FR3065077A1 - Dispositif de capteur optique pour mesurer une concentration de fluide et application d'un tel dispositif - Google Patents
Dispositif de capteur optique pour mesurer une concentration de fluide et application d'un tel dispositif Download PDFInfo
- Publication number
- FR3065077A1 FR3065077A1 FR1852952A FR1852952A FR3065077A1 FR 3065077 A1 FR3065077 A1 FR 3065077A1 FR 1852952 A FR1852952 A FR 1852952A FR 1852952 A FR1852952 A FR 1852952A FR 3065077 A1 FR3065077 A1 FR 3065077A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- installation
- sensor device
- optical sensor
- measurement beam
- sample chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 90
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 125
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 54
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 35
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 31
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 31
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 38
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 238000011161 development Methods 0.000 description 10
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000004092 self-diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/031—Multipass arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
- G01N2201/06—Illumination; Optics
- G01N2201/066—Modifiable path; multiple paths in one sample
- G01N2201/0668—Multiple paths; optimisable path length
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Dispositif de capteur optique (1) pour mesurer la concentration d'un fluide comprenant une chambre à échantillon (PB) fermée pour recevoir un fluide à analyser, une source de rayonnement (Q) pour émettre un faisceau de mesure dans la chambre à échantillon (PB) et une installation de détecteurs (D) pour détecteur le faisceau de mesure ayant traversé la chambre à échantillon (PB) et une installation de déflexion (MS) mobile, commandée, entre la source de rayonnement (Q) et l'installation de détecteurs (D). Cette installation de déflecteur dévie le faisceau de mesure pour qu'il parcoure différents trajets absorbant (AS1) dans la chambre à échantillon (PB).
Description
(57) Dispositif de capteur optique (1) pour mesurer la concentration d'un fluide comprenant une chambre à échantillon (PB) fermée pour recevoir un fluide à analyser, une source de rayonnement (Q) pour émettre un faisceau de mesure dans la chambre à échantillon (PB) et une installation de détecteurs (D) pour détecteur le faisceau de mesure ayant traversé la chambre à échantillon (PB) et une installation de déflexion (MS) mobile, commandée, entre la source de rayonnement (Q) et l'installation de détecteurs (D). Cette installation de déflecteur dévie le faisceau de mesure pour qu'il parcoure différents trajets absorbant (AS1) dans la chambre à échantillon (PB).
Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un dispositif de capteur optique pour mesurer une concentration de fluide ainsi que l’application d’un tel dispositif de capteur optique.
Etat de la technique
Les dispositifs de capteur optique mesurant des concentrations de fluide, c’est-à-dire des concentrations de liquide ou de gaz telle que, par exemple, la concentration de dioxyde de carbone ont de multiples applications, par exemple la surveillance de la qualité de l’air ou le domaine de la technique de sécurité. En spectroscopie optique on dispose maintenant de dispositifs de capteur qui sont très compacts et économiques.
La figure 6 est une vue en coupe schématique servant à décrire un exemple de dispositif de capteur optique.
A la figure 6, la référence Q désigne une source lumineuse, par exemple une source laser. Le faisceau lumineux émis par la source lumineuse Q est conduit à travers une zone absorbante A dans le fluide à détecter et en sortie de la zone absorbante A le faisceau lumineux traverse un filtre optique F pour arriver ensuite sur une installation de détecteur D reliée à une électronique d’exploitation E. Dans le cas le plus simple, l’électronique d’exploitation E détermine, en fonction de la perte d’intensité de la lumière émise par la source lumineuse Q, la concentration du fluide à détecter dans la zone absorbante A.
La zone absorbante A est un chemin optique fixe, de longueur optique définie. La longueur optique est adaptée selon les nécessités des applications du point de vue de la nature et de la résolution du fluide examiné. S’il faut, par exemple, mesurer différentes matières ayant des concentrations différentes, on utilisera pour cela deux chemins optiques fixes, différents et des composants de capteur correspondants.
Les optiques figées ayant des chemins optiques fixes ne permettent qu’un ajustage fin, imposé, de la sensibilité (paramètre d’absorption) d’un tel dispositif de capteur optique. En outre, ils ont un encombrement significativement plus grand pour réaliser plusieurs chemins optiques avec des composants optiques correspondants.
Pour utiliser un tel dispositif de capteur optique en combinaison avec un filtre linéaire, qui a, de manière caractéristique, une taille de plusieurs millimètres carrés nécessitant l’utilisation d’un réseau de capteurs sélectifs en longueur d’onde, il faut répartir la puissance de la source optique sur toute la surface. Pour cela, il faut, de manière caractéristique, une source ayant un angle d’ouverture important et une forte puissance, c’est-à-dire qu’il faut plusieurs sources lumineuses pour avoir la puissance optique requise sur tous les pixels du réseau de capteurs.
Le document WO 2005/045404 Al décrit un capteur de gaz à infrarouge mesurant une concentration de gaz en faisant passer le rayonnement infrarouge à travers un trajet absorbant rempli du gaz à mesurer. Un premier filtre est associé à une première unité de saisie et un second filtre est détecté par une seconde unité de saisie ; la concentration du gaz se mesure à partir de la différence de l’intensité des rayonnements ainsi détectés.
