FR3017950A1 - Dispositif d'analyse de gaz a tres forte sensibilite - Google Patents

Abstract

Le dispositif (10) de mesure photo-acoustique de la quantité d'au moins un gaz comporte : - une cuve résonnante de type Helmholtz constituée d'au moins deux tubes (14) fermés à leurs extrémités et reliés entre eux, à proximité de chacune de leurs extrémités, par des tubes capillaires (18) de diamètre inférieur au diamètre des tubes, - un moyen (16) d'introduction de gaz, - au moins une source (13) d'énergie radiante laser qui fournit une énergie d'excitation au gaz contenu dans la cuve, à une longueur d'onde d'émission correspondant à une longueur d'onde d'absorption maximum localement pour un dit gaz, en regard d'une fenêtre (19) fermant une extrémité de tube, - au moins un miroir (15) positionné sur une paroi d'un tube recevant de l'énergie radiante, pour réfléchir l'énergie radiante à l'intérieur du tube, - un moyen (20) de modulation qui module l'énergie d'excitation fournie par chacune des sources d'énergie laser et - au moins un transducteur acousto-électrique (11) disposé sur l'un des tubes.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention vise un dispositif d'analyse de gaz à très forte sensibilité. Elle s'applique, en particulier, à la détection de traces de gaz dans l'air ambiant, par exemple pour la lutte contre la pollution, la détection de fuites de gaz ou la prévention de risques chimiques. ETAT DE LA TECHNIQUE L'analyse de gaz à l'état de traces est aujourd'hui de plus en plus courant dans les secteurs industriels et de l'environnement. Parmi les technologies capables de détecter des espèces à des concentrations dans la gamme du ppb (partie par milliard, soit 10-9), les technologies optiques consistant en l'excitation de la molécule à détecter par voie optique en utilisant un laser sont les plus prometteuses et présentent les avantages suivant : sélectivité de la mesure, sensibilité, précision de la mesure et gamme de mesure couvrant l'ensemble des gaz, moyennant l'utilisation d'une longueur d'onde adaptée pour l'excitation optique de l'espèce recherchée par le laser. Il existe de nombreuses technologies optiques. Les plus couramment utilisées sont la technologie CRDS (acronyme de Cavity Ring-Down Spectroscopy pour spectroscopie par temps de décroissance en cavité), la technologie OFCEAS (acronyme de Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy pour spectroscopie d'absorption améliorée en cavité par retour optique) et la technologie photo-acoustique. La technologie photo-acoustique est particulièrement intéressante de par sa simplicité, sa robustesse et les niveaux de détection limites pouvant être atteints tout en maintenant un niveau de sélectivité important. Ceci étant les besoins industriels à ce jour commencent à se situer non plus au niveau du ppb mais tendent vers le ppt (partie par trillion, soit 10-12). Pour atteindre ces niveaux extrêmement faibles de détection et de mesure, il est alors nécessaire pour les techniques telles que la CRDS ou l'OFCEAS d'augmenter significativement les durées (équivalentes à des distances) de parcours du faisceau optique d'excitation et/ou augmenter la durée d'intégration.

