FR3075961A1 - Installation d'analyse des gaz - Google Patents
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Abstract
Installation d'analyse de gaz qui comprend une unité d'émission de lumière laser, une unité (41) de réception de lumière laser, une unité d'actionnement pour modifier une longueur du chemin optique de la lumière en déplaçant un élément optique et une unité de calcul pour calculer une concentration de gaz sur la base de signaux détectés par l'unité de réception de la lumière dans deux états où l'élément optique est en des positions différentes de n/2 fois une longueur d'onde de la lumière.
Description
Description
Titre de l’invention : INSTALLATION D’ANALYSE DES GAZ
1. DOMAINE TECHNIQUE
[0001] La présente invention se rapporte à une installation d'analyse des gaz.
[0002] 2, TECHNIQUE APPARENTEE
[0003] On connaît des installations d'analyse des gaz pour mesurer une concentration de gaz en utilisant une spectroscopie laser d'absorption. Dans l'installation d'analyse des gaz, il est prévu une pluralités d’éléments optiques dans un chemin de la lumière entre l'unité formant source de lumière et l'unité de réception de lumière, qui prennent en sandwich l'atmosphère à mesurer. La cohérence de la lumière laser provoque de la lumière d'interférence en raison de multiples réflexions de lumière entre les éléments optiques. La lumière d'interférence se superpose à la lumière à mesurer sous la forme d'un bruit d'interférence. Pour diminuer l'apparition de la lumière d'interférence, on connaît une technologie consistant à déplacer finement la lentille de condensation aléatoirement dans la direction de l'axe optique (voir document de brevet 1, par exemple). Mais, il est difficile de réduire l'interférence seulement en déplaçant finement la lentille de condensation, etc. aléatoirement.
[0004] Document de brevet 1 : publication de la demande de brevet Japonais n° 2008-70314 [0005] Dans des installations d'analyse des gaz, il vaut mieux réduire les bruits d'interférence.
RESUME
[0006] La première facette de la présente invention procure une installation d'analyse des gaz. L'installation d'analyse des gaz peut analyser des constituants inclus dans du gaz faisant l'objet d’une mesure. L'installation d'analyse des gaz peut comprendre une unité d'émission de lumière. L'unité d’émission de lumière peut envoyer de la lumière laser au gaz faisant l'objet, d'une mesure. L'installation d'analyse des gaz peut comprendre une unité de réception de lumière. L’unité de réception de lumière peut recevoir de la lumière laser, qui est passée dans le gaz faisant l'objet d’une mesure. L'installation d'analyse des gaz peut comprendre une unité d'actionnement. L’unité d'actionnement peut modifier la longueur du chemin optique de la lumière laser en déplaçant au moins un élément optique. Les éléments optiques peuvent être disposés dans le chemin de la lumière où passe la lumière laser. L'installation d'analyse des gaz peut comprendre une unité de calcul. L'unité de calcul peut calculer une concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure sur la base des signaux détectés par l'unité de réception de lumière dans deux états où les éléments optiques sont dans des positions différentes de n/2 fois la longueur d'onde de la lumière laser (n étant un nombre entier).
[0007] L'unité d'émission de la lumière peut avoir un élément d'émission de lumière. L'unité de réception de lumière peut avoir un élément de réception de lumière. L'unité d'actionnement peut déplacer au moins l'un d'élément d’émission de lumière et de l'élément de réception de lumière.
[0008] [006] l’unité d'actionnement peut déplacer l'élément optique d'une amplitude de n/2 fois une longueur d'onde de la lumière laser.
[0009] L’unité de réception de lumière peut mesurer une intensité de la lumière laser, en synchronisation avec une durée dans laquelle l'unité d'actionnement déplace l'élément optique.
[0010] L'unité d'émission de lumière peut avoir une pluralité d'éléments d'émission de lumière ayant des longueurs d'onde d’émission de lumière différentes. L'unité d'actionnement peut déplacer l'élément de réception de lumière.
[0011] L’unité d'émission de lumière peut choisir n'importe lequel des éléments d'émission de lumière pour émettre de la lumière. L'unité d'actionnement peut déplacer l'élément de réception de lumière d'une amplitude correspondant à une longueur d’onde d'émission de lumière de l'élément d'émission de lumière, qui émet de la lumière.
[0012] L'unité d'émission de lumière peut choisir séquentiellement les éléments d'émission de lumière pour émettre de la lumière. L'unité d'actionnement peut déplacer séquentiellement les éléments de réception de lumière en des positions correspondant à une longueur d'onde d'émission de lumière de l'élément d'émission de lumière, qui émet de la lumière.
[0013] L'unité d'émission de lumière peut avoir, en outre, une partie de rayonnement de la chaleur pour faire rayonner de la chaleur de l'élément d'émission de lumière. L'unité d'actionnement peut déplacer l’élément de réception de lumière.
[0014] L'unité d'émission de lumière peut avoir une partie faisant rayonner de la chaleur pour faire rayonner la chaleur de l'élément d'émission de lumière et une partie de liaison, qui relie thermiquement l'élément d'émission de lumière et la partie faisant rayonner de la chaleur, sans fixer une position relative entre l’élément d'émission de lumière et la partie faisant rayonner de la chaleur. L'unité d’actionnement peut déplacer l'élément d'émission de lumière.
[0015] L'unité de réception de lumière peut avoir, en outre, une plaquette de circuit imprimé où un amplificateur est prévu pour amplifier un signal de sortie de l’élément de réception de lumière. L'unité d'actionnement peut déplacer l'élément de réception de lumière et la plaquette à circuit imprimé.
[0016] L’unité d'actionnement peut commander une forme d'onde de vibration indiquant une position vers laquelle l'élément optique est déplacé, par une onde triangulaire.
[0017] L’unité d'actionnement peut commander une forme d’onde de vibration indiquant une position vers laquelle l'élément optique est déplacé, par une onde rectangulaire.
[0018] La clause récapitulative ne décrit pas nécessairement toutes les caractéristiques né-
cessâmes du mode de réalisation de la présente invention. La présente invention peut consister aussi en une sous-combinaison des caractéristiques décrites ci-dessus. DESCRIPTION SUCCINCTE DES DESSINS
[0019] La figure 1 est une vue en coupe illustrant une configuration schématique de l'installation 100 d'analyse des gaz suivant le premier mode de réalisation de la présente invention.
[0020] La figure 2 est une vue en coupe illustrant une unité 30 d'émission de lumière à titre d'exemple.
[0021] La figure 3 est une vue en coupe illustrant une unité 40 de réception de lumière à titre d'exemple.
[00221 La figure 4 est un schéma illustrant une unité 32 formant source de lumière laser à titre d'exemple.
[0023] La figure 5 est un graphique illustrant un graphique de forme d'onde à titre d'exemple d'un signal de commande de balayage, [0024] La figure 6 est un graphique de forme d'onde à titre d'exemple d'un signal modulé, qui est sorti d’une unité produisant un signal de modulation harmonique.
[0025] La figure 7 est un graphique de forme d'onde à titre d'exemple d'un signal de commande laser, qui est sorti d'une unité de commande du courant.
[0026] La figure 8 est un schéma illustrant une configuration schématique d'une unité 60 de traitement du signal de réception de lumière.
[0027] La figure 9 est un graphique illustrant des exemples d'un signal de réception de lumière, d'un signal de sortie d'un circuit de détection de synchronisation et d'un signal de déclenchement.
[0028] La figure 10 représente une forme d'onde de vibration à titre d’exemple par une unité d'actionnement.
[0029] La figure 11 représente une autre forme d'onde de vibration à titre d'exemple par l’unité d'actionnement.
[0030] La figure 12 représente une autre forme d'onde de vibration à titre d'exemple par l'unité d'actionnement.
[0031] La figure 13 représente une autre forme d'onde de vibration à titre d’exemple par l'unité d'actionnement.
[0032] La figure 14 représente des exemples d'une forme d'onde de mesure et d'une forme d'onde, dont on a fait la moyenne, lorsqu'un élément 41 de réception de la lumière est déplacé vers la position de + 1/4 dans le présent mode de réalisation.
[0033] La figure 15 est une vue en coupe illustrant une configuration schématique d'une installation 100 dans l'analyse des gaz suivant le deuxième mode de réalisation de la présente invention.
[0034] La figure 16 représente une forme d'onde de vibration à titre d’exemple par une unité d'actionnement.
[0035] La figure 17 est un organigramme illustrant les traitements effectués par l'installation d'analyse des gaz. suivant le présent mode de réalisation.
[0036] DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION A TITRE D'EXEMPLE [0037] On décrira ci-après un (certains) mode(s) de réalisation de la présente invention. Le mode de réalisation ou les modes de réalisation ne limitent pas l'invention et toutes les combinaisons des caractéristiques décrites dans le mode de réalisation ou. les modes de réalisation ne sont pas nécessairement essentiels aux moyens prévus par des aspects de l'invention.