Le document DE 10 2004 044 145 B3 décrit un module de réflecteur d’un capteur de gaz photométrique avec une source de rayonnement et un premier réflecteur pour la déviation du rayonnement en provenance de la source de rayonnement vers un second réflecteur. Ce second réflecteur dévie le faisceau provenant du premier réflecteur vers un détecteur.
On connaît également d’autres dispositifs de capteur optique pour mesurer une concentration en fluide à l’aide de chemins optiques fixes utilisant des réflecteurs comme cela est connu selon les document DE 103 60 215 Al et DE 10 2015 212 870 Al.
Exposé et avantages de l’invention
La présente invention a pour objet un dispositif de capteur optique pour mesurer la concentration d’un fluide comprenant au moins une chambre à échantillon au moins partiellement fermée pour recevoir un fluide à analyser, une source de rayonnement pour émettre un faisceau de mesure dans la chambre à échantillon et une installation de détecteur pour détecter le faisceau de mesure ayant traversé la chambre à échantillon et une installation de déflexion mobile, commandée, placée entre la source de rayonnement et l’installation de détec3065077 teurs, cette installation de déflexion déviant le faisceau de mesure pour qu’il parcoure différents trajets absorbant dans la chambre à échantillon.
L’invention a également pour objet l’application du dispositif de capteur tel que défini ci-dessus caractérisée en ce que l’installation de déflexion mobile est commandée pour que le faisceau de mesure traverse de manière dynamique les différents trajets absorbants.
L’idée de base de la présente invention repose sur l’utilisation d’un micro-miroir mobile installé dans le trajet absorbant d’un dispositif de capteur optique pour réaliser ainsi des trajets optiques différents, c’est-à-dire des longueurs différentes de trajet optique par des trajets absorbants de longueurs différentes. Par le mouvement du miroir et par des réflexions appropriées sur des surfaces réfléchissantes dans le trajet du faisceau, on modifie de manière efficace la longueur du trajet dans le fluide à détecter. Cela permet de modifier le comportement absorbant ou le comportement de transmission du fluide. Ce comportement absorbant ou de transmission se décrit dans sa forme la plus simple par la loi de Lambert-Beer-Bouguer qui, par exemple pour CO2, en liaison avec de l’air, décrit l’intensité dépendant du trajet optique par la formule suivante :
I(x)=I(0)xe
Dans cette formule
- k(À) représente le coefficient d’extinction du fluide dépendant de la longueur d’onde,
- C représente la concentration du gaz, et
- 1 représente la longueur du trajet absorbant.
A partir de cette relation il apparaît que pour une concentration constante dans le fluide à détecter, on peut produire une modification de la transmission en modifiant le trajet de la lumière dans le fluide. Cela permet d’adapter la résolution du dispositif de capteur optique à la concentration en matière du fluide.
La variabilité du trajet se réalise selon l’invention à l’aide d’un ou plusieurs éléments réfléchissant ou de transmission, mobiles installés dans le trajet du faisceau à l’intérieur du dispositif de capteur optique. Les éléments mobiles permettent soit directement, soit en liaison avec d’autres surfaces de réflexion ou de transmission optique, de régler la longueur du chemin optique dans le fluide. Cela permet de multiples variations pour des applications les plus diverses.
L’invention permet notamment une conception souple pour la mesure du trajet de rayonnement ou du chemin optique d’un dispositif de capteur optique pour mesurer une concentration de fluide ; le chemin optique avec un élément mobile suffit pour transformer les besoins, différents quant à la nature de la matière et à la résolution de la mesure.
Les chemins ou trajets optiques peuvent également être modifiés de manière dynamique à la demande, par exemple en utilisant un filtre linéaire on peut choisir la longueur d’onde par la position correspondante du chemin optique.
L’invention doit également permettre de réaliser des fonctions d’autodiagnostic qui ne sont pas possibles avec des chemins optiques fixes. Pour cela, on utilise la relation non linéaire de la loi de Lambert-Bert-Bouger. Cela permet d’obtenir des points d’appui supplémentaires pour l’autodiagnostic. Le micro-miroir mobile permet une modification rapide et précise du chemin avec les possibilités de calibrage de chemin. En utilisant des surfaces partiellement réfléchissantes ou partiellement transmissibles on pourra avoir en même temps plusieurs chemins optiques.
Selon un développement préférentiel, la chambre à échantillon comporte une première installation de réflecteurs fixes qui réfléchit sur l’installation de détecteur le faisceau de mesure émis par la source de rayonnement et l’installation de déflexion mobile peut diriger le faisceau de mesure sur plusieurs zones de surface, différentes, de la première installation de réflecteurs fixes pour avoir des trajets absorbants différents.
Cela permet de réaliser des chemins optiques continus ou discrets avec une construction très compacte pour de tels chemins différents.
Selon un autre développement préférentiel, la première installation de réflecteur fixe a une surface courbe munie d’un revêtement réfléchissant et elle définit plusieurs zones de surface, différentes ce qui permet de varier en continu les chemins optiques.
