible comme illustré sur le schéma de principe de la figure 2. Avantageusement, les ouvertures 121 sont inscrites sur un même cercle et sont au nombre de trois comme représenté à titre d'exemple à la figure 3. L'obturateur 120 en forme de disque est positionné au centre de la lentille d'acquisition 130. Grâce au système optique et notamment à la chaîne d'acquisition 100 décrite précédemment ainsi qu'au positionnement de l'obturateur, une particule PO se trouvant dans l'écoulement à caractériser apparait au niveau du capteur photosensible 110 sous la forme d'un anneau discontinu et dont sa partie centrale est transparente. La représentation sous la forme d'anneau discontinu permet avantageusement de détecter un plus grand nombre de particules dans un volume, les particules se superposant étant désormais visibles comme représenté sur le détail de la figure 4. Ainsi, dans le cas où plusieurs tailles de particules sont présentes simultanément, il est désormais possible grâce à l'invention de détecter une plus petite particule qui serait « cachée » derrière une particule plus grosse, ou différentes particules se superposant. 130 et le L'obturateur 120 est positionné et maintenu au centre de la lentille d'acquisition 130 par trois supports (non représentés) de manière à permettre le positionnement de l'obturateur précisément au milieu de la lentille 130. La précision de positionnement au centre de la lentille 130 permet également d'améliorer la précision de mesure. Ainsi, les ouvertures 121 discontinues de l'obturateur 120 permettent d'améliorer davantage la précision de détection des particules superposées par rapport à la méthode décrite dans le document « three-dimensional particle imaging by defocusing method with an annular aperture », 2008, D. Lin, Optics Letters 33(9) :905-7Letters. Grâce à l'implémentation de discontinuités dans le contour de l'obturateur 120, on augmente de l'ordre de 50% la précision sur la mesure de la taille de la particule et au diminue de l'ordre de 50% des erreurs de détection par rapport à un obturateur présentant une ouverture annulaire à sa périphérie, comme décrit dans le document cité ci-dessus.The shutter 120 is formed by an opaque disc having at its periphery at least two openings 121 in the form of a circular arc. The openings 121 allow the passage of the light rays towards the photosensitive sensor as illustrated in the block diagram of FIG. 2. Advantageously, the openings 121 are inscribed on the same circle and are three in number as represented by way of example at FIG. 3. The disk-shaped shutter 120 is positioned in the center of the acquisition lens 130. Thanks to the optical system and in particular to the acquisition channel 100 previously described, as well as to the positioning of the shutter, a Particle PO in the flow to be characterized appears at the level of the photosensitive sensor 110 in the form of a discontinuous ring and whose central portion is transparent. The representation in the form of a discontinuous ring advantageously makes it possible to detect a larger number of particles in a volume, the superimposed particles being now visible as shown in the detail of FIG. 4. Thus, in the case where several particle sizes are present simultaneously, it is now possible thanks to the invention to detect a smaller particle that would be "hidden" behind a larger particle, or different particles superimposed. 130 and the shutter 120 is positioned and held in the center of the acquisition lens 130 by three supports (not shown) so as to allow the positioning of the shutter precisely in the middle of the lens 130. The positioning accuracy at center of the lens 130 also improves the measurement accuracy. Thus, the discontinuous openings 121 of the shutter 120 make it possible to further improve the detection accuracy of the superimposed particles with respect to the method described in the document "three-dimensional particle imaging by defocusing method with an annular aperture", 2008, D Lin, Optics Letters 33 (9): 905-7Letters. Thanks to the implementation of discontinuities in the contour of the shutter 120, one increases of the order of 50% the precision on the measurement of the size of the particle and decreases of the order of 50% of the errors of detection relative to a shutter having an annular opening at its periphery, as described in the document cited above.