L'augmentation de la durée de parcours impose des instruments de plus en plus complexes et difficiles à régler d'un point de vue optique, instruments qui restent très sensibles aux valeurs de température, pression et vibrations. L'augmentation de la durée d'intégration à durée de parcours fixe permet d'abaisser le niveau de détection limite mais ne constitue pas une amélioration forte et constitue plutôt une solution de deuxième ordre. De plus, l'augmentation de la durée d'intégration ne permet plus d'avoir des mesures rapides nécessaires pour la mesure notamment des flux à partir de technique de modélisation d'Eddy covariance. La technologie photo-acoustique permet d'atteindre les mêmes niveaux de détection limites que les autres techniques avec des avantages de simplicité de réglage et de stabilité dans le temps couplée à une mesure rapide. Cependant, elle n'offre pas, non plus, les niveaux de détection maintenant demandés dans les applications industrielles. OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de mesure photo-acoustique de la quantité d'au moins un gaz, ce dispositif comportant : - une cuve résonnante de type Helmholtz constituée d'au moins deux tubes fermés à leurs extrémités et reliés entre eux, à proximité de chacune de leurs extrémités, par des tubes capillaires de diamètre inférieur au diamètre des tubes, - un moyen d'introduction de gaz dans ladite cuve, - au moins une source d'énergie radiante laser qui fournit une énergie d'excitation au gaz contenu dans la cuve, à une longueur d'onde d'émission correspondant à une longueur d'onde d'absorption maximum localement pour un dit gaz, chaque dite source d'énergie radiante étant positionnée en regard d'une fenêtre fermant une extrémité de tube, - au moins un miroir positionné sur une paroi d'un tube recevant de l'énergie radiante, pour réfléchir l'énergie radiante à l'intérieur du tube, - un moyen de modulation qui module l'énergie d'excitation fournie par chacune des sources d'énergie laser avec une fréquence de modulation en correspondance avec la fréquence de résonance acoustique de la cuve résonnante et - au moins un transducteur acousto-électrique disposé sur l'un des tubes pour détecter les signaux acoustiques produits dans ce tube et fournir un signal électrique représentatif de la concentration du gaz dans la cuve. Grâce à ces dispositions, même avec de très faibles concentrations de l'espèce recherchée, la multitude d'allers et retours de l'énergie radiante dans le tube permet un échauffement du gaz et l'entrée en résonance de la cuve résonnante, résonance qui est captée par le transducteur acousto-électrique, par exemple un microphone. La mise en oeuvre de l'invention aboutit ainsi à : - la détection de concentrations d'espèce extrêmement basses et - une durée de détection et de mesure inférieure à une seconde ; tout en conservant la robustesse et la simplicité de mise en oeuvre d'un détecteur de type Helmholtz. On améliore ainsi, selon les configurations, d'un facteur 10 à 50 le niveau de détection limite atteignable. A titre d'exemple pour le gaz N20, un niveau de détection de 1 ppb est atteint par la technologie de photo acoustique d'Helmholtz classique alors que, grâce à la mise en oeuvre de la présente invention, ce niveau atteint 0,1 ppb, voire 0,02 ppb, soit 20 ppt. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte au moins deux miroirs positionnés aux extrémités d'un tube recevant de l'énergie radiante, pour réfléchir l'énergie radiante à l'intérieur du tube.

Dans des modes de réalisation, l'énergie radiante laser est introduite dans le tube au bord de l'un des miroirs. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte, dans un miroir, une fenêtre à travers laquelle l'énergie radiante laser est introduite à l'intérieur du tube.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte un miroir orienté selon un angle compris entre 30° et 60° le long d'une face latérale du tube, pour réfléchir l'énergie radiante laser provenant de la source d'énergie radiante depuis l'extérieur du tube à l'intérieur du tube. Dans des modes de réalisation, les miroirs sont toroïdaux.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte, sur les parois latérales d'un tube, des miroirs qui réfléchissent l'énergie radiante à l'intérieur du tube. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte une pluralité de sources d'énergie radiantes laser, un miroir mobile et un moyen de commande de la position du miroir mobile, pour injecter selon le même chemin optique l'une ou l'autre des énergies radiantes produites par les différentes sources d'énergie radiante laser.

Dans des modes de réalisation, au moins deux sources d'énergie radiante laser ont des longueurs d'onde d'émission correspondant à deux longueurs d'onde d'absorption maximum pour deux gaz différents. Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte deux sources d'énergie radiante laser en regard de deux tubes différents de la cuve de type HelmHoltz, les dites deux sources d'énergie radiantes laser ayant des longueurs d'onde d'émission correspondant à des pics d'absorption du même gaz, éventuellement identiques, dans lequel le moyen de modulation est adapté à moduler simultanément l'énergie d'excitation fournie par les deux sources d'énergie radiante laser se trouvant en regard de deux tubes différents en appliquant un déphasage de 180° entre les énergies d'excitation cbs dites sources d'énergie radiante laser. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier des dispositifs et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, en coupe vue de dessus, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 2 représente, schématiquement, en coupe partielle vue de dessus, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, la figure 3 représente, schématiquement, en coupe partielle vue de dessus, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, la figure 4 représente, schématiquement, en coupe partielle vue de dessus, un quatrième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, la figure 5 représente, schématiquement, en coupe partielle vue de dessus, un cinquième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 6 représente, schématiquement, en deux coupes partielles, axiale et longitudinale, un sixième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 7 représente, schématiquement, en coupe partielle vue de dessus, un septième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 8 représente, schématiquement, en coupe partielle vue de dessus, un huitième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention et - la figure 9 représente un logigramme d'étapes d'un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention. DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l'échelle.