Selon un autre développement préférentiel, la surface courbe est formée pour que le faisceau de mesure soit orienté sur l’installation de détecteurs indépendamment de la zone de surface qu’il rencontre ce qui permet de réaliser une installation de détecteurs compacte.
Selon un autre développement préférentiel la première installation de réflecteurs fixes a une surface courbe avec des évidements étagés et des segments courbes interposés sur lesquels se trouve le revêtement réfléchissant et qui réalise les différentes zones de surface. Cela permet de varier les chemins optiques de manière discrète.
Selon un autre développement préférentiel, l’installation de réflecteurs fixes a une cavité et le faisceau de mesure est orienté sur une zone de surface dans la cavité pour une réflexion multiple du faisceau de mesure sur d’autres zones de surface dans la cavité avant que le faisceau de mesure n’arrive sur l’installation de détecteurs. On peut ainsi allonger fortement le chemin optique.
Selon un autre développement préférentiel du dispositif de capteur optique, la chambre à échantillon comporte au moins une seconde installation de réflecteurs fixes et le faisceau de mesure est orienté sur plusieurs zones de surface, différentes, pour avoir des réflexions multiples du faisceau de mesure sur au moins une seconde installation de réflecteurs fixes et sur au moins une autre zone de surface de la première installation de réflecteurs fixes avant que le faisceau de mesure n’arrive sur l’installation de détecteurs. Cela augmente également la longueur du chemine optique tout en conservant la compacité du dispositif.
Selon un autre développement préférentiel, l’installation de déflecteur mobile est dans la chambre à échantillon et l’installation de détecteurs (Dj comporte un réseau de détecteurs que le faisceau de mesure balaie avec l’installation de déflecteur mobile selon plusieurs trajets absorbants différents. On peut ainsi réaliser un réseau de détecteurs sans avoir à augmenter la puissance du faisceau de mesure.
Selon un autre développement préférentiel, on utilise un filtre à longueurs d’ondes sélectives notamment un filtre linéaire variable, muni du réseau de détecteurs. Le micro-miroir mobile permet de résoudre le problème de la répartition de la puissance sur la surface d’un filtre linéaire à longueur d’onde sélective. Dans ce cas, le micromiroir permet de balayer la surface du filtre et ainsi de répartir ponctuellement à la demande, la puissance sans avoir à appliquer la même puissance à toute la surface. En outre, cela permet d’améliorer le balayage du paramètre optique du système et offre de nouvelles options pour la détection de plusieurs propriétés d’un fluide analysé.
Selon un autre développement préférentiel, une seconde installation de réflecteurs fixes entre la source de rayonnement et l’installation de déflexion mobile, cette source regroupant le faisceau de mesure émis par la source de rayonnement sur l’installation de déflexion mobile et permet de regrouper efficacement le faisceau de mesure.
Selon un autre mode de réalisation préférentiel, l’installation de déflexion mobile est une installation à micro-miroir MEMS, ce qui permet de réaliser une installation de déflexion mobile très compacte.
Selon un autre développement préférentiel, la source de rayonnement et l’installation de détecteur se trouve sur un substrat de support séparé de la chambre à échantillon par une fenêtre optique. Ainsi, la source de rayonnement et l’installation de détecteur sont protégées du fluide analysé.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de dispositifs de capteur optique et de leur application à la mesure d’une concentration de fluide, représentés dans les dessins annexés dans lesquels :
les figures la, lb sont des vues en coupe schématique d’un premier mode de réalisation d’un dispositif de capteur optique selon l’invention, la figure 2 est une vue en coupe schématique d’un second mode de réalisation d’un dispositif de capteur optique selon l’invention, la figure 3 est une vue en coupe schématique d’un troisième mode de réalisation d’un dispositif de capteur optique selon l’invention, la figure 4 est une vue en coupe schématique d’un quatrième mode de réalisation d’un dispositif de capteur optique selon l’invention, la figure 5 est une vue en coupe schématique d’un cinquième mode de réalisation d’un dispositif de capteur optique selon l’invention, la figure 6 est une vue en coupe schématique pour la description d’un exemple de dispositif de capteur optique.
Description de modes de réalisation
Les figures la, lb sont des vues en coupe schématiques d’un premier mode de réalisation d’un dispositif de capteur optique selon l’invention, montrant différents réglages de l’installation de déflexion commandée de manière mobile.
Aux figures la, lb, la référence 1 désigne de façon générale un dispositif de capteur optique servant à mesurer une concentration de fluide, par exemple, une concentration de gaz CO2. Le fluide analysé qui est ici du gaz CO2 se trouve dans une chambre à échantillon PB au moins partiellement fermée comme cela est indiqué par une ligne de contour en trait interrompu.
Une source de rayonnement Q, par exemple une source de rayonnement laser et une installation de détecteur D sont installées sur un substrat de support S séparé par une fenêtre optique F de la chambre à échantillon PB.
La source de rayonnement Q émet un faisceau de mesure dans la chambre à échantillon PB et l’installation de détecteur D sert à détecter le faisceau de mesure après sa traversée de la chambre à échantillon PB.