[0038] La figure 1 est une vue en coupe illustrant une configuration schématique d'une installation 100 d'analyse des gaz suivant le premier mode de réalisation de la présente invention, L'installation 100 d’analyse des gaz analyse des constituants inclus dans le gaz faisant l’objet d'une mesure. Dans le présent exemple, l'installation 100 d’analyse des gaz mesure une concentration de gaz cible du gaz faisant l'objet d'une mesure inclus dans le courant de gaz passant dans un conduit 10 de fumée. L'installation 100 d'analyse des gaz peut être une installation de mesure de la concentration de gaz utilisant une exposition à de la lumière laser. Les procédés de mesure de l'installation 100 d'analyse des gaz ne sont pas limités. C'est ainsi, par exemple, que les procédés de mesure à employer incluent la spectroscopie par absorption laser à diode accordable (procédé TDLAS) utilisant l'absorption de la lumière 1 laser.
[0039] A la figure 1, le conduit 10 de fumée forme un canal d'écoulement où passe du gaz. Dans l'exemple présent, l'espace à l'intérieur du conduit 10 est un espace 11 pour l'objet à mesurer. Le conduit 10 peut être un conduit d’écoulement d'un gaz d'échappement ou d'une chaudière ou d'un four de combustion. La chaudière et le four de combustion peuvent brûler du charbon, de l'huile lourde ou des ordures. Ici, le conduit 10 n'est pas limité à un canal d'écoulement de gaz. Le conduit 10 dans le présent mémoire doit seulement être un dispositif comprenant un espace intérieur où du gaz, faisant l’objet d'une mesure, passe et ce peut être une grande diversité de types de dispositifs tels qu'un récipient, une cheminée, un tuyau d'échappement, une installation de dénitrification, une usine chimique, une aciérie et un four.
[0040] Dans l'exemple présent, l'installation 100 d'analyse des gaz comprend une bride 21 du côté de l'émission de la lumière, une bride 22 du côté de la réception de la lumière, une unité 30 d'émission de lumière et une unité 40 de réception de la lumière. La bride 21 du côté de l'émission de la lumière et la bride 22 du côté de la réception de la lumière ont des formes cylindriques, en ayant leurs deux extrémités ouvertes. Dans le présent mémoire, une direction d’axe optique de la lumière 1 laser émise par l'unité 30 d'émission de lumière est considérée comme étant la direction de l'axe X. La direction longitudinale du conduit 10 est considérée comme une direction de Taxe Z. Une direction orthogonale à la direction de l'axe X à la direction de Taxe Z est considérée comme une direction de l'axe Y.
[0041] La bride 21 du côté de l'émission de lumière est fixée à une partie 12 de paroi, de manière à passer dans une ouverture 14 prévue sur ia partie 12 de paroi du conduit 10, D'autre part, la bride 22 de réception de lumière est fixée à la partie 12 de paroi, de manière à passer dans l'ouverture prévue sur la partie 12 de paroi en une position opposée à la bride 21 du côté de l'émission de lumière, en ayant le conduit 10 entre elles. La bride 21 du côté de l’émission de lumière et la bride 22 du côté de la réception de lumière sont fixées, par exemple, à la partie 12 de paroi du conduit par soudage, etc. La bride 21 du côté de l'émission de lumière et la bride 22 du côté de la réception de lumière peuvent être en matériau métallique tel qu'en acier inoxydable.
[0042] L’unité 30 d'émission de lumière envole de la lumière 1 laser au gaz faisant l'objet d'une mesure. Dans l'exemple présent, l'unité 30 d'émission de lumière envoie de la lumière 1 laser, par l'ouverture 14 de la partie 12 de paroi du conduit 10, en direction de l'espace 11 faisant l'objet d'une mesure. L'unité 30 d'émission de lumière peut comprendre une unité 32 formant source de lumière laser incluant un élément 31 d'émission de lumière laser. L'unité 30 d'émission de lumière comprend un boîtier 34. Dans un exemple, le boîtier 34 peut avoir la forme d'un cylindre à fond, ayant une extrémité ouverte, tandis que l'autre est fermée. Le boîtier 34 peut être fixé à la bride 21 du côté de l'émission de lumière par l’intermédiaire d'un tube 35 d’émission.
[0043] L'unité 32 formant source de lumière laser est logée dans le boîtier unité 30 d'émission de lumière a une lentille 33 collimatrice prévue du côté de l'émission. La lentille 33 collimatrice transforme de la lumière émise par l'élément 1 d'émission lumière laser en de la lumière collimatée. La lumière 1 laser, qui est collimatée par la lentille 33 collimatrice peut être envoyée à l'espace 11 faisant l'objet d'une mesure. Dans l'exemple présent, la lentille 33 collimatrice est fixée à l'intérieur du tube 35 d'émission.
[0044] L'unité 40 de réception de lumière reçoit de ia lumière 1 laser ayant passé dans le gaz faisant l'objet d'une mesure. Dans l'exemple présent, elle reçoit de la lumière 1 ayant passé dans le conduit 'unité 40 de réception de lumière peut avoir un élément 41 de réception de la lumière. L'unité 40 de réception de lumière comprend un boîtier 43. Dans cet exemple, le boîtier 43 peut avoir la forme d'un cylindre à fond ayant une extrémité ouverte, tandis que l'autre extrémité est fermée. Le boîtier 43 peut être fixé à la bride 22 de réception de lumière par l'intermédiaire d'un tube 44 d'entrée. L'élément 41 de réception de la lumière est logé dans le boîtier 43. Une lentille 42 de condenseur peut être prévue du côté de l'entrée de l'élément 41 de réception de la lumière. La lentille 42 de condenseur peut être prévue de manière à recouvrir une ouverture du boîtier 43, La lentille 42 de condenseur condense la lumière 1 laser en une position de l'élément 41 de réception de la lumière.
[0045] L'installation 100 d’analyse des gaz comprend une unité 60 de traitement d'un signal de réception de lumière. L'unité 60 de traitement d'un signal de réception de lumière est une unité de calcul, à titre d'exemple, pour calculer une concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure sur la base d'un signal, qui est détecté par l'unité 40 de réception de lumière. L'unité 60 de traitement d'un signal de réception de lumière est connectée électriquement à l'élément 41 de réception de la lumière. La figure 1 représente l'unité 60 de traitement d'un signal de réception de lumière à l'extérieur du boîtier 43 de l'unité 40 de réception de lumière, mais cette unité 60 n'est pas limitée à cette position. Au moins une partie de l'unité 60 de traitement d’un signal de réception de lumière peut être prévue dans le boîtier 43.
[0046] L'installation 100 d'analyse des gaz comprend l'unité 36 d'actionnement de l'unité d'émission de lumière. L'unité 36 d'actionnement déplace l'élément 31 d'émission de lumière laser dans la direction de l'axe optique (direction de l’axe X). Dans l'exemple présent, l'unité 36 d'actionnement déplace, dans la direction de l'axe optique, l'unité 32 formant source de lumière laser, incluant l'élément 31 d'émission de lumière laser.
Dans l'exemple présent, l'installation 100 d’analyse des gaz comprend une unité 47 d'actionnement de l'unité de réception de lumière. L'unité 47 d'actionnement déplace l'élément 41 de réception de la lumière dans la direction de l'axe optique (direction de l’axe X), L’unité 36 d'actionnement et l'unité 47 d'actionnement. sont des exemples d'unité d'actionnement pour modifier la longueur du chemin optique de la lumière 1 laser, en déplaçant au moins un élément optique, qui est disposé dans le chemin de la lumière où passe la lumière 1 laser, [0047] Les éléments optiques à déplacer par l'unité d'actionnement peuvent comprendre un élément 31 d’émission de lumière laser, un élément 41 de réception de la lumière laser, une lentille 33 collimatrice et une lentille 42 de condenseur. Suivant le système optique de l’installation 100 d'analyse des gaz, un hublot du côté de l'émission de lumière peut être prévu du côté de la surface d'émission de la lentille 33 collimatrice et un hublot du côté de la réception de lumière peut être prévu du côté de la surface d'entrée de la lentille 42 de condenseur. Dans ce cas, le hublot du côté de l'émission de lumière et le hublot du côté de la réception de lumière peuvent être inclus dans les éléments optiques.
[0048] Dans l'exemple présent, on inclut, comme unité d'actionnement, deux unités d'actionnement : l'unité 36 d'actionnement et l'unité 47 d'actionnement. Mais, l'unité d'actionnement peut déplacer au moins l'un de l'élément 31 d'émission de lumière laser et de l'élément 41 de réception de la lumière laser. Cela signifie que l’on peut omettre l'une de l'unité 36 d'actionnement et de l'unité 47 d'actionnement. On peut prévoir aussi trois unités d'actionnement ou davantage d'unités d'actionnement pour déplacer trois éléments optiques ou davantage d'éléments optiques.