La précision de détection est également augmentée par la présence d'une deuxième chaîne d'acquisition (non représentée) similaire à la première chaîne d'acquisition 100 décrite précédemment. Avantageusement, les deux chaînes d'acquisition positionnées à 90° l'une de l'autre sont positionnées selon deux angles de mesure différents Les deux chaînes d'acquisition permettent ainsi d'augmenter la densité de particules détectable, la précision de mesure par corrélation croisée des images des deux chaînes d'acquisition. Les chaînes d'acquisition 100 sont reliées à une chaîne de traitement des données. La chaîne de traitement des données comporte : - une unité de stockage pour stocker des images provenant des chaînes d'acquisition 100 ; - un calculateur permettant : - d'associer à chaque image enregistrée par les chaînes d'acquisition 100 des canevas virtuels stockés dans l'unité de stockage de la chaîne de traitement des données de manière à déterminer la position et la taille des particules dans l'écoulement par rapport aux références des canevas; - d'associer des positions spatio-temporelles aux particules à un instant t et à un instant t + dt sur plusieurs images consécutives ; - de déterminer des champs de déplacements instantanées des particules dans l'écoulement par détermination du déplacement des centres des particules entre les deux images consécutives à l'instant t et à l'instant t + dt. - un moyen d'affichage, notamment pour afficher la distribution volumique des particules détectées dans l'écoulement ainsi que des champs de déplacement instantanés des particules dans l'écoulement permettant de déterminer l'évolution du profil de vitesse des particules dans l'écoulement. Le système optique selon l'invention est donc adapté pour déterminer la concentration des particules dans un écoulement mais également pour déterminer la vitesse instantanée des particules dans cet écoulement. Enfin, par rapport à la méthode de compression optique, le dispositif selon l'invention a pour avantage d'améliorer la précision de mesure de la taille des particules par la mesure selon deux directions grâce aux deux chaînes d'acquisition. Grâce à l'invention, le bruit de fond lié à la superposition des particules est fortement diminué et la densification du bruit dans le cadre de la compression optique est évitée. L'invention a également pour avantage : - de permettre la réalisation d'un montage simple et robuste (c'est à dire répétable) ne nécessitant que deux chaînes d'acquisition ; - de permettre la réalisation d'un montage peu couteux avec une grande précision de mesure ; - d'améliorer la détection des particules superposées par rapport aux méthodes connues ; - de permettre la mesure de la taille apparente des particules en deux dimensions afin d'améliorer le positionnement en trois dimensions de la particule ; - de mesurer le déplacement des particules autour d'obstacles là ou des techniques de type tomographique échouent à cause de la présence de particules fantômes.30The detection accuracy is also increased by the presence of a second acquisition chain (not shown) similar to the first acquisition chain 100 described above. Advantageously, the two acquisition chains positioned at 90 ° to one another are positioned according to two different measurement angles. The two acquisition chains thus make it possible to increase the detectable particle density, the correlation measurement accuracy. crossed images of the two acquisition chains. The acquisition chains 100 are connected to a data processing chain. The data processing chain comprises: - a storage unit for storing images from the acquisition chains 100; a calculator for: associating with each image recorded by the acquisition strings 100 virtual templates stored in the storage unit of the data processing chain so as to determine the position and the size of the particles in the flow with respect to the references of the canvases; associating spatio-temporal positions with the particles at a time t and at a time t + dt on several consecutive images; to determine instantaneous displacement fields of the particles in the flow by determining the displacement of the centers of the particles between the two consecutive images at time t and at time t + dt. a display means, in particular for displaying the volume distribution of the particles detected in the flow as well as instantaneous displacement fields of the particles in the flow making it possible to determine the evolution of the velocity profile of the particles in the flow. The optical system according to the invention is therefore suitable for determining the concentration of particles in a flow but also for determining the instantaneous speed of the particles in this flow. Finally, compared to the optical compression method, the device according to the invention has the advantage of improving the accuracy of measuring the particle size by measuring in two directions by means of two acquisition chains. Thanks to the invention, the background noise related to the superposition of the particles is greatly reduced and densification of the noise in the context of optical compression is avoided. The invention also has the advantage of: - enabling the realization of a simple and robust (that is to say repeatable) assembly requiring only two acquisition chains; to allow the realization of an inexpensive assembly with a high measurement accuracy; to improve the detection of superimposed particles in relation to known methods; to allow the measurement of the apparent size of the particles in two dimensions in order to improve the three-dimensional positioning of the particle; to measure the movement of particles around obstacles where tomographic techniques fail because of the presence of ghost particles.

Claims

REVENDICATIONS1. Optical system for the three-dimensional determination of the velocity profile and the minimum concentration of particles in a flow, the system being characterized in that it comprises a first acquisition chain (100) having a first acquisition lens ( 130), a first photosensitive sensor (110) and a first shutter (120) formed by an opaque disc having at least two openings (121) in an arc of a circle capable of transmitting light rays to said first photosensitive sensor (110) said openings (121) being inscribed on the same circle.

2. Optical system for the three-dimensional determination of the velocity profile and the minimum concentration of particles in a flow according to the preceding claim characterized in that the shutter (120) is positioned between the acquisition lens (130) and the photosensitive sensor (110).

Optical system for the three-dimensional determination of the velocity profile and the minimum concentration of particles in a flow according to one of the preceding claims, characterized in that the shutter (120) is positioned in the center of the lens. acquisition.

4. Optical system for the three-dimensional determination of the velocity profile and the minimum concentration of particles in a flow according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a second acquisition chain (100) comprising a second acquisition lens (130), a second photosensitive sensor (110) and a second shutter (120) formed by an opaque disc having at least two openings (121) in an arc of a circle capable of transmitting light rays to said second photosensitive sensor (110), said openings (121) being inscribed on the same circle; the first acquisition chain (100) and the second acquisition chain (100) being positioned at two different measurement angles with respect to the flow.

Optical system for the three-dimensional determination of the velocity profile and the minimum concentration of particles in a flow according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a chain of post-processing of the images acquired by the the acquisition chains (100).

6. Optical system for the three-dimensional determination of the velocity profile and the minimum concentration of particles in a flow according to the preceding claim, characterized in that the post-treatment chain comprises at least: a storage unit, a calculator and a display.

7. A method for the three-dimensional determination of the minimum concentration of particles in a flow by means of an optical system according to one of claims 1 to 0 comprising at least one acquisition chain and a post-treatment chain, the process comprising: - a step of acquiring images by means of said at least one acquisition chain; a step of correlating each image with virtual patterns stored in the storage unit of the post-processing chain, so as to determine the position and the apparent size of the particles in the flow.

8. A method for the three-dimensional determination of the minimum concentration of particles in a flow according to claim 7, characterized in that it comprises a step of displaying the volume distribution of the particles in the flow on display means. .

9. A method of determining the particle velocity profile in a flow by means of an optical system according to one of claims 1 to 6 comprising at least one acquisition chain and a post-treatment chain, the method being characterized in that it comprises: a step of acquiring images by means of said at least one acquisition chain; a step of correlating each image with virtual patterns stored in the storage unit of the post-processing chain, in order to determine the position and the apparent size of the particles in the flow; a step of spatiotemporally associating the positions of the particles at time t and at time t + dt on two consecutive images; a step of determining, by means of a calculator, the fields of instantaneous displacements of the particles by determining the displacement of the centers of the particles between the two consecutive images at time t and at time t + dt.