Une installation de réflecteur sous la forme d’un miroir fixe SI est placée entre la source de rayonnement Q et une installation de déflexion mobile MS sous la forme d’un micro-miroir MEMS. Cette installation de réflecteur regroupe le faisceau de mesure émis par la source de rayonnement Q sur l’installation de déflexion MS. Le substrat S comporte également l’installation de déflexion MS, mobile commandée par une installation d’entraînement MA. Cette installation de déflexion dévie le faisceau de mesure à travers une zone d’entrée EF de la fenêtre optique F dans la chambre à échantillon PB. La chambre à échantillon PB comporte une installation de réflecteur R, fixe, qui réfléchit le faisceau de mesure sur l’installation de détecteurs D ; le faisceau de mesure quitte la chambre à échantillon par la zone de sortie AF de la fenêtre optique.
La référence AS1 désigne un trajet absorbant entre la zone d’entrée EF et la zone de sortie AF ; l’énergie du faisceau de mesure peut être absorbée sur ce trajet par le fluide analysé. Le trajet absorbant AS1 correspond à une première position de l’installation de déflexion mobile commandée MS. A la figure lb on a représenté une seconde position de l’installation de déflexion commandée mobile MS ; le faisceau de mesure passe alors par la zone d’entrée EF’ dans la chambre à échantillon PB et après réflexion sur l’installation de réflecteur fixe R, le faisceau arrive à travers la zone de sortie AF’ sur l’installation de détecteur D.
L’installation de réflecteur fixe R a une surface courbe munie d’un revêtement réfléchissant RB. L’installation de déflexion de faisceau MS, mobile, commandée, permet de balayer la surface courbe munie de la couche réfléchissante RB ; la courbure de la surface du trajet absorbant est variable, ce qui est représenté schématiquement par le trajet absorbant AS1 à la figure la et le trajet absorbant AS 1’ à la figure lb.
Le faisceau de mesure arrive notamment selon la figure la sur une première zone de surface 01 du revêtement réfléchissant RB alors que selon la figure lb le faisceau de mesure arrive sur une seconde zone de surface 02 de la couche réfléchissante RB.
La courbure de la surface de l’installation de réflecteur R est conçue pour que le faisceau de mesure soit dirigé vers l’installation de détecteur D indépendamment de la zone de surface 01, 02 qu’il rencontre.
Comme cela apparaît à la figure la et à la figure lb, le trajet absorbant AS1 est plus long que le trajet absorbant AS1’. Ce premier mode de réalisation convient tout particulièrement pour être utilisé par une source de rayonnement Q constituée par une source de rayonnement MEMS ou un laser, l’angle d’ouverture étant de manière caractéristique, inférieur à 20°.
La courbure de l’installation de réflecteur fixe SI et de l’installation de déflexion commandée, mobile MS peut être choisie pour regrouper aussi efficacement que possible, la puissance optique du faisceau de mesure.
Le fonctionnement du dispositif de capteur optique 1 peut être statique pour différents points de mesure discrets ou dynamique pour un balayage continu de la surface courbe, par exemple, en mode résonnant de l’installation de déflexion commandée, mobile MS sous la forme d’un micro-miroir.
L’exploitation du comportement absorbant se fait soit dans une installation d’exploitation (non représentée) qui équipe, par exemple, l’installation de détecteur soit sous la forme d’un composant distinct.
La figure 2 est une vue en coupe schématique servant à décrire un second mode de réalisation d’un dispositif de capteur selon la présente invention.
Le second mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation par la réalisation différente de l’installation de réflecteur fixe R’ dans la chambre à échantillon PB. Le dispositif de capteur optique porte ici la référence la.
L’installation de réflecteurs fixes R’ de ce second mode de réalisation a une surface courbe avec quatre évidements en gradins Al, A2, A3, A4 ; deux évidements sont chaque fois séparés par un segment courbe. Au moins l’un des segments courbes comporte le revêtement réfléchissant RB. Les segments courbes fixes des zones de surface 01’, 02’, 03’, 04’ reçoivent le faisceau de mesure par l’installation de déflexion commandée mobile MS sous la forme d’un micro-miroir MEMS. On a ainsi différents chemins absorbants AS2, AS2’, AS2”, AS2’” qui sont séparés les uns des autres. Lorsque le faisceau de mesure arrive sur une zone des évidements Al, A2, A3, A4, il n’est pas réfléchi ou du moins il n’est pas réfléchi vers l’installation de détecteur D comme cela est représenté schématiquement par le faisceau déviant FS.
ίο
Ainsi, le fonctionnement du second mode de réalisation du dispositif de capteur optique la selon la figure 2 correspond de préférence à un mode de fonctionnement quasi statique et non à un mode par balayage.
Comme dans le premier mode de réalisation on obtient ainsi des trajets absorbants AS2, AS2’, AS2”, AS2’” qui ont chacun une longueur différente.
La figure 3 est une vue en coupe schématique d’un troisième mode de réalisation du dispositif de capteur optique selon l’invention.