[0049] L'unité d'actionnement déplace l'élément optique d'une amplitude de n/2 fois la longueur d'onde 1 de la lumière 1 laser. Plus précisément, l'unité 36 d'actionnement de l'imité d'émission de lumière déplace l'élément 31 d'émission de lumière laser d'une amplitude n/2 ibis la longueur d'onde 1 de la lumière 1 laser. L'unité 47 d'actionnement de l'unité de réception de lumière déplace l'élément 41 de réception de la lumière d'une amplitude de n/2 fois la longueur d'onde 1 de la lumière 1 laser. L'unité 36 d'actionnement peut provoquer deux états où l'élément 31 d'émission de lumière laser est à des positions différentes de n/2 fois la longueur d'onde de la lumière 1 laser (n étant un nombre entier). De même, l'unité 48 d'actionnement peut provoquer deux états où l'élément 41 de réception de la lumière est à des positions différentes de n/2 fois la longueur d'onde de la lumière 1 laser (n étant un nombre entier). L'unité 60 de traitement du signal de réception de lumière calcule une concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure, sur la base des signaux détectés par l'unité 40 de réception de lumière dans les deux états où les éléments optiques, tels que l'élément 31 d'émission de lumière laser, sont en des positions differentes de n/2 fois la longueur d'onde de la lumière 1 laser (n étant un nombre entier).
[0050] La figure 2 est une vue en coupe illustrant une unité 30 d'émission de lumière à titre d'exemple. L'unité 30 d'émission de lumière comprend, dans le boîtier 'unité 32 formant source de lumière laser et l'unité 36 d'actionnement. Dans l'exemple présent, le tube 35 d'émission est prévu à une extrémité du boîtier 34. La lentille 33 collimatrice est fixée au tube 35 d'émission. Dans l'exemple présent, l'unité 36 d'actionnement peut ne pas déplacer la. lentille 33 collimatrice, En conséquence, la lentille collimatrice peut être fixée et, ainsi, le gaz dans le conduit 10 peut être contenu de manière étanche sans passer dans le boîtier 34.
[0051] L'unité 36 d'actionnement peut comprendre une unité 38 de vibration piézoélectrique utilisant un élément piézoélectrique. L'unité 38 de vibration piézoélectrique est un ac-tionneur à titre d'exemple. L’unité 36 d'actionnement peut avoir, en son sein, un circuit de commande pour commander l'unité 38 de vibration piézoélectrique. L'unité 38 de vibration piézoélectrique est déformée par une tension appliquée à l'unité 38 de vibration piézoélectrique par le circuit de commande, ce qui permet à l'élément 31 d'émission de lumière laser etc., qui est relié à l'unité 38 de vibration piézoélectrique, d'être déplacé dans la direction de l'axe optique (direction de l'axe X). Mais, l'actionneur de l'unité 36 d'actionnement n'est pas limité à une unité 38 de vibration piézoélectrique.
[0052] L’extrémité de base de l'unité 36 d'actionnement peut être fixée à la plaque 37 de base du boîtier 'unité 38 de vibration piézoélectrique peut être prévue à l'extrémité de l'unité 36 d'actionnement. L'unité 38 de vibration piézoélectrique est reliée à l'unité 32 formant source de lumière laser. L'unité 32 formant source de lumière laser comprend l'élément 31 d'émission de lumière laser. L’élément 31 d'émission de lumière laser produit de la chaleur et, ainsi, il fait rayonner de la chaleur. En conséquence, l'unité 30 d'émission de lumière peut comprendre une partie 72 faisant rayonner de la chaleur pour faire rayonner de la chaleur, qui est produite par l'élément 31 d'émission de lumière laser. Dans l'exemple présent, le tube 35 d'émission fonctionne aussi, comme partie 72 faisant rayonner de la chaleur et de la chaleur est envoyée par rayonnement de la partie 72 faisant rayonner de la chaleur au boîtier 34, Mais, sans être limité à cela, le boîtier 34 soi-même peut être la partie 72 faisant rayonner de la chaleur ou il peut être prévu une ailette individuelle de rayonnement de la chaleur etc.
[0053] Dans l'exemple présent, la position relative de la partie 72 faisant rayonner de la chaleur et de l'élément 31 d'émission de lumière laser n'est pas fixée. Une partie 39 de liaison peut être incluse entre la partie 72 faisant rayonner de la chaleur et l'unité 32 formant source de lumière laser, c'est-à-dire entre la partie 72 faisant rayonner de la chaleur et l'élément 31 d'émission de lumière laser. La partie 39 de liaison relie thermiquement l'élément 31 d’émission de la lumière laser et la partie 72 faisant rayonner de la chaleur. La partie 39 de liaison est une graisse de rayonnement de la chaleur par exemple. Prévoir l'ailette pour faire rayonner de la chaleur dans l’unité 32 formant source de lumière laser fait que l'unité 36 d'actionnement peut déplacer l'unité 32 formant source de lumière laser et l'ailette faisant rayonner de la chaleur. Dans ce cas, la partie 39 de liaison, telle que de la graisse faisant rayonner de la chaleur, peut être prévue entre, à la fois, l'unité 32 formant source de lumière laser et l'ailette faisant rayonner de la chaleur et le tube 35 d'émission ou le boîtier 34. En prévoyant la partie 39 de liaison, l'unité 36 d'actionnement peut déplacer l'élément 31 d'émission de lumière laser en garantissant que de la chaleur soit rayonnée de l'élément 31 d’émission de lumière laser.
[0054] A la différence de l'exemple présent, dans l'unité 30 d’émission de lumière, l'unité 32 formant source de lumière laser peut être fixée à la partie 72 faisant rayonner de la chaleur, du point de vue du rayonnement de la chaleur. Dans ce cas, l'unité 36 d'actionnement de l'unité d'émission de lumière est omise. L'unité 47 d'actionnement de l'unité de réception de lumière peut déplacer l'élément 41 de réception de la lumière.
[0055] La figure 3 est une vue en coupe illustrant une unité 40 de réception de lumière à titre d'exemple. L'unité 40 de réception de lumière comprend, dans le boîtier 43, un élément 41 de réception de la lumière, une plaquette 45 à circuit imprimé et une unité 47 d'actionnement. L'élément 41 de réception de la lumière peut être maintenu par un adaptateur 41a d'élément de réception de la lumière. La plaquette 45 à circuit imprimé peut être reliée à l'adaptateur 41a d'élément de réception de la lumière. La plaquette 45 à circuit imprimé peut avoir un amplificateur 'amplificateur 46 amplifie un signal de sortie de l'élément 41 de réception de ia lumière. Le tube 44 d'entrée peut être prévu à une extrémité du boîtier 34. Le tube 44 d'entrée peut avoir la lentille 42 de condenseur. Dans l'exemple présent, l’unité 47 d'actionnement ne déplace pas la lentille 42 de condenseur. En conséquence, la lentille 42 de condenseur peut être fixée et, ainsi, le conduit peut être rendu étanche et le gaz ne pas passer dans le boîtier 43.
[0056] L'unité 47 d’actionnement peut comprendre une unité 49 de vibration piézoélectrique utilisant l'élément piézoélectrique. L'unité 47 d'actionnement peut avoir un circuit de commande pour commander l’unité 49 de vibration piézoélectrique. L'unité 49 de vibration piézoélectrique est déformée par la tension appliquée à l'unité 49 de vibration piézoélectrique par le circuit de commande, ce qui permet à l'élément 41 de réception de la lumière etc., qui sont reliés à l'unité 49 de vibration piézoélectrique, d'être déplacés, dans la direction de Taxe optique (direction de l'axe X). On peut utiliser, comme unité 47 d'actionnement, des actionneurs autres que des éléments piézoélectriques.
[0057] L'extrémité de base de l'unité 47 d'actionnement peut être fixée à une plaque 48 de base du boîtier 'unité 49 de vibration piézoélectrique peut être prévue à l'extrémité de l'unité 47 d'actionnement. L'unité 47 d'actionnement peut déplacer, à la fois, l'élément 41 de réception de la lumière et la plaquette 45 à circuit imprimé. Plus précisément, l'unité 49 de vibration piézoélectrique peut déplacer l'adaptateur 41a d'élément de réception de la lumière et la plaquette 45 à circuit imprimé. L'unité 49 de vibration piézoélectrique est reliée, par exemple, à la plaque 45 à circuit imprimé.