On observe, en figure 1, un dispositif 10 de mesure photo-acoustique de la quantité d'au moins un gaz, ici des traces de ce gaz dans de l'air, par exemple ambiant, ou dans un échantillon de gaz conservé en vue de cette détection. Ce dispositif 10 comporte : - une cuve résonnante de type Helmholtz constituée d'au moins deux tubes 14 fermés à leurs extrémités et reliés entre eux, à proximité de chacune de leurs extrémités, par des tubes capillaires 18 de diamètre inférieur au diamètre des tubes 14, - un moyen 16 d'introduction de gaz dans ladite cuve, - une source d'énergie radiante laser 13 qui fournit une énergie d'excitation au gaz contenu dans la cuve, à une longueur d'onde d'émission correspondant à une longueur d'onde d'absorption maximum localement pour le gaz dont des traces sont recherchés, la source d'énergie radiante 13 étant positionnée en regard d'une fenêtre 19 fermant une extrémité d'un tube 14, - un miroir 15 positionné sur une paroi du tube 14 recevant de l'énergie radiante, pour réfléchir l'énergie radiante à l'intérieur de ce tube 14, - un moyen 20 de modulation qui module l'énergie d'excitation fournie par chacune des sources d'énergie laser avec une fréquence de modulation en correspondance avec la fréquence de résonance acoustique de la cuve résonnante et - deux transducteurs acousto-électriques 11 disposés, chacun, sur l'un des tubes 14 et raccordés à un circuit électronique (non représenté) de détection des signaux acoustiques produits dans ce tube et fournir un signal électrique représentatif de la concentration du gaz dans la cuve.

Les tubes 14 sont, préférentiellement, parallèles. Préférentiellement, l'entraînement du gaz est effectué par pompage à la sortie 17, afin d'éviter que la pompe (non représentée) pollue l'échantillon de gaz analysé. Comme on le comprend à la lecture de la description qui précède, dans ce premier mode de réalisation, l'énergie radiante effectue un aller et retour dans le tube 14, ce qui permet de doubler la quantité d'énergie qui est transmise aux traces de gaz recherchées et augmente donc d'un facteur deux la réponse du dispositif 10, par rapport à un dispositif similaire sans le miroir 15. La source d'énergie radiante laser 13 est, par exemple, à diode laser, Préférentiellement, la source de lumière, émettant en moyen infrarouge, est de type connu sous le nom de « Quantum Cascade Laser » (ou « QCL » pour laser à cascade quantique). La technologie « QCL » offre une gamme de lasers dans le moyen infrarouge qui rend accessible les longueurs d'onde caractéristiques d'un très vaste ensemble de molécules complexes.

Le rayon laser est modulé par le modulateur 20, électronique ou mécanique, respectivement, pour être modulé en fréquence, à une fréquence déterminée, par exemple de 210 Hz, correspondant à la fréquence de résonance acoustique d'une cuve de Helmholtz dont les tubes 14 ont une longueur de 10 centimètres. La fenêtre 19 permet le passage du rayon laser, qui pénètre ainsi dans le volume d'un tube 14 disposé sur son trajet. Les deux tubes 14 sont reliés entre eux à proximité de chacune de leurs extrémités par des tubes capillaires 18, de diamètre d plus petit que le diamètre D des tubes 14. Ainsi, par exemple, en choisissant des tubes 14 de 10 cm de longueur et un rapport du diamètre des capillaires sur le diamètre des tubes égal à 1/10, on réalise une cuve résonnante dont la fréquence de résonance acoustique est de 210 Hz. Sur chacun des tubes 14 est disposé, dans une zone centrale, un transducteur acoustoélectrique 11, par exemple un microphone à électret. Les microphones possèdent une courbe de réponse plate dans la plage de 100 Hz à 20 KHz. On note qu'il est possible aussi d'utiliser des microphones à condensateur ou encore des MEMS (« MicroElectroMechanical System » pour microsystème électromécanique). Le type de transducteur utilisé est, par exemple, fourni par la firme « Knowles » (marque déposée), sous la référence « K 1024 » ou par l'une des firmes « Sennheiser » (marque déposée) ou « Brüel & Kjaer » (marque déposée). Le premier capillaire 18, en bas en figure 1, est pourvu d'un tube d'arrivée 16. Le deuxième capillaire 18, en haut en figure 1, est pourvu d'un tube de sortie 17. Des robinets (non représentés) sont montés de façon à fermer le tube d'arrivée 16, et le tube de sortie 17. Lorsque les tubes d'arrivée 16 et de sortie 17 sont fermés, la circulation du gaz s'effectue, au travers des capillaires 18, d'un tube 14 vers l'autre. Le tube de sortie 17 est relié à l'entrée d'une pompe aspirante (non représentée) de façon à permettre une circulation suffisante des gaz pour assurer une mesure quasi en temps réel (par exemple une mesure par minute ou toutes les deux minutes).