Le troisième mode de réalisation comporte un dispositif de capteur optique portant la référence lb ; il se distingue du premier et du second mode de réalisation par la construction de l’installation de réflecteur fixe R”.
Dans ce mode de réalisation, le faisceau de mesure peut d’une part être orienté sur les segments courbes comme dans le second mode de réalisation et d’autre part, il peut être orienté sur une zone de surface 02” située dans une cavité H de l’installation de réflecteur R”.
La zone courbe correspondant au premier trajet absorbant AS3 porte la référence 01
Le trajet absorbant AS3’ passe sur la zone de surface 02” située dans la cavité H. Partant de la zone de surface 02”, le faisceau de mesure subit une réflexion multiple sur d’autres zones de surface 02”a, 02”b, 02”c dans la cavité H avant d’arriver sur l’installation de détecteur D à travers la sortie AF’.
Ce mode de réalisation permet de combiner des trajets absorbants AS3 courts et des trajets absorbants AS3’ longs. Cette combinaison est avantageuse pour des capteurs de gaz pour mesurer une concentration élevée et une concentration basse en gaz avec une grande précision et une grande résolution. Cette fonction est entre autre nécessaire pour un capteur de gaz CO2 qui s’utilise à la fois pour des fonctions de sécurité telles que la détection de fuite ou d’incendie (plage de mesure allant jusqu’à 100% de gaz CO2) et en même temps pour une fonction de confort (plage de mesure comprise entre 0 et 0,2% de gaz CO2.
La figure 4 est une vue en coupe schématique d’un quatrième mode de réalisation d’un dispositif de capteur optique selon l’invention.
Dans ce quatrième mode de réalisation de l’installation de capteur qui porte de façon globale la référence le, l’installation de réflecteurs fixes R’” correspond dans sa construction à l’installation de réflecteurs fixes R’ du second mode de réalisation mais la conduite du faisceau de mesure est différente.
Dans le quatrième mode de réalisation on a une autre installation de réflecteurs fixes sous la forme de deux miroirs plans S2, S3 dans la fenêtre optique F entre le substrat de support S et la chambre à échantillon PB. Le faisceau de mesure est orienté sur les zones de surface 01’”, 02’”, etc. de l’installation de réflecteurs fixes R’” de façon à réaliser une réflexion multiple du faisceau de mesure sur l’installation de réflecteurs fixes S2, S3 sous la forme des miroirs et sur au moins une autre zone de surface Ol”’a ou O2”’a avant que le faisceau de mesure n’arrive sur l’installation de détecteur D à travers la zone de sortie AF ou AF’.
Les trajets absorbants AS4 et AS4’ de longueurs différentes correspondent aux zones de surface 01”’ et 02”’ de l’installation de réflecteurs fixes R’”. Dans ce troisième mode de réalisation on réalise le trajet absorbant d’une manière plus efficace par la réflexion multiple ; par exemple, on pourra mieux utiliser la distance entre l’installation de détecteur D et la source de rayonnement Q tout en réduisant les dimensions globales du dispositif de capteur le. En outre, ces installations de réflecteurs supplémentaires SI, S2 peuvent servir à améliore la conduite du faisceau optique. Pour cela, on pourra agir sur les installations de réflecteurs SI, S2 par leur dimension, leur courbure, leur facette et autre pour corriger d’éventuels défauts optiques.
La figure 5 est une vue en coupe schématique d’un cinquième mode de réalisation du dispositif de capteur optique selon l’invention.
Dans ce cinquième mode de réalisation dont le dispositif de capteur optique porte la référence ld, l’installation de déflexion mobile MS’ se présente sous la forme d’un micro-miroir équipé d’une ins3065077 tallation d’entraînement MA’ dans la chambre à échantillon sur un socle SR. Le faisceau de mesure arrive ici directement à travers la zone d’entrée EF de la fenêtre optique F de la source sur l’installation de déflexion mobile MS’ qui, selon le réglage de cette installation de déflexion MS’, dirige le faisceau sur l’installation de détecteurs D’. L’installation de détecteurs D’ comporte un réseau de détecteurs, composé d’un ensemble de pixels de détection permettant une détection avec résolution locale. La référence AS5 désigne un premier chemin absorbant selon le premier réglage de l’installation de déflexion mobile MS’ ; AS5’ désigne un second trajet absorbant selon un autre réglage de l’installation de déflexion mobile AS’. Un filtre sélectif en longueur d’onde F notamment un filtre variable est installé sur le réseau de détecteurs permettant non seulement une résolution de lieu mais également une résolution de longueur d’onde. Ce dispositif de capteur optique ld permet de mesurer une propriété de fluide de manière dynamique et selon les nécessités. La puissance de la source de rayonnement Q n’est répartie que sur une zone sélective, limitée et non pas de manière statique sur l’ensemble du réseau de détecteur.
En plus, dans ce mode de réalisation on peut avoir des options d’auto-diagnostique, par exemple en se référant à une longueur d’onde par la sélection d’une certaine plage de référence dans laquelle on commande un certain emplacement du réseau de détecteurs ou du filtre F.