[0058] Comme décrit ci-dessus, l'installation 100 d'analyse des gaz du mode de réalisation présent a une unité d'actionnement pour modifier la longueur du chemin optique de la lumière 1 laser, en déplaçant au moins un élément optique, qui est disposé dans le chemin de la lumière où passe la lumière 1 laser. On calcule alors une concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure sur la base de signaux détectés par l'unité 40 de réception de lumière dans deux états où les élément optiques sont en des positions différentes de n/2 fois la longueur d'onde de la lumière 1 laser (n étant un nombre entier). Un bruit d’interférence, dans un état où l'élément optique est en la position de +l n/4 (où 1 est la longueur d'onde de la lumière 1 laser et n est un nombre entier), a une phase opposée au bruit d'interférence dans un état où l'élément optique est dans la position de -ln/4. En conséquence, on peut réduire le bruit d'interférence en faisant la moyenne des signaux, qui sont détectés par l'unité 40 de réception de la lumière dans deux états de ce genre. On peut réduire ainsi l'interférence par rapport à un cas d'un déplacement fin au hasard.
[0059] En particulier, dans le mode de réalisation présent, ce n'est pas la lentille de condenseur, mais au moins l'un de l'élément 31 d'émission de lumière laser et de l’élément 41 de réception de la lumière, qui est déplacé en tant qu'élément optique. En conséquence, par rapport à un cas où l’on déplace la lentille de condenseur, telle qu'une lentille de quartz, qui est plus lourde que l’élément 31 d'émission de lumière laser etc., la charge sur l’unité 36 d'actionnement et l’unité 47 d'actionnement peut être réduite.
On peut ainsi diminuer la dimension de l'unité 36 d'actionnement et de l'unité 47 d'actionnement.
[0060] La figure 4 est un schéma illustrant une unité 32 formant source de lumière laser à titre d'exemple. L'unité 32 formant source de lumière laser peut être configurée sous la forme d'une unité, qui loge dans un boîtier une pluralité de composants, tels que l'élément 31 d'émission de lumière laser décrit ci-dessous. Comme représenté à la figure 'unité 32 formant source de lumière laser loge une unité 204 de production de signal de commande de balayage de longueur d'onde et une unité 205 de production d'un signal de modulation harmonique, comme une unité 202 de commande de longueur d'onde, une unité 206 de commande de courant, l'élément 31 d'émission de lumière laser, une thermistance 208, un dispositif 210 à effet Peltier et une unité 207 de commande de la température.
[0061] L'unité 204 de production d'un signal d'entraînement de balayage de longueur d'onde produit un signal de balayage de longueur d'onde, dans lequel îa longueur d'onde d'émission de lumière de l'élément 31 d'émission de lumière laser est variable, de manière à balayer une longueur d'onde d'absorption du gaz faisant l'objet d'une mesure. L'unité 205 de production d'un signal de modulation harmonique produit un signal d'onde sinusoïdale d’environ 10kHz, par exemple, pour détecter la forme d'onde d'absorption du gaz. On utilise le signal d'onde sinusoïdale produit, comme signal modulé. L'unité 206 de commande de courant transforme le signal de commande laser en un courant de commande de l'élément 31 d'émission de lumière laser pour commander l'élément 31 d'émission de lumière laser. Le signal de commande laser est un signal obtenu en synthétisant le signal de balayage de longueur d’onde, qui est produit à l'unité 204 de production de signal de commande de balayage de longueur d'onde et le signal d'onde sinusoïdale, qui est produit à l'unité 205 de production de signal de modulation harmonique.
[0062] L'élément 31 d'émission de lumière laser peut être une diode laser à semi-conducteur (diode laser LD). L'élément 31 d'émission de lumière laser émet de la lumière 1 laser suivant le courant de commande fourni par l'unité 206 de commande de courant. La thermistance 208 est un élément de détection de température pour détecter la température de l’élément 31 d'émission de lumière laser. Le dispositif 210 à effet Peltier est une unité de refroidissement pour refroidir l'élément 31 d'émission de lumière laser. L'élément 31 d’émission de lumière laser peut être disposé en étant en contact avec la thermistance 'unité 207 de commande de température commande le dispositif 210 à effet Peltier sur la base de la température mesurée par la thermistance 208. En maintenant ainsi la température de l'élément 31 d'émission de lumière laser à un niveau constant, on peut se rendre maître de la longueur d'onde de la lumière 1 laser.
[0063] La figure 5 est un graphique illustrant un graphique de forme d'onde à titre d'exemple du signal de commande de balayage. La figure 5 représente une forme d'onde de courant à titre d'exemple, sortie de l'unité 204 de production de signal de commande de balayage de longueur d'onde de la figure 4. Le signal S1 de commande de balayage de longueur d'onde, pour balayer la caractéristique d'absorption de la lumière du gaz faisant l'objet d’une mesure, modifie linéairement la valeur de courant de commande de l'élément 31 d'émission de lumière laser. La longueur d'onde d'émission de la lumière provenant de l'élément 31 démission de lumière laser change ainsi peu à peu. La longueur d'onde d'émission de la lumière change, par exemple, de manière à balayer une caractéristique d'absorption de la lumière d'environ 0,2 nm. D'autre part, le signal S2 fait que l'élément 31 d'émission de lumière laser émet de la lumière à une longueur d'onde constante, en maintenant la valeur de courant de commande supérieure ou égale à un courant de seuil où l'élément 31 d'émission de lumière laser est stable. En outre, au signal S3, la valeur du courant de commande est fixée à 0 mA. On notera que le signal de déclenchement est un signal synchronisant le signal S3.
[0064] La figure 6 est un graphique de forme d'onde, à titre d'exemple, d'un signal modulé, qui est sorti d'une unité 205 de production de signal de modulation harmonique. La figure 6 est un graphique de forme d'onde du signal modulé sorti de l’unité 205 de production de signal de modulation harmonique de la figure 4. Un signal S4, pour détecter la caractéristique d'absorption de la lumière du gaz. faisant l'objet d'une mesure, est considéré, par exemple, comme une onde sinusoïdale d'une fréquence de 10 kHz, et module la longueur d'onde dans une plage de modulation d'environ 0,02 nm.
[0065] La figure 7 est un graphique de forme d'onde, à titre d'exemple, d'un signal de commande de laser, qui est sorti d'une unité de commande de courant. La figure 7 représente un signal de commande laser sorti de l'unité 206 de commande de courant de la figure 4. Le signal S5 de commande est envoyé à l'élément 31 d'émission de lumière
c? «.y J laser. L’élément 31 d'émission de lumière laser sort ainsi de la lumière modulée, qui peut, tout en modulant la longueur d'onde dans la plage de modulation d’environ 0,02 nm, détecter la caractéristique d'absorption de la lumière du gaz faisant l'objet d'une mesure dans une plage de longueur d'onde d'environ 0,2 nm.
[0066] La figure 8 est un schéma illustrant une configuration schématique d'une unité 60 de traitement de signal de réception de lumière. L'élément 41 de réception de la lumière représenté à la figure 1 est, par exemple, une photodiode. Pour l'élément 41 de réception de la lumière, on applique un élément ayant de la sensibilité à la longueur d'onde d'émission de la lumière de l’élément 31 d'émission de lumière laser. La. sortie de l'élément 41 de réception de la lumière est envoyée à l'unité 60 de traitement de signal de réception de lumière par des câblages.
[0067] L’unité 60 de traitement de signal de réception de la lumière comprend un convertisseur 61 I-V, un oscillateur 62, un circuit 63 de détection de synchronisation, un filtre 64A passe-bas, un filtre 64B passe-bas et une unité 65 opératoire. Le convertisseur 61 I-V transforme la sortie de l'élément 41 de réception de la lumière en une sortie de tension. Le filtre 64A passe-bas élimine des composantes de bruit d'harmoniques supérieurs de la sortie de tension. Le signal de sortie du filtre 64A passe-bas est envoyé au circuit 63 de détection de synchronisation. Le circuit 63 de détection de synchronisation ajoute, au signal de sortie du filtre 64A passe-bas, un signal (signal double onde) provenant de l'oscillateur 62 et extrait seulement une amplitude de la composante de fréquence double du signal modulé de la lumière 1 laser. L'élimination du bruit et l'amplification sont effectuées sur le signal de sortie du circuit 63 de détection de synchronisation dans le filtre 64B passe-bas et le signal obtenu et envoyé à l'unité 65 opérationnelle. Dans l'unité 65 opérationnelle, on effectue un traitement opérationnel pour détecter la concentration du gaz.
[0068] On décrit un procédé de détection de la concentration de gaz en utilisant l'installation 100 d'analyse de gaz configurée comme décrit ci-dessus. Tout d'abord, on détecte à l'avance la température de l'élément 31 d'émission de lumière laser par la thermistance 208. En outre, pour mesurer la concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure à une partie centrale du signal SI de commande de balayage de longueur d'onde représentée à la figure 5, on commande l'alimentation en courant du dispositif 210 Peltier par l'unité 207 de commande de ia température et on maintient la température de l'élément 31 d'émission de lumière laser au niveau de température souhaité.