Le pompage en aval améliore l'écoulement laminaire et évite une pollution par la pompe elle-même (traces de l'échantillon précédent). Le signal de sortie de l'un des transducteurs acousto-électriques 11 est envoyé sur l'entrée positive d'un amplificateur différentiel (non représenté). Le signal de sortie du deuxième transducteur acousto-électrique 11 est envoyé sur l'entrée négative de l'amplificateur différentiel. La sortie de cet amplificateur délivre les signaux électriques représentatifs de la quantité de gaz détecté à une unité centrale (non représentée) munie d'un écran d'affichage. Dans une variante de réalisation, la modulation se produit de façon électronique par modulation du courant d'excitation de la source d'énergie radiante laser 13. Dans un tube 14, le signal photo-acoustique, dans le cas des faibles absorptions (a L « 1) est donné par l'équation suivante : SPA=RWa Où R, la réponse de la cuve, est proportionnelle au facteur de qualité Q, à la longueur L et inversement proportionnelle au volume de la cuve ; W est la puissance du laser ; a le coefficient d'absorption du gaz et L la distance parcourue par le rayon lumineux dans le gaz.

Comme on le comprend, en mettant en oeuvre la présente invention, on multiplie la distance L, d'un coefficient multiplicateur deux dans le premier mode de réalisation illustré en en figure 1 et d'un coefficient bien supérieur dans les modes de réalisation particuliers illustrés dans les autres figures sans augmenter le volume V de la cuve. Préférentiellement, pour améliorer le signal photoacoustique, on augmente le facteur de qualité Q en choisissant une résonance acoustique parmi les résonances acoustiques longitudinales, azimutales, radiales ou de type Helmholtz. Parmi les avantages de la cuve photoacoustique de type Helmholtz, on peut citer : une grande sensibilité rendant de faibles concentrations détectables, un faible volume, une efficacité à pression atmosphérique, une grande dynamique de mesure : 5 à 6 décades, une faible constante de temps de mesure et une grande robustesse et un coût limité. Un exemple d'application va maintenant être explicité pour la détection du méthane. Pour détecter ce gaz, le laser, par exemple à diode, est préférentiellement choisi avec une longueur d'onde de 1,65 micron ou 7,9 micron (notamment avec un laser QCL). La fréquence de modulation est choisie pour qu'elle se situe au maximum de réponse en amplitude de la cuve résonnante, ce maximum correspondant à une réponse en opposition de phase des signaux délivrés par le second transducteur acousto-électrique 11 par rapport aux signaux délivrés par le premier transducteur acousto-électrique 11. Le maximum de réponse d'amplitude se situe à la fréquence de résonance acoustique de la cuve. Pour cette valeur de fréquence, les signaux délivrés par le second transducteur acousto-électrique 11 sont en opposition de phase par rapport aux signaux délivrés par le premier transducteur acousto-électrique 11. Ces signaux viennent donc s'ajouter dans l'amplificateur 18 et produisent en sortie un signal d'amplitude plus élevé aussi bien cuve fermée sur l'extérieur que cuve ouverte sur l'extérieur. Ainsi, avec une cuve résonnante de dimensions très faibles, environ un carré de 10 cm de côté, avec des tubes ayant un rapport de diamètre de 1 à 10 et un volume des capillaires par rapport au volume des tubes ayant un rapport de volume de 1 à 100, on obtient une grande sensibilité de détection.