Bien que la présente invention soit décrite complètement ci-dessus à l’aide d’exemples de réalisation préférentiels, elle n’est pas limitée à cette description.
Bien que dans les formes de réalisation décrites cidessus, la source de rayonnement et l’installation de détecteurs soient représentées comme étant sur le substrat de support, dans le cas de certaines applications ce ou ces composants peuvent également se trouver dans la chambre à échantillon.
Enfin, bien que dans les modes de réalisation ci-dessus, la description porte sur un capteur de gaz CO2, l’invention n’est pas limitée à cette application mais peut s’utiliser pour des capteurs pour n’importe quel fluide ou des capteurs multi-fluides ; l’expression fluide désigne non seulement des gaz mais également des liquides. On peut également envisager l’utilisation pour des additifs solides qui peuvent être mesurés par un procédé de transmission.
Enfin, la géométrie de l’installation de réflecteur n’est 5 présentée qu’à titre d’exemple et peut être modifiée de manière quelconque de même que le nombre et la réalisation d’autres composants de rayonnement.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX (limitée aux principaux éléments ; dans cette nomenclature selon le cas seule une référence sera présentée par groupe d’éléments ou de moyens portant la même référence générale sans suffixe ou prime)
Dispositif de capteur optique
A Evidement étagé
AF Zone de sortie
AS Trajet absorbant
D Installation de détecteur(s)
EF Zone d’entrée
F Fenêtre optique
FS Faisceau défectueux
H Cavité
MA Installation de commande
MS Installation de déflexion
O Zone de surface
PB Chambre à échantillon
Q Source de rayonnement
R Installation de réflecteur(s)
RB Revêtement réfléchissant
S Support de substrat / installation de réflecteur fixe / miroir(s) SR Socle
Claims (15)
- REVENDICATIONS1°) Dispositif de capteur optique (1 ; la; lb; le; ld) pour mesurer la concentration d’un fluide comprenant :au moins une chambre à échantillon (PB) au moins partiellement fermée pour recevoir un fluide à analyser, une source de rayonnement (Q) pour émettre un faisceau de mesure dans la chambre à échantillon (PB) et une installation de détecteurs (D ; Dj pour détecter le faisceau de mesure ayant traversé la chambre à échantillon (PB), et une installation de déflexion (MS, MS’) mobile, commandée, placée entre la source de rayonnement (Q) et l’installation de détecteurs (D, Dj, cette installation de déflexion déviant le faisceau de mesure pour qu’il parcoure différents trajets absorbant (AS1, AS1', AS2-AS2'; AS3, AS3'; AS4, AS4j (AS5, AS5j dans la chambre à échantillon (PB).
- 2°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre à échantillon (PB) comporte une première installation de réflecteurs fixes (R; R'; R; Rj qui réfléchit sur l’installation de détecteur (D) le faisceau de mesure émis par la source de rayonnement (Q), et l’installation de déflecteur mobile (MS) peut diriger le faisceau de mesure sur plusieurs zones de surface différentes (01, 02; ΟΓ-Ο4'; 01, 02; ΟΓ, 02j de la première installation de réflecteurs fixes (R) pour avoir des trajets absorbants différents (AS1, AS1', AS2-AS2'; AS3, AS3'; AS4, AS4' ; AS5, AS5j.
- 3°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première installation de réflecteur définit (R ; Rj a une surface courbe munie d’un revêtement réfléchissant (RB) et elle définit plusieurs zones de surface (01, 02) différentes.
- 4°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface courbe est conçue pour que le faisceau de mesure soit orienté sur l’installation de détecteur (D) indépendamment de la zone de surface (01, 02; ΟΓ-Ο4'; 01, 02; 01', 02').
- 5°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première installation de réflecteurs fixes (R’) a une surface courbe avec des évidements étagés (Al-A4) et des segments courbes intermédiaires sur lesquels se trouve le revêtement réfléchissant (RB) et qui définit les différentes zones de surface (Ol’-O4j.
- 6°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon la revendication 3 ou 5, caractérisé en ce que l’installation de réflecteurs fixes (R”) a une cavité (H) et le faisceau de mesure est orienté sur une zone de surface (02”) dans la cavité (H) pour une réflexion multiple du faisceau de mesure sur d’autres zones de surface (02 ”a, 02 ”b, 02 ”c) dans la cavité (H) avant que le faisceau de mesure n’arrive sur l’installation de détecteur (D).
- 7°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon l’une des revendications 3, 6 ou 7, caractérisé en ce que la chambre à échantillon (PB) comporte au moins une seconde installation de réflecteurs fixes (S2, S3) et le faisceau de mesure est orienté sur plusieurs zones de surface (01”’, 02”’) différentes, pour avoir des réflexions multiples du faisceau de mesure sur au moins une seconde installation de réflecteurs fixes (S2, S3) et sur au moins une autre zone de surface (01”’a, 02”’a) de la première installation de réflecteurs fixes (R, R’, R”, R’”) avant que le faisceau de mesure n’arrive sur l’installation de détecteur (D).