[0069] Alors que le dispositif 210 à effet Peltier maintient la température de l'élément 31 d'émission de lumière laser au niveau de température souhaité, l'unité 206 de commande du courant commande l’élément 31 d'émission de lumière laser en modifiant îe courant de commande. Il s'ensuit que la lumière 1 laser est, pour la mesure, envoyée dans le conduit 10 où se trouve le gaz faisant l'objet d'une mesure. La lumière 1 laser ayant passé dans le gaz faisant l'objet d'une mesure entre dans l'élément 41 de réception de la lumière. Si ia lumière 1 laser est absorbée par le gaz faisant l’objet d'une mesure, un signal double onde est détecté par le circuit 63 de détection de synchronisation et une forme d'onde d'absorption de gaz apparaît.
[0070] La figure 9 est un schéma illustrant un exemple de signal de réception de lumière, un signal de sortie du circuit de détection de synchronisation et un signal de déclenchement. La figure 9 représente une forme d’onde de sortie du circuit 63 de détection de synchronisation lorsque le gaz. faisant l'objet d'une mesure est détecté. Ensuite, à l'unité 65 opératoire, un signal de déclenchement est envoyé en provenance de l'unité 204 de production d'un signal de commande de balayage de longueur d'onde. Le signal de déclenchement est un signal, qui est sorti à chaque période, qui consiste en les signaux SI, S2 et S 3 décrits ci-dessus. Le signal de déclenchement est sorti de l'unité 204 de production de signal de commande de balayage de longueur d'onde de l'unité 32 formant source de lumière laser. Le signal de déclenchement est envoyé à l'unité 65 opératoire de l'unité 60 de traitement de signal de réception de la lumière par une ligne de liaison. Le signal de déclenchement synchronise le signal S3 de commande de balayage de longueur d’onde décrit ci-dessus.
[0071] A la figure 9, la zone A entourée par la ligne en tiret est une forme d'onde de sortie, qui est obtenue lorsque le gaz faisant l'objet d’une mesure existe. Comme représentée à la figure 9, la valeur B minimum, la valeur C maximum, la valeur D minimum sont détectées dans la forme d'onde de sortie du circuit 63 de détection de synchronisation, lorsque des laps de temps tb, te, td déterminés à l'avance se sont écoulés à partir du début de l'application du signal de déclenchement. Ces laps de temps tb, tc, td déterminés à l'avance peuvent être calculés expérimentalement à l'avance en usine ou après étalonnage être enregistrés dans la mémoire, [0072] Lorsque les laps de temps tb, tc, td déterminés à l’avance se sont écoulés à partir du début de l'application du signal de déclenchement, l’unité 65 opératoire lit la forme d'onde de sortie du circuit 63 de détection de synchronisation et met le résultat en mémoire. Puis, l'unité 65 opératoire calcule une concentration à partir de la forme d'onde de sortie mise en mémoire. La valeur C maximum de la crête de la forme d'onde de sortie du circuit de détection de synchronisation correspond à la concentration du gaz telle qu'elle est. En conséquence, l'unité 65 opératoire peut sortir une valeur associée à la valeur C maximum, comme concentration du constituant dans le gaz faisant l'objet d’une mesure. En variante, l'unité 65 opératoire peut sortir, comme concentration, une valeur associée à au moins l'une d'une valeur obtenue en soustrayant la valeur B minimum de la valeur C maximum, et une valeur obtenue en soustrayant la valeur D minimum de la valeur C maximum. L'unité 65 opératoire mesure ainsi, en fonction du signal de déclenchement, la concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure à chaque décalage unique.
[0073] Le procédé décrit ci-dessus permet de déterminer la concentration du gaz. Comme l'élément 31 d'émission de la lumière laser est utilisé comme source de lumière, en raison de sa cohérence plus grande qu'une source de lumière normale, une partie de la lumière 1 laser se réfléchit d'une manière multiple, par exemple, entre l'élément 31 d'émission de lumière laser et la surface d'entrée de la. lentille 33 collimatrice ou entre la lentille 42 de condenseur et l'élément 41 de réception de la lumière etc., et cette lumière à réflexion multiple peut être un bruit d'interférence.
[0074] Pour réduire le bruit d'interférence, dans le mode de réalisation présent, comme décrit aux figures 1 à 3, on fait en sorte que l'unité 36 d'actionnement et l'unité 47 d'actionnement déplacent au moins l'un de l'élément 31 d'émission de lumière laser et de l'élément 41 de réception de la lumière, d'une amplitude de n/2 fois la longueur d'onde de la lumière 1 laser, Par rapport à un cas où l'on déplace finement la lentille de condenseur aléatoirement, on peut ainsi réduire l'interférence.
[0075] la figure 10 représente une forme d'onde de vibration à titre d'exemple par une unité d'actionnement. A la figure 'axe horizontal représente le temps et l'axe vertical représente le déplacement de vibration. Comme représentée à la figure 'unité d'actionnement peut commander la tonne d'onde de vibration en indiquant la position à laquelle l'élément optique est déplacé par une onde triangulaire. Plus précisément, l'unité 36 d'actionnement fait vibrer l'élément 31 d'émission de lumière laser d'une amplitude de n/2 fois la longueur 1 de la lumière 1 laser dans la direction de l'axe optique (direction de l'axe X). L'unité 36 d'actionnement déplace l'élément 31 d'émission de lumière laser vers les positions de +1/4. Si la longueur d’onde est comprise entre 1,6 et 2pm, l'élément 31 d'émission de lumière laser est déplacé vers la position comprise entre +0,4 à +0,5 pm approximativement. De même, l'unité 47 d'actionnement fait vibrer l'élément 41 de réception de la lumière d'une amplitude de n/ 2 fois la longueur d'onde 1 de la lumière 1 laser dans la direction de l’axe optique (direction de l'axe X). Dans l'exemple présent, n = 1.
[0076] Une période de vibration de l'unité 38 de vibration piézoélectrique peut synchroniser la période du signal S1 de commande de balayage de longueur d'onde représenté à la figure 5. La période de vibration de l'unité 38 de vibration piézoélectrique peut être n fois la période du signal SI de commande de balayage de longueur d'onde (n étant un nombre entier). En d'autres termes, en supposant que la fréquence de la vibration de l'unité 38 de vibration piézoélectrique soit f et que la fréquence du signal de commande de balayage de longueur d'onde soit fsl, elles peuvent satisfaire la relation : f = fs]/n (n étant un nombre entier). Comme représenté à la figure 9, le signal SI de commande de balayage de longueur d'onde synchronise une cadence de mesure par l'unité 40 de réception de lumière (sortie du circuit de détection de synchronisation). En conséquence, l’unité 40 de réception de la lumière peut mesurer une intensité de la lumière 1 laser, en synchronisant une période où l'unité 36 d'actionnement déplace l’élément optique. En particulier, la période pour acquérir la sortie du circuit de détection de synchronisation sur la base du signal détecté par l'unité 40 de réception de la lumière peut synchroniser la période de l'élément optique déplacé par l'unité 36 d'actionnement. C'est ainsi, par exemple, que l'unité 36 d’actionnement et la sortie du circuit de détection de synchronisation fonctionnent suivant un signal d'horloge en commun.
[0077] Si la distance entre l'unité 32 formant source de lumière laser et de la lentille 33 col- limatrice est modifiée par l'unité 36 d'actionnement, l'intensité de la lumière d'interférence, qui est provoquée par de multiples réflexions de la lumière entre l'unité 32 formant source de lumière laser et la surface de la lentille 33 collimatrice, varie, parce qu'une condition, dans laquelle l'interférence est produite, change. La fréquence de cette variation de lumière d'interférence est égaie à la fréquence de vibration de l'unité 38 de vibration piézoélectrique de l'unité 36 d’actionnement. Le bruit d'interférence perd, dans ce cas, être éliminé du signal détecté par un processus de filtrage, tel que par un filtre passe-bas, qui peut éliminer la composante de fréquence de vibration.
[0078] Egalement, un bruit d'interférence, dans un état où l'élément 31 d’émission de lumière laser est dans la position de +1·η/4 (1 étant la longueur d'onde de la lumière 1 laser et n étant un nombre entier), a une phase opposée au bruit d'interférence dans un état où l'élément 31 d'émission de lumière laser est en la position de -ln/4. On peut réduire le bruit d'interférence en faisant la moyenne des signaux, qui sont détectés par l'unité 40 de réception de lumière dans deux états de ce genre. On peut ainsi, réduire le bruit d'interférence, par rapport à un cas de déplacement fin aléatoire.
[0079] En acquérant une valeur de mesure et en faisant la moyenne quatre fois dans une période (décalage) de mesure unique, on peut s'attendre à ce que l'intensité de la lumière d'interférence soit réduite. En commandant la position de déplacement de l'élément optique par fonde triangulaire, dont le changement dans le déplacement est linéaire, on peut supprimer efficacement le bruit d'interférence.