Dans des modes de réalisation, le dispositif 10 est monté sur un véhicule, le tube d'entrée 16 communiquant avec l'extérieur du véhicule et aspirant l'air pour effectuer les détections de gaz à détecter. Dans le deuxième mode de réalisation, illustré en figure 2, deux miroirs 21 et 22 sont placés à l'extérieur d'un tube 14. L'énergie radiante laser est introduite dans le tube 14 au bord du miroir 22. Les miroirs 21 et 22 sont sphériques ou toroïdaux, de géométrie optimisée pour que le rayon émis par la source d'énergie radiante se reflète à l'intérieur du tube 14, directement vers l'autre miroir sans atteindre une paroi latérale du tube 14.

Dans le troisième mode de réalisation, illustré en figure 3, deux miroirs 23 et 24 forment les extrémités internes d'un tube 14. L'énergie radiante laser est introduite dans le tube 14 au bord du miroir 24. Les miroirs 23 et 24 sont sphériques ou toroïdaux, de géométrie optimisée pour que le rayon émis par la source d'énergie radiante se reflète à l'intérieur du tube 14, directement vers l'autre miroir sans atteindre une paroi latérale du tube 14. Dans le quatrième mode de réalisation, illustré en figure 4, deux miroirs 25 et 26 forment les extrémités internes d'un tube 14. L'énergie radiante laser est introduite dans le tube 14 par une fenêtre 27 formée dans le miroir 26. Les miroirs 25 et 26 sont sphériques ou toroïdaux, de géométrie optimisée pour que le rayon émis par la source d'énergie radiante se reflète à l'intérieur du tube 14, directement vers l'autre miroir sans atteindre une paroi latérale du tube 14. Dans le cinquième mode de réalisation, illustré en figure 5, deux miroirs 28 et 29 sont placés à l'extérieur d'un tube 14. L'énergie radiante laser est introduite dans le tube 14 par une fenêtre 30 formée dans le miroir 29. Les miroirs 28 et 29 sont sphériques ou toroïdaux, de géométrie optimisée pour que le rayon émis par la source d'énergie radiante se reflète à l'intérieur du tube 14, directement vers l'autre miroir sans atteindre une paroi latérale du tube 14. Dans le sixième mode de réalisation, illustré en figure 6, en vue en coupe axiale, à droite, et en vue en coupe longitudinale, à gauche, un miroir 31 est placé sur la périphérie latérale d'un tube 14. L'énergie radiante laser est introduite dans le tube 14 par une extrémité du tube 14, avec un angle d'incidence, par rapport à l'axe de la cuve 14, supérieur à 60°. En variante, un micir plan est positionné à l'autre extrémité du tube 14, pour que l'énergie radiante retourne vers la source 13. Le chemin de l'énergie radiante est ainsi quadruplé, par rapport à un chemin axial simple dans le tube 14. Dans le septième mode de réalisation, illustré en figure 7, deux miroirs 32 et 33 forment les extrémités internes d'un tube 14. L'énergie radiante laser est introduite dans le tube 14 par une fenêtre 34 formée dans la paroi latérale du tube 14, un miroir 35 assurant un renvoi d'angle pour que le rayon émis par la source d'énergie radiante se reflète à l'intérieur du tube 14, directement vers le miroir 32 sans atteindre une paroi latérale du tube 14. Le miroir 35 est orienté selon un angle compris entre 30° et 60° (environ 45° en figure 7)e long d'une face latérale du tube, pour réfléchir l'énergie radiante laser provenant de la source d'énergie radiante 13 depuis l'extérieur du tube 14 à l'intérieur du tube 14. Dans le huitième mode de réalisation, illustré en figure 8, deux miroirs 25 et 26 forment les extrémités internes d'un tube 14. L'énergie radiante laser est introduite dans le tube 14 par une fenêtre 27 formée dans le miroir 26. Les miroirs 25 et 26 sont sphériques ou toroïdaux, de géométrie optimisée pour que le rayon émis par la source d'énergie radiante se reflète à l'intérieur du tube 14, directement vers l'autre miroir sans atteindre une paroi latérale du tube 14. Trois sources d'énergie radiante 37, 38 et 39 émettent des rayons lumineux en direction d'un miroir mobile 36, orienté par un mécanisme 40 afin que le rayon lumineux issu de l'une des sources d'énergie radiante pénètre dans le tube 14. Les longueurs d'ondes d'émission des sources d'énergie radiante 37, 38 et 39 sont différentes et correspondent à des pics d'absorption de trois gaz dont des traces peuvent être recherchées. En orientant le miroir mobile 36, on sélectionne ainsi le gaz recherché dans l'échantillon présent dans le tube 14.

Le mécanisme 40 est, par exemple, basé sur un cristal piézoélectrique qui permet d'injecter séquentiellement les différentes énergies radiantes de différentes longueurs d'onde dans la cavité résonante. Les différents modes de réalisation illustrés dans les figures 1 à 8 sont destinés à être combinés afin d'augmenter le chemin optique parcouru par l'énergie radiante et, en conséquence, la sensibilité du dispositif objet de l'invention. Comme illustré en figure 9, dans un mode de réalisation particulier, le procédé comporte, d'abord, une étape 105 de sélection d'au moins un gaz dont on recherche des traces.

Puis, on traite, successivement, les gaz à détecter. Par exemple, on commence par le premier gaz sélectionné au cours de l'étape 105. Le gaz à traiter est appelé, dans la suite de la description de la figure 9, « gaz courant ». Pour le gaz courant, au cours de l'étape 110, on détermine si au moins deux sources d'énergie radiante du dispositif correspondent à deux pics d'absorption caractéristiques du gaz. Par exemple, les deux sources d'énergie radiantes sont positionnées en regard de deux tubes 14 différents du même dispositif. Si oui, on sélectionne le mode de fonctionnement à plusieurs sources. Sinon, on sélectionne le mode de fonctionnement à une seule source.

Si le mode de fonctionnement multi-sources est sélectionné, on réalise les étapes 115 à 140. Si le mode de fonctionnement mono-source est sélectionné, on passe directement à l'étape 130. Au cours de l'étape 115, on détermine chacune des sources d'énergie radiante correspondant au gaz courant.