- 8°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’installation de déflexion mobile (MS’) est installée dans la chambre à échantillon (PB) et l’installation de détecteurs (Dj comporte un réseau de détecteurs que le faisceau de mesure peut balayer avec l’installation de déflecteur mobile (MS ; MS’) selon plusieurs trajets absorbants différents (AS5, AS5j.
- 9°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon la revendication 8, caractérisé par un filtre à longueur d’onde sélective (F) notamment un filtre linéaire variable, est installé sur le réseau de détecteurs.
- 10°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé par une seconde installation de réflecteur fixe (SI) entre la source de rayonnement (Q) et l’installation de déflecteurs mobile (MS), cette source regroupant le faisceau de mesure émis par la source de rayonnement (Q) sur l’installation de déflexion mobile (MS).
- 11°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’installation de déflecteur mobile (MS ; MS’) est une installation à micro-miroirs (MEMS).
- 12°) Dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de rayonnement (Q) et l’installation de détecteurs (D, Dj sont sur un substrat de support (S) séparé de la chambre à échantillon (PB) par une fenêtre optique (F).
- 13°) Application d’un dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que l’installation de déflecteur mobile (MS ; MS’) est commandée pour que le 5 faisceau de mesure traverse de manière dynamique les différents trajets absorbants (AS1, AS1', AS2-AS2'; AS3, AS3'; AS4, AS4', AS5, AS5').
- 14°) Application d’un dispositif de capteur optique (1 ; la ; lb ; le ; ld) selon la revendication 13, io caractérisée en ce que l’installation de déflexion mobile (MS ; MS’) comporte une installation à micro-miroir (MEMS) entraînée par résonance.
- 15°) Application d’un dispositif de capteur optique (1 ; la; lb; le; ld) 15 selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que l’installation de détecteurs (Dj utilise un réseau de détecteurs balayé par le faisceau de mesure à l’aide de l’installation de déflexion mobile (MS, MS’) selon plusieurs trajets absorbants différents (AS5, AS5j.1/42/43/4
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017205974.5A DE102017205974A1 (de) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Optische Sensorvorrichtung zum Messen einer Fluidkonzentration und Verwendung der optischen Sensorvorrichtung |
DE102017205974.5 | 2017-04-07 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3065077A1 true FR3065077A1 (fr) | 2018-10-12 |
FR3065077B1 FR3065077B1 (fr) | 2022-03-18 |
Family
ID=63587553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR1852952A Active FR3065077B1 (fr) | 2017-04-07 | 2018-04-05 | Dispositif de capteur optique pour mesurer une concentration de fluide et application d'un tel dispositif |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017205974A1 (fr) |
FR (1) | FR3065077B1 (fr) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024059866A3 (fr) * | 2022-09-17 | 2024-04-25 | Gouramanis Dean G | Système de mesure autonome pour effectuer des mesures de concentration dans un flux de fluide |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3767276A1 (fr) | 2019-07-19 | 2021-01-20 | Sensirion AG | Capteur de carbone organique total avec un photodétecteur sensible aux uv comprenant une couche de conversion déscendante |
DE102019122096A1 (de) * | 2019-08-16 | 2021-02-18 | Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg | Optochemischer Sensor und Verfahren |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997015817A1 (fr) * | 1995-10-20 | 1997-05-01 | Orbisphere Laboratories Neuchatel S.A. | Cellule multipassages et procede d'analyse |
WO2005045404A1 (fr) | 2003-10-29 | 2005-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Capteur de gaz infrarouge |
DE10360215A1 (de) | 2003-12-20 | 2005-07-28 | Robert Bosch Gmbh | Gassensor |
DE102004044145B3 (de) | 2004-09-13 | 2006-04-13 | Robert Bosch Gmbh | Reflektormodul für einen photometrischen Gassensor |
DE102006033928A1 (de) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Robert Bosch Gmbh | Sensoranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung |
US20130003045A1 (en) * | 2010-02-09 | 2013-01-03 | Steven Wilkins | Optical absorption spectroscopy with multi-pass cell with adjustable optical path length |
US20130188170A1 (en) * | 2010-06-03 | 2013-07-25 | Duvas Technologies Limited | Optical absorption spectroscopy |
US20130258315A1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | Infineon Technologies Ag | Device for Determination of Gas Concentration |
US9274048B2 (en) * | 2010-02-16 | 2016-03-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | Gas concentration calculation device and gas concentration measurement module |
US20160178508A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | Robert Bosch Gmbh | Method, Device and Sensor for Determining an Absorption Behavior of a Medium |