[0080] La figure 11 représente une autre forme d'onde de vibration à titre d'exemple par l'unité d'actionnement, A la figure 'axe horizontal représente le temps et Taxe vertical représente le déplacement de vibration. Comme représentée à ia figure 'unité d'actionnement peut commander une forme d'onde de vibration indiquant la position vers laquelle l'élément optique est déplacé par une onde sinusoïdale. Dans l'exemple présent, on peut calculer une concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure sur la base des signaux détectés par l'unité 40 de réception de lumière dans les deux états où la position de l'élément 31 d'émission de lumière laser est différente de n/2 fois la longueur d'onde de ia lumière 1 laser (n étant un nombre entier), On peut ainsi réduire le bruit d'interférence.
[0081] La figure 12 représente une autre forme d'onde de vibration à titre d'exemple dans l'unité d'actionnement. A la figure 'axe horizontal représente le temps et l’axe vertical représente le déplacement de vibration. Comme représenté à la figure 'unité d'actionnement peut commander une tonne d'onde de vibration indiquant la position vers laquelle va l'élément optique par une onde rectangulaire. C'est ainsi par exemple que, si la concentration de gaz. faisant l'objet d'une mesure est calculée sous la forme de sa moyenne sur T seconde(s) (par exemple sur 1 seconde), pendant la première demie durée T/2, l'unité 36 d'actionnement met l'élément 31 d'émission de lumière baser à une position de +1/4. Pendant la dernière demie durée T/2, l’unité 36 d'actionnement met l'élément 31 d'émission de lumière laser à la position de -1/4. Dans l'exemple présent, la période de l'onde rectangulaire est un multiple en nombre entier de la période de mesure (décalage). Dans l’exemple représenté à la figure 12, îa période de fonde rectangulaire est de huit fois la période de mesure (décalage).
[0082] Un bruit d'interférence, dans un état où l'élément 31 d'émission de lumière laser est en la position de +1 n/4 (1 étant la longueur d'onde de la lumière 1 laser et n étant un nombre entier), a une phase opposée au bruit d'interférence dans un état où l'élément 31 d'émission de lumière laser étant la position de -ln/4. En conséquence, on peut réduire le bruit d'interférence en faisant la moyenne des signaux, qui sont détectés par l'unité 40 de réception de lumière dans deux états de ce genre. En ce qui concerne la fréquence de mesure, l'unité 36 d'actionnement peut rendre la fréquence de la vibration de l'unité 38 de vibration piézoélectrique plus basse. En conséquence, l'unité 38 de vibration piézoélectrique, comme actionneur, ne doit pas fonctionner nécessairement à grande vitesse, de sorte que l'unité 38 de vibration piézoélectrique peut fonctionner facilement de manière stable.
[0083] Les figures 10, 11 et 12 ont décrit un cas dans lequel l'unité 36 d'actionnement déplace l'élément 31 d'émission de lumière laser de manière à ce que la position de l'élément 31 d'émission de lumière laser soit de +1/4 et que son amplitude soit à 1/2. Mais, l'installation 100 d’analyse de gaz, dans le mode de réalisation présent, n'est pas limitée à cela. L'unité 36 d'actionnement peut déplacer l'élément 31 d'émission de lumière laser à la position de +21/4 (+1/2), et l'élément 31 d'émission de la lumière laser à la position de +31/4, respecti vement.
[0084] La figure 13 représente une autre forme d'onde de vibration à titre d'exemple de l'unité d'actionnement. A la figure 'axe horizontal représente le temps et l'axe vertical représente le déplacement de vibration. Comme représenté à la figure 13, dans l'exemple présent, le déplacement de vibration de l’élément 31 d'émission de lumière laser change en fonction du temps. Dans le premier décalage unique, dans un état où l’unité 36 d'actionnement met l'élément 31 d'émission de lumière laser à la position de +1/4, l'unité 60 de traitement du signal de réception de lumière obtient la valeur de mesure de la concentration de gaz. Dans le décalage unique suivant, dans un état où elle met l'élément 31 d'émission de lumière laser à la position de +21/4(+1/2), l'unité 60 de traitement du signal de réception de lumière obtient la valeur de mesure de la concentration de gaz. Ensuite, dans le décalage unique encore suivant, dans un état où elle met l'élément 31 d'émission de lumière laser à la position de +31/4, l'unité 60 de traitement du signal de réception de lumière obtient la valeur de mesure de la concentration de gaz.
[0085] De manière similaire, l'unité 36 d'actionnement met l'élément 31 d'émission de lumière laser à la position de -1/4, --21/4(-1/2), -31/4. Dans cîiaque état, l'unité 60 de traitement de signal de réception de lumière obtient la valeur de mesure de la concentration de gaz. Comme représentée à la figure 13, il peut y avoir un laps de temps pour mettre l'élément 31 d'émission de lumière laser à la position de la longueur d'onde 1/4 (n étant un nombre entier), non à la position d'un multiple en nombre entier de la longueur d'onde 1/4. De cette façon, si la concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure est calculée en faisant la moyenne en fonction de la durée T à sortir, l'amplitude de déplacement de l'élément optique par l'unité 36 d'actionnement, pendant la durée T, peut être changée séquentiellement.
[0086] Comme forme d'onde de vibration indiquant une position à laquelle l'élément 31 d'émission de lumière laser est déplacé, combiner une pluralité de forme d'onde ayant des amplitudes différentes, qui satisfont la relation ln/2 (n étant un nombre entier), permet une réduction de bruit, quels que soient les systèmes optiques existants entre l'élément 31 d'émission de lumière laser et l'élément 41 de réception de la lumière.
[0087] Si l'élément optique vibre à une amplitude d'un multiple en nombre entier de l'amplitude minimum (1/2), qui peut éliminer l'interférence, un effet d'élimination de l'interférence se produit. Mais, en raison de la différence de cellule des systèmes optiques de l'unité 30 d'émission de lumière et de l'unité 40 de réception de lumière, leurs amplitudes appropriées sont différentes. En conséquence, déplacer l'élément optique de la pluralité d'amplitudes (1/2, 21/2, 31/2) à partir du début pour faire une moyenne permet d'éliminer efficacement le bruit d'interférence. On notera qu'aux figures 10 à 13, on a décrit un cas dans lequel l’unité 36 d'actionnement déplace l'élément 31 d'émission de lumière laser, mais il en va de même pour un cas où l'unité 47 d'actionnement déplace l’unité 41 de réception de la lumière. C'est pourquoi on ne répétera pas la description.
[0088] La figure 14 représente des exemples d'une forme d'onde de mesure et d’une forme d'onde, dont on a fait la moyenne, lorsqu'un élément 41 de réception de la lumière est mis à la position de +1/4 dans le mode de réalisation présent. Une forme d'onde 5 de mesure a, à l'instant où l'élément 41 de réception de la lumière est mu à la position de +1/4, une phase opposée à une forme d'onde 6 de mesure à l'instant où l'élément 41 de réception de la lumière est mu à la position de -1/4. En conséquence, le bruit d'interférence est ainsi réduit, comme représenté dans une forme d'onde 7, dont on a fait la moyenne, obtenue en faisant la moyenne des signaux détectés par l’unité 40 de réception de lumière dans les deux états où l'élément 41 de réception de la lumière est à des positions différentes de n/2 fois la longueur d'onde de la lumière 1 laser (n étant un nombre entier).
[0089] La figure 15 est une vue en coupe illustrant une configuration schématique de l'installation 100 d'analyse de gaz dans le deuxième mode de réalisation de la présente invention. Le mode de réalisation présent a une unité 50 d’émission de lumière différente de celle de l’installation 100 d’analyse de gaz du premier mode de réalisation représenté à la figure l'exception de l'unité 50 d'émission de lumière, l'installation 100 d'analyse de gaz du présent mode de réalisation a la même structure que le premier mode de réalisation. En conséquence, on n'en reprendra pas la description. Dans l'installation 100 d'analyse de gaz du présent mode de réalisation, l'unité 50 d'émission de lumière comprend, comme élément d'émission de lumière laser, le premier élément 51 d'émission de lumière et le deuxième élément 52 d'émission de lumière. Le premier élément 51 d'émission de lumière et le deuxième élément 52 d'émission de lumière sont prévus dans le boîtier 54. Le premier élément 51 d'émission de lumière et le deuxième élément 52 d'émission de lumière sont une pluralité d'éléments d'émission de lumière, dont les longueurs d'onde d'émission de lumière diffèrent les unes des autres. Le premier élément 51 d’émission de lumière émet une première lumière 3 laser. Le deuxième élément 52 d'émission de lumière émet une deuxième lumière 2 laser.
[0090] Suivant les constituants de gaz faisant l'objet d'une mesure, l'un ou l'autre du premier élément 51 d'émission de lumière et du deuxième élément 52 d'émission de lumière peut être un élément d'émission de lumière dans le proche infrarouge, ayant une bande de longueur d'onde d'émission de lumière de 0,7 à 2,5 uni, tandis que l'autre peut être un élément d’émission de lumière dans le moyen infrarouge, ayant une bande de longueur d'onde d’émission de lumière de 3 à 10 pm, [0091] Dans l'exemple présent, il est prévu un miroir 53 concave pour collimater la deuxième lumière de laser. Une ouverture peut être prévue à la partie centrale du miroir 53 concave. A partir du premier élément 51 d'émission de lumière, disposé sur la face arrière du miroir 53 concave, la première lumière 3 laser est émise par l’ouverture. On notera que la microlentille, pour collimater la première lumière 3 laser sortie du premier élément 51 d'émission de lumière, peut être prévue sur la face arrière du miroir 53 concave. Pourvu qu'il y ait une pluralité d'éléments d'émission de lumière, dont les longueurs d'onde d'émission de lumière sont différentes les unes des autres, les systèmes optiques ne sont pas limités à la structure représentée à la figure 15. Dans l'exemple présent, l'unité d'actionnement de l'unité d'émission de lumière n'est pas prévue. L'unité 47 d'actionnement de l'unité de réception de lumière est prévue. L'unité 47 d'actionnement déplace l'élément 41 de réception de la lumière.
[0092] L’unité 50 d'émission de lumière choisit le premier élément 51 d'émission de lumière ou le deuxième élément 52 d'émission de lumière pour émettre de la lumière, L'unité 47 d'actionnement déplace l'élément 41 de réception de la lumière d’une amplitude correspondant à la longueur d'onde d'émission de lumière de l'élément d'émission de lumière, qui émet de la lumière. Par exemple, si le premier élément 51 d'émission de lumière est un élément d'émission de lumière dans le proche infrarouge, pour émettre la première lumière laser, ayant la première longueur d'onde h dans la plage de bande de longueur d'onde d'émission de lumière de 0,7 à 2,5 uni, l'unité 47 d'actionnement déplace l'élément 41 de réception de la lumière d'une amplitude lj n/2 (n = 1), par exemple d’une amplitude de 0,35 à 1,25 pm. De même, si le deuxième élément 52 d'émission de lumière est élément d'émission de lumière dans le moyen infrarouge, pour émettre la deuxième lumière laser ayant la deuxième longueur d'onde 12 dans la plage de bande de longueur d'onde d'émission de lumière de 3 à 10 pm, l'unité 47 d'actionnement déplace l'élément 41 de réception de la lumière d'une amplitude de 12- n/ 2 (n = 1), par exemple d'une amplitude de 1,5 à 5 pm. En conséquence, si le deuxième élément 52 d'émission de lumière émet de la lumière, l'élément 41 de réception de la lumière est déplacé d'une amplitude plus grande que dans le cas où le premier élément 51 d'émission de lumière émet de la lumière.
[0093] Si l'unité d'actionnement est prévue sur l'unité 50 d'émission de lumière, il faut une pluralité d'unités d'actionnement pour déplacer le premier élément 51 d'émission de lumière et le deuxième élément 52 d'émission de lumière. De même, comme la structure de l'unité 50 d émission de lumière est complexe, l'unité d'actionnement est difficile à réaliser. Mais, suivant l’exemple présent, l'unité 47 d’actionnement peut déplacer l'élément 41 de réception de la lumière d'une amplitude correspondant à la longueur d'onde d'émission de lumière de l'élément d'émission de lumière, qui émet de la lumière, et peut fournir ainsi un analyseur de gaz de type laser correspondant à une pluralité de types de gaz sans augmenter le nombre des unités d'actionnement (aetionneurs).
[0094] Si la concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure est calculée comme une valeur moyenne de la concentration du gaz en fonction de la durée T, l'unité 50 d'émission de lumière peut, pendant la durée T, sélectionner séquentiellement le premier élément 51 d'émission de lumière et le deuxième élément 52 d'émission de lumière pour émettre de la lumière. De même, dans ce cas, l’unité 47 d'actionnement déplace l'élément 41 de réception de la lumière d'une amplitude correspondant à la longueur d'onde d'émission de lumière de l'élément d'émission de lumière, qui émet de la lumière, [0095] La figure 16 représente une forme d'onde de vibration à titre d'exemple par l'unité 47 d'actionnement. Dans l'exemple présent, on montre un cas où +ln/4 (n étant un nombre entier), où n = 4. Dans l'exemple présent, dans la première période de mesure (décalage), le premier élément 51 d'émission de lumière émet de la lumière pour émettre la première lumière 3 laser, ayant la premier longueur d'onde lj· Puis, on met l'élément 41 de réception de la lumière à la position de +1,(+1,η/4, ou n = 4). Ensuite, le premier élément 51 d'émission de lumière cesse d'émettre de la lumière et le deuxième élément 52 d'émission de lumière commence à émettre de la lumière. La deuxième lumière de laser, ayant la deuxième longueur d'onde 12, est ainsi émise. Puis, l'élément 41 de réception de la lumière est mis à la position de +I2(+l2-n/4, ou n = 4). Ensuite, le deuxième élément 52 d'émission de lumière cesse d'émettre de la lumière et le premier élément 51 d'émission de lumière commence à émettre de la lumière. Puis, l’élément 41 de réception de la lumière est mis à la position de -ij. Ensuite, le premier élément 51 d'émission de lumière cesse d'émettre de la lumière et le deuxième élément 52 d'émission de lumière commence à émettre de la lumière. Plus, l’élément 41 de réception de la lumière est mis à la position de -12, Le processus ci-dessus est répété.
[0096] Par rapport à un cas où l'on fait vibrer l'élément 41 de réception de la lumière alors qu'il est mis à la position de +ll5 -lj, +12 et -12 dans cet ordre, la quantité de déplacement de l'unité 49 de vibration piézoélectrique, comme actionneur, peut être diminuée pendant chaque décalage. En conséquence, si l'on choisit une pluralité d'éléments d'émission de lumière ayant une pluralité de longueurs d'onde lb l2i après que la pluralité d'éléments d'émission de lumière a été mis séquentiellement aux positions correspondant aux longueurs d'onde 1<, 12 respectives, c'est-à-dire +1,n/4, +l2n/4 dans le premier sens, à partir de la position de référence (sens + dans l'axe X), ils peuvent être mis séquentiellement aux positions correspondant aux longueurs d'onde lb 12 respectives, c'est-à-dire -h n/4, -k n/4 dans le deuxième sens (sens - de l’axe -X), qui est opposé au premier sens.
[0097] L'ordre de déplacement de l'élément optique, tel que l’élément 41 de réception de la lumière n’est pas limité à cela. L’ordre de déplacement de l'élément optique peut être changé à chaque durée T, qui est un intervalle pour sortir une concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure.
[0098] La figure 17 est un organigramme illustrant des traitements de l'installation 100 d'analyse des gaz dans le présent mode de réalisation. L'unité 50 d’émission de lumière choisit le premier élément 51 d'émission de la lumière pour émettre de la lumière (stade S101). L'unité 47 d'actionnement déplace l'élément 41 de réception de la lumière d'une amplitude correspondant à la longueur d’onde h d’émission de lumière du premier élément 51 d'émission de lumière, qui émet de la lumière (stade S102). La concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure est calculée sur la base du signal détecté par l'unité 40 de réception de la. lumière dans les deux stades où l'élément 41 de réception de la lumière est en des positions différentes de n/2 fois la longueur d'onde h de la première lumière 3 laser (n étant un nombre entier) (stade S103).
[0099] Ensuite, l'unité 50 d'émission de lumière choisit le deuxième élément 52 d'émission de lumière pour émettre de la lumière (stade S104). L'unité 47 d'actionnement déplace l'élément 41 de réception de la lumière d'une amplitude correspondant à la longueur d'onde 12 d'émission de lumière du deuxième élément 52 d'émission de lumière, qui émet de la lumière. Une concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure est calculée sur la base du signal détecté par l'unité 40 de réception de lumière, dans les deux états où l'élément 41 de réception de lumière est en deux positions différentes de n/2 fois la longueur d'onde 12 de la deuxième lumière 2 laser (n étant un nombre entier) (stade S106).
[0100] On notera que, dans le stade S102, si l'élément 41 de réception de la lumière vibre suivant la longueur d'onde h d'une amplitude nlj/2 suivant l’axe optique, de manière à être en deux positions de +nl]/4, un signal détecté par l'unité 40 de réception de lumière peut être acquis. De même, dans le stade S105, si l'élément 41 de réception de la lumière vibre suivant ia longueur d'onde 12 d'une amplitude nl2/2 suivant i'axe optique, de manière à être en deux positions de +nl2/4, un signal détecté par l’unité 40 de réception de lumière peut être acquis. D'autre part, comme représenté à la figure 'unité 47 d'actionnement peut mettre séquentiellement l'élément 41 de réception de la lumière aux positions de : +nij/4, +nl2/4, nij/4 et nl2/4 dans cet ordre et peut acquérir les signaux détectés par l'unité 40 de réception de lumière en des positions respectives de l'élément 41 de réception de la lumière.
[0101] Dans la description ci-dessus, on a décrit un cas où l'unité d'actionnement déplace, comme élément optique, au moins l'un de l'élément 41 de réception de la lumière et de l’élément 31 d'émission de la lumière laser. Mais, si la structure permet de déplacer la lentille 42 de condenseur etc., l'unité d'actionnement peut déplacer d'autres éléments optiques, tels que la lentille 42 de condenseur. Dans ce cas aussi, une concentration du gaz faisant l'objet d'une mesure est calculée sur la base des signaux détectés par l’unité de réception de la lumière en les deux états où l'élément optique est en des positions différentes de n/2 fois la longueur d'onde de la lumière laser (n étant un nombre entier), Ainsi, par rapport à un cas où l'on déplace la lentille de condenseur aléatoirement, le bruit d'interférence peut être réduit. En particulier, l'unité 40 de réception de lumière et l'unité 60 de traitement de signal de réception de lumière peuvent mesurer une intensité de la lumière laser et effectuer un traitement de signal en synchronisant la période où l'unité d'actionnement déplace l'élément optique, et ainsi, on peut obtenir une installation d'analyse des gaz éliminant efficacement la vibration.
[0102] Bien que les modes de réalisation de l'invention présente aient été décrits, la portée technique de l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrit ci-dessus. Il va de soi pour l'homme du métier que l'on peut apporter diverses modifications et perfectionnements aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Il va de soi aussi que les modes de réalisation additionnés de modifications ou de perfectionnements de ce genre font partie de l'invention.
[0103] Les fonctionnements, procédures, stades et étapes de chaque opération effectuée par une installation, système, programme et procédé suivant l'invention ou ses modes de réalisation ou ses schémas peuvent être effectués dans n'importe quel ordre pourvu que
l'ordre ne soit pas indiqué par "avant" ou analogues et pourvu qu'à l'issue d’une opération précédente, ils ne soit pas utilisé l'expression dans la dernière opération. Même si le flux des opération est décrit en utilisant des phrases, comme "d'abord" ou "ensuite”, tant dans les modes de réalisation que dans les schémas, cela ne signifie pas nécessairement que les opérations doivent être effectuer dans cet ordre. EXPLICATION DES REPERES
[0104] 1 : lumière laser; 2 : deuxième lumière laser; 3 : première lumière laser; 5 : forme d'onde de mesure; 6 : forme d'onde de mesure; 7 : forme d'onde moyenne; 10 : conduit; 11 : espace de l'objet à mesurer; 12 : partie de paroi; 14 : ouverture; 21 : bride du côté de l’émission de la lumière; 22 : bride du côté de réception de la lumière; 30 : unité d'émission de la lumière; 31 : élément d'émission de lumière laser; 32 : unité formant source de lumière laser; 33 : lentille collimatrice; 34 : dossier; 35 : tube d'émission; 36 : unité d'actionnement; 37 : Plaque de base; 38 : unité de vibration piézoélectrique; 39 : partie de liaison; 40 : unité de réception de lumière; 41 : élément de réception de lumière; 42 : lentille de condenseur; 43 : boîtier; 44 : tube d'entrée; 45 : plaquette à circuit imprimé; 46 : amplificateur; 47 : unité d’actionnement; 48 : plaque de base; 49 : unité piézoélectrique; 50 : unité d'émission de la lumière; 51 : premier élément d'émission de la lumière; 52 : deuxième élément d’émission de la lumière; 53 : miroir concave; 54 : boîtier; 60 : unité de traitement de signal de réception de la lumière; 61 : convertisseur I-V; 62 : oscillateur; 63 : circuit de détection de synchronisation; 64 : filtre passe-bas; 65 : unité opératoire; 72 : partie faisant rayonner de la chaleur; 100 : installation d'analyse des gaz; 202 : unité de commande de longueur d'onde; 204 : unité produisant un signal de commande de balayage de longueur d'onde; 205 : unité de production d'un signal de modulation harmonique; 206 : unité de commande de courant; 207 : unité de commande de température; 208 : thermistance; 210 : dispositif à effet Peltier.
Claims (1)
- Revendications [Revendication I] Installation (202) d'analyse de gaz pour analyser un constituant inclus dans un gaz faisant l'objet d'une mesure, caractérisé en ce qu’il comprend : une unité (31) d'émission de lumière pour envoyer de la lumière (1) laser au gaz faisant l’objet d'une mesure; une unité (41) de réception de lumière pour recevoir la lumière (1) laser ayant passé dans le gaz faisant l'objet dune mesure; une unité (48) d'actionnement pour modifier une longueur du chemin optique de la lumière (1) laser en déplaçant au moins un élément optique, qui est disposé dans un chemin de la lumière où passe la lumière (1) laser et une unité (60) de calcul pour calculer une concentration du gaz faisant l'objet de la mesure sur la base de signaux détectés par l'unité (41) de réception de la lumière dans deux états où l'élément optique est en des positions différentes de n/2 fois une longueur d'onde de la lumière (1) laser (n étant un nombre entier), [ Revendication 2] Installation (202) d'analyse des gaz suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'unité (31) d'émission de lumière a un élément (32) d'émission de lumière, l'unité (41) de réception de lumière a un élément (42) de réception de lumière et l'unité (48) d'actionnement déplace au moins l'un de l'élément (32) d'émission de lumière et de l'élément (42) de réception de lumière, [ Revendication 3] Installation (202) d'analyse des gaz suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'unité (48) d'actionnement déplace l'élément optique d'une amplitude de n/2 fois une longueur d'onde de la lumière laser. [Revendication 4] Installation (202) d'analyse des gaz suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'unité (41) de réception de lumière mesure une intensité de la lumière (1) laser, en synchronisant une période où l'unité (48) d’actionnement déplace l'élément optique. [Revendication 5] Installation (202) d'analyse des gaz suivant la revendication 2, caractérisée en ce que l’unité (31) démission de lumière a une pluralité d'éléments (32) d'émission de lumière ayant des longueurs d'onde d'émission de lumière différentes et l'unité (48) d'actionnement déplace l'élément (42) de réception de lumière. [Revendication 6] Installation (202) d'analyse des gaz suivant la revendication 5, caractérisée en ce que l'unité (31) d'émission de lumière choisit n'importe lequel des éléments (32) d'émission de lumière pour émettre de la lumière et l'unité (48) d'actionnement déplace l'élément (41) de réception de lumière d'une amplitude correspondant à une longueur d'onde d'émission de lumière de l'élément (32) d'émission de lumière, qui émet de la lumière. [Revendication 7] Installation (202) d'analyse des gaz suivant la revendication 5, caractérisée en ce que l'unité (31) d'émission de lumière choisit séquentiellement les éléments (32) d'émission de lumière pour émettre de la lumière et l'unité (48) d'actionnement déplace séquentiellement les éléments (42) de réception de lumière en des positions correspondant à une longueur d'onde d'émission de lumière de l'élément (32) d'émission de lumière, qui émet de la lumière, [Revendication 8] Installation (202) d'analyse des gaz suivant la revendication 2, caractérisée en ce que i'unité (31) d'émission de lumière a, en outre, une partie (100) de rayonnement de la chaleur pour faire rayonner de la chaleur de l'élément (31) démission de lumière et l'unité (48) d'actionnement déplace l'élément (42) de réception de lumière. [Revendication 9] Installation (202) d’analyse des gaz suivant ia revendication 2, caractérisée en ce que l'unité (31) d’émission de lumière a : une partie (100) faisant rayonner de la chaleur pour faire rayonner la chaleur de l’élément (32) d émission de lumière et une partie de liaison, qui relie thermiquement l'élément (32) d'émission de lumière et la partie (100) faisant rayonner de la chaleur, sans fixer une position relative entre l’élément (32) d'émission de lumière et la pallie (100) faisant rayonner de la chaleur et en ce que l'unité (48) d'actionnement déplace l'élément (32) d'émission de lumière. [Revendication 10] Installation (202) d'analyse des gaz suivant la revendication 2, ca- ractérisée en ce que l'unité (41) de réception de lumière a, en outre, une plaquette (46) de circuit imprimé où un amplificateur (47) est prévu pour amplifier un signal de sortie de l’élément (42) de réception de lumière et en ce que l'unité (48) d’actionnement déplace l'élément (42) de réception de lumière et la plaquette (46) à circuit imprimé. [Revendication 11] Installation (202) d’analyse des gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'unité (48) d'actionnement commande une forme d'onde de vibration indiquant une position vers laquelle l'élément optique est déplacé, par une onde triangulaire. [Revendication 12] Installation (202) d'analyse des gaz suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'unité (48) d'actionnement commande une forme d'onde de vibration indiquant une position vers laquelle l'élément optique est déplacé, par une onde rectangulaire.
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