Pour augmenter la sensibilité du dispositif 10, deux sources d'énergie radiante laser positionnées en regard de deux tubes 14 différents de la cuve de type HelmHoltz, ont des longueurs d'onde d'émission correspondant à des pics d'absorption du même gaz, éventuellement identiques. Au cours d'une étape 120, on détermine les positions respectives des sources d'énergies radiantes, c'est-à-dire les rangs des tubes en regard desquels se trouvent ces sources. Au cours de l'étape 125, on détermine les différences de phase à appliquer aux différentes sources. Les sources se trouvant en regard de tubes de même rang ne présentent aucun déphasage entre elles. De plus, les sources se trouvant en regard de tubes de rangs impairs présentent un déphasage de 180° par rapport aux sources se trouvant en regard de tubes de rang pair. Les émissions des sources se font donc en opposition de phase. Ce déphasage est appliqué par le moyen de modulation qui module l'énergie d'excitation fournie par chacune des sources d'énergie laser avec une fréquence de modulation en correspondance avec la fréquence de résonance acoustique de la cuve résonnante. Au cours de l'étape 130, on applique la modulation avec, dans le cas de plusieurs sources, les différences de phases déterminées au cours de l'étape 125, à chaque source sélectionnée. Au cours de l'étape 130, on module ainsi l'énergie d'excitation fournie par chaque source d'énergie radiante laser sélectionnée, avec une fréquence de modulation en correspondance avec la fréquence de résonance acoustique de la cuve résonnante, chaque source d'énergie radiante laser fournissant une énergie d'excitation au gaz contenu dans la cuve en regard de laquelle cette source se trouve, la longueur d'onde d'émission de la source correspondant à une longueur d'onde d'absorption maximum localement pour le gaz courant. Dans le cas où au moins deux sources laser fournissent de la lumière à la même longueur d'onde, ces sources laser sont sélectionnées simultanément et modulées simultanément, avec, éventuellement, des phases opposées. Au cours d'une étape 135, on capture et on amplifie de manière différentielle les signaux sonores présents dans les différents tubes. Au cours d'une étape 140, en fonction de ce signal différentiel, on détermine si le gaz courant est présent dans les tubes du dispositif photo-acoustique et on estime la quantité de ce gaz. On effectue ainsi un traitement d'un signal issu d'au moins un transducteur acousto-électrique disposé sur l'un des tubes pour détecter les signaux acoustiques produits dans ce tube et fournir un signal électrique représentatif de la concentration du gaz dans la cuve. Puis on passe au gaz suivant et on retourne à l'étape 110. Comme on le comprend à la lecture de la description de la figure 9, selon les modes de fonctionnement de ce dispositif : - soit on met en oeuvre simultanément au moins deux sources d'énergie radiante laser à deux longueurs d'ondes caractéristiques d'un même gaz, ce qui augmente la sensibilité de détection de ce gaz, - soit on met en oeuvre, successivement, les sources d'énergie radiante laser à des longueurs d'ondes caractéristiques de différents gaz, ce qui permet de commuter rapidement de la détection de traces d'un gaz à la détection de traces d'un autre gaz, tout en utilisant un volume très réduit. De plus, on passe de l'un à l'autre de ces modes de fonctionnement en fonction des sources d'énergie radiante laser qui correspondent à différents pics d'absorption d'un même gaz et des sources d'énergie radiante laser qui correspondent à différents pics d'absorption de différents gaz. Il suffit alors de commuter entre les premières et les secondes pour passer du premier mode de fonctionnement décrit ci-dessus au second.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de mesure photo-acoustique de la quantité d'au moins un gaz, caractérisé en ce qu'il comporte : - une cuve résonnante de type Helmholtz constituée d'au moins deux tubes (14) fermés à leurs extrémités et reliés entre eux, à proximité de chacune de leurs extrémités, par des tubes capillaires (18) de diamètre inférieur au diamètre des tubes, - un moyen (16) d'introduction de gaz dans ladite cuve, - au moins une source (13, 37, 38, 39) d'énergie radiante laser qui fournit une énergie d'excitation au gaz contenu dans la cuve, à une longueur d'onde d'émission correspondant à une longueur d'onde d'absorption maximum localement pour un dit gaz, chaque dite source d'énergie radiante étant positionnée en regard d'une fenêtre (19, 27) fermant une extrémité de tube, - au moins un miroir (15, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 31, 32, 33) positionné sur une paroi d'un tube recevant de l'énergie radiante, pour réfléchir l'énergie radiante à l'intérieur du tube, - un moyen (20) de modulation qui module l'énergie d'excitation fournie par chacune des sources d'énergie laser avec une fréquence de modulation en correspondance avec la fréquence de résonance acoustique de la cuve résonnante et - au moins un transducteur acousto-électrique (11) disposé sur l'un des tubes pour détecter les signaux acoustiques produits dans ce tube et fournir un signal électrique représentatif de la concentration du gaz dans la cuve.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, qui comporte au moins deux miroirs (21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 32, 33) positionnés aux extrémités d'un tube (14) recevant de l'énergie radiante, pour réfléchir l'énergie radiante à l'intérieur du tube.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'énergie radiante laser est introduite dans le tube au bord de l'un des miroirs.
4. 4. Dispositif selon la revendication 2, qui comporte, dans un miroir, une fenêtre (27) à travers laquelle l'énergie radiante laser est introduite à l'intérieur du tube.
5. 5. Dispositif selon la revendication 2, qui comporte un miroir (35) orienté selon un angle compris entre 30° et 60° le long d'une face itérale d'un tube (14), pour réfléchir l'énergie radiante laser provenant de la source d'énergie radiante depuis l'extérieur du tube à l'intérieur du tube.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel les miroirs (21, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 32, 33) sont toroïdaux.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, qui comporte, sur les parois latérales d'un tube (14), des miroirs (31) qui réfléchissent l'énergie radiante à l'intérieur du tube.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, qui comporte une pluralité de sources (37, 38, 39) d'énergie radiantes laser, un miroir mobile (36) et un moyen (40) de commande de la position du miroir mobile, pour injecter selon le même chemin optique l'une ou l'autre des énergies radiantes produites par les différentes sources d'énergie radiante laser.
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel au moins deux sources (37, 38, 39) 20 d'énergie radiante laser ont des longueurs d'onde d'émission correspondant à deux longueurs d'onde d'absorption maximum pour deux gaz différents.
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, qui comporte deux sources d'énergie radiante laser en regard de deux tubes (14) différents de la cuve de type 25 HelmHoltz, les dites deux sources d'énergie radiantes laser ayant des longueurs d'onde d'émission correspondant à des pics d'absorption du même gaz, éventuellement identiques, dans lequel le moyen de modulation (20) est adapté à moduler simultanément l'énergie d'excitation fournie par les deux sources d'énergie radiante laser se trouvant en regard de deux tubes différents en appliquant un 30 déphasage de 180° entre les énergies d'excitation cbs dites sources d'énergie radiante laser.