DE102015212870A1 (de) | 2015-07-09 | 2017-01-12 | Robert Bosch Gmbh | Sensorvorrichtung zum Messen einer Fluidkonzentration und Verwendung der Sensorvorrichtung |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011082466B3 (de) * | 2011-09-09 | 2012-10-31 | Siemens Ag | Laserspektrometer |
-
2017
- 2017-04-07 DE DE102017205974.5A patent/DE102017205974A1/de not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-04-05 FR FR1852952A patent/FR3065077B1/fr active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997015817A1 (fr) * | 1995-10-20 | 1997-05-01 | Orbisphere Laboratories Neuchatel S.A. | Cellule multipassages et procede d'analyse |
WO2005045404A1 (fr) | 2003-10-29 | 2005-05-19 | Robert Bosch Gmbh | Capteur de gaz infrarouge |
DE10360215A1 (de) | 2003-12-20 | 2005-07-28 | Robert Bosch Gmbh | Gassensor |
DE102004044145B3 (de) | 2004-09-13 | 2006-04-13 | Robert Bosch Gmbh | Reflektormodul für einen photometrischen Gassensor |
DE102006033928A1 (de) * | 2006-07-21 | 2008-01-24 | Robert Bosch Gmbh | Sensoranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Sensoranordnung |
US20130003045A1 (en) * | 2010-02-09 | 2013-01-03 | Steven Wilkins | Optical absorption spectroscopy with multi-pass cell with adjustable optical path length |
US9274048B2 (en) * | 2010-02-16 | 2016-03-01 | Hamamatsu Photonics K.K. | Gas concentration calculation device and gas concentration measurement module |
US20130188170A1 (en) * | 2010-06-03 | 2013-07-25 | Duvas Technologies Limited | Optical absorption spectroscopy |
US20130258315A1 (en) * | 2012-03-27 | 2013-10-03 | Infineon Technologies Ag | Device for Determination of Gas Concentration |
US20160178508A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | Robert Bosch Gmbh | Method, Device and Sensor for Determining an Absorption Behavior of a Medium |
DE102015212870A1 (de) | 2015-07-09 | 2017-01-12 | Robert Bosch Gmbh | Sensorvorrichtung zum Messen einer Fluidkonzentration und Verwendung der Sensorvorrichtung |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024059866A3 (fr) * | 2022-09-17 | 2024-04-25 | Gouramanis Dean G | Système de mesure autonome pour effectuer des mesures de concentration dans un flux de fluide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3065077B1 (fr) | 2022-03-18 |
DE102017205974A1 (de) | 2018-10-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6371706B2 (ja) | ヘテロダイン検波システムおよび方法 | |
CN111356909A (zh) | 用于使用扫描照明器及光学传感器进行多光谱成像及气体检测的系统及方法 | |
US8742353B2 (en) | Single terahertz wave time-waveform measuring device | |
EP2734884B1 (fr) | Dispositif optique d'éclairage conoscopique a cone creux pour microscope optique et procédé de microscopie optique en conoscopie | |
EP2741310B1 (fr) | Système de détection de cathodoluminescence optimisant la collection du signal, la résolution spectrale et la conservation de la brillance, et microscope mettant en oeuvre un tel système | |
CN107132029B (zh) | 一种同时测量高反射/高透射光学元件的反射率、透过率、散射损耗和吸收损耗的方法 | |
FR3065077A1 (fr) | Dispositif de capteur optique pour mesurer une concentration de fluide et application d'un tel dispositif | |
EP2577706B1 (fr) | Systeme de detection de cathodoluminescence souple et microscope mettant en oeuvre un tel systeme | |
FR3088720A1 (fr) | Sonde adaptée pour la mesure de la composition d'un gaz comburant | |
EP2649431B1 (fr) | Systeme et procede d'imagerie multitechniques pour l'analyse chimique, biologique ou biochiimique d'un echantillon. | |
FR2681941A1 (fr) | Dispositif de spectrometrie dispersive a filtrage de bande spectrale. | |
FR2941529A1 (fr) | Unite d'excitation lumineuse d'un echantillon et de collection de la lumiere emise par ledit echantillon excite | |
FR2865545A1 (fr) | Lidar compact | |
EP4034851B1 (fr) | Appareil de mesure de spectre raman et procédé correspondant | |
FR3051250A1 (fr) | Resonateur optique pour un dispositif de capteur servant a detecter un fluide et dispositif de capteur pour sa mise en œuvre ainsi que procede de detection | |
US11092727B2 (en) | High-resolution single photodiode spectrometer using a narrowband optical filter | |
FR2671872A1 (fr) | Spectrophotometre portatif pour l'etude in situ du spectre d'absorption d'une substance. | |
FR3013118A1 (fr) | Spectrophotometre hyperspectral large bande pour analyser un objet dans le domaine fluorescent | |
EP3781902B1 (fr) | Dispositif de mesure pour déterminer l'épaisseur d'une couche d'un matériau | |
FR3074308A1 (fr) | Module optique pour telemetre laser monostatique ou quasi-monostatique | |
EP2021771B1 (fr) | Dispositif et procede de mesure permettant de caracteriser des surfaces par reflectometrie | |
CZ307169B6 (cs) | Kompaktní systém pro charakterizaci spektra a profilu intenzity svazku krátkovlnného záření | |
EP3491396B1 (fr) | Dispositif d'analyse volumetrique d'un echantillon organique ou inorganique | |
WO2023012590A1 (fr) | Système de diffusion de rayleigh interférométrique unidimensionnel utilisant un réseau à commande de phase virtuellement imagé | |
WO2024002965A1 (fr) | Système de détermination de l'atténuation d'une onde lumineuse traversant un volume d'échantillonnage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20200424 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |