WO2003083455A1 - Dispositif de detection de gaz - Google Patents

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WO2003083455A1
WO2003083455A1 PCT/FR2002/001155 FR0201155W WO03083455A1 WO 2003083455 A1 WO2003083455 A1 WO 2003083455A1 FR 0201155 W FR0201155 W FR 0201155W WO 03083455 A1 WO03083455 A1 WO 03083455A1
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gas
modulation
resonant tank
measurement
capillary
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PCT/FR2002/001155
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Virginie Zeninari
Bertrand Parvite
Daniel Courtois
Venedikt Kapitanov
Yurii Panomarev
Original Assignee
Universite De Reims Champagne-Ardenne
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Definitions

  • the present invention relates to a gas detection device
  • Such a device is to measure two or more gases simultaneously by using a single acoustic transducer and without limiting the radiant energy to too narrow bandwidths thus allowing the superimposition of the wavelength bands.
  • Such a device is of no interest when it is desired to detect only a gas.
  • it requires the use of several sources, which, in the case specified above, is not useful.
  • the detection of several gases makes the calculation more complex and at the same time reduces the sensitivity of the measuring device.
  • a photoacoustic measurement device for the presence of a gas comprising a laser radiant energy source to supply excitation energy to the measurement zone occupied by the gas, chosen from a range of lengths. maximum absorption wave for gas, a modulation device for modulating the excitation energy, a transducer arranged in the measurement area for detecting the acoustic signals produced, characterized in that the measurement area consists of a resonant tank of Helmholtz type whose resonant frequency is adapted to the frequency of modulation of the optical excitation.
  • Another object of the invention is to provide a space-saving device which can be mounted in a vehicle while having a high sensitivity.
  • the device is mounted on a vehicle, the inlet tube communicating with the outside of the vehicle and sucking in air to perform the detections of the gas to be detected.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the device according to the present invention
  • FIG. 2A shows a perspective view of a resonant tank of the Helmholtz type used in the device according to the invention
  • FIG. 2B represents the amplitude response of the Helmholtz type resonant tank as a function of the modulation frequency
  • FIG. 2C represents the phase response of the resonant tank of the Helmholtz type as a function of the modulation frequency
  • - Figure 3A represents the response of the Helmholtz type resonant tank when it is closed on the outside;
  • FIG. 3B shows the response of the Helmholtz type resonant tank when it is open to the outside
  • - Figure 4 shows the response curves of the device obtained for different concentrations of a gas
  • FIG. 5A shows the response of a non-resonant tank when it is closed on the outside
  • FIG. 5B shows the response of a non-resonant tank when it is open to the outside
  • FIG. 5C shows the spectra of light absorption by a gas as a function of the different wavelengths of light.
  • the curve of absorption of light by a determined gas such as for example, methane (CH 4 ) has maximums for certain wavelengths ⁇ -i, ⁇ 2 , ⁇ 3 .
  • a gas such as for example, methane (CH 4 )
  • CH 4 methane
  • the efficiency with which a gas absorbs radiant energy varies considerably with the wavelengths of radiation.
  • the absorption of energy by a particular gas over a spectrum of wavelengths includes narrow bands of high absorption spaced from each other by bands of shorter absorption wavelengths.
  • Each gas has a unique absorption spectrum and photoacoustic systems can be improved by precisely adapting the wavelengths of the radiant energy to the gas to be measured.
  • the known principle of photoacoustic measurement consists in that the studied gas contained in a tank, absorbs the radiant energy passing in the tank, each individual molecule thus increases its energy of rotation-vibration and finally, the collisions between molecules increase.
  • This phenomenon is manifested by an increase in temperature and as the gas is contained in a closed volume, the pressure also increases.
  • the problem which arises is that when it is wished to measure the presence of a gas in various places and in real time on the sample, it is necessary to circulate the gas withdrawn in a tank open on the outside.
  • the response curve of a device of the prior art with a non-resonant tank has the characteristics of FIG. 5B. It is difficult to extract from the noise generated, the signal which corresponds to the presence of the gas which it is desired to detect.
  • the object of the invention is therefore to propose a system which can be used both in closed tank and in open tank and which makes it possible to obtain a high detection sensitivity, by being easily adaptable to any gas.
  • This object is achieved by the device in FIG. 1 consisting of a laser source (1), for example a diode, emitting the wavelength corresponding to an absorption peak on the part of the gas.
  • This laser beam (3) passes through a modulator (2), for example mechanical, to be frequency modulated at a determined frequency, for example 210 Hz.
  • the radiation (3) reaches a resonant tank (4), of the type Helmholtz, constituted, as shown in FIG. 2, by two parallel tubes (40, 41) closed at their ends by windows (42a, 42b) for the first tube (40) and respectively (42f, 42d) for the second tube (41 ).
  • the windows allow the passage of the laser beam which thus enters the volume of a tube (40) arranged in its path.
  • the two parallel tubes are interconnected near each of their ends by capillary tubes (43, 44) of diameter (d) smaller than the diameter (D) of the parallel tubes (40, 41).
  • a resonant tank is produced at a frequency of 210 Hz.
  • parallel tubes (40, 41) are arranged in a central area of the electret microphones (10, 11).
  • These electret microphones (10, 11) have a flat response curve in the range of 100 Hz to 20 KHz. It is possible to use condenser microphones without departing from the spirit of the invention.
  • the type of microphones used can be supplied by the firm Knowles under the reference K 1024 or, we can use microphones Sennheiser or Br ⁇ el & Kjaer.
  • the first capillary (43) is provided with an inlet tube (5) and the second capillary (44) is provided with an outlet tube (6).
  • a respective valve (45, 46) is mounted so as to close the inlet tube (5) and respectively (46) the outlet tube (6). When the inlet (5) and outlet (6) tubes are closed, the valves (45, 46) still allow gas to flow through the capillaries from one tube (40) to the other (41 ).
  • the outlet tube (6) can be equipped with a suction pump (60) so as to allow sufficient gas circulation to ensure measurement in real time.
  • the output signal from the microphone (10) arranged on the tube (40) receiving the laser radiation is sent to the positive input of a differential amplifier (8).
  • the output of this amplifier delivers the electrical signals representative of the quantity of gas detected to a display system (9).
  • the device also includes an electronic assembly (7) for controlling the mechanical modulator (2).
  • the modulation device is integrated into the system (1) for generating laser radiation and this modulation occurs electronically by modulation of the excitation current of the laser diode.
  • the laser for example with a diode, will be chosen with a wavelength of 1.65 microns and the modulation frequency will be chosen so that it is at the maximum amplitude response of the resonant tank, this maximum corresponding to a response in phase opposition of the signals delivered by the second microphone (11) with respect to the signals delivered by the first microphone (10).
  • the maximum amplitude response is located at 210 Hz and in Figure 2C, we see that for this frequency value, the signals (110) delivered by the second microphone (11) are in phase opposition with respect to the signals (100) delivered by the first microphone (10).
  • the photoacoustic device for measuring the presence of a gas comprising a laser radiant energy source (1) for supplying excitation energy to the measurement zone occupied by the gas chosen in a wavelength band maximum absorption for the gas, a modulation device (2) for modulating the excitation energy, a transducer (10, 1 1) arranged in the measurement area for detecting the acoustic signals produced, is characterized in that the measurement area consists of a resonant tank (4) whose resonant frequency is adapted to the modulation frequency of the optical excitation.
  • the resonant tank comprises two acoustic transducers (10, 1 1) arranged in enclosures (40, 41) connected together, so as to form a resonator system of the Helmholtz type whose enclosures are in opposition to phase.
  • the output of the transducer (10) disposed in the enclosure (40) subjected to laser radiation is connected to the positive input of a differential amplifier (8) and the output of the transducer (1 1) disposed in the other enclosure (41) is connected to the negative input of the differential amplifier (8).
  • the resonant tank (4) consists of two chambers (40, 41) in the form of measurement tubes connected near each end by a capillary tube, a first capillary
  • the outlet tube is connected to a pump (60).
  • the device is mounted on a vehicle, the inlet tube (5) communicating with the exterior of the vehicle and sucking in air to carry out the detections of the gas to be detected.
  • the device includes means for adapting the wavelength of the light source as a function of the gas to be detected.
  • the modulator (2) is mechanical.
  • the modulation of the optical excitation (3) is carried out electronically by variation of the control current of the laser diode.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de mesure photoacoustique de la présence d'un gaz comportant une source d'énergie radiante laser (1) pour fournir une énergie d'excitation à la zone de mesure occupée par le gaz choisie dans une bande de longueurs d'onde d'absorption maximum pour le gaz, un dispositif de modulation (2) pour moduler l'énergie d'excitation, un transducteur (10, 11) disposé dans la zone de mesure pour détecter les signaux acoustiques produits, caractérisé en ce que la zone de mesure est constituée d'une cuve (4) résonnante dont la fréquence de résonance est adaptée à la fréquence de modulation de l'excitation optique.

Description

Dispositif de détection de gaz
La présente invention concerne un dispositif de détection de gaz
Il est connu par la demande de brevet européen 0 950 179, un système photoacoustique pour mesurer deux ou plusieurs gaz utilisant plusieurs sources radiantes de type laser dont les fréquences sont adaptées aux bandes des longueurs d'onde d'absorption des gaz à détecter et comportant dans la chambre de détection un transducteur acoustique mesurant les variations de pression générées par la modulation de chacune des sources laser.
Le but d'un tel dispositif est de mesurer deux ou plusieurs gaz simultanément en utilisant un seul transducteur acoustique et sans limiter l'énergie radiante à des largeurs de bandes trop étroites permettant ainsi la superposition des bandes de longueurs d'onde. Un tel dispositif ne présente aucun intérêt lorsque l'on veut détecter seulement un gaz. De plus, il nécessite l'utilisation de plusieurs sources, ce qui, dans le cas précisé ci- dessus, n'est pas utile. La détection de plusieurs gaz rend le calcul plus complexe et en même temps diminue la sensibilité du dispositif de mesure.
Il est connu également par la demande de brevet WO 96/31765, un appareil de mesure photoacoustique pour les gaz ou les mélanges de gaz, consistant à comparer la concentration du gaz détecté ou mesuré avec celui d'un détecteur de référence contenant le même gaz. Ce brevet a pour but de pallier les inconvénients des méthodes de mesure antérieures basées sur les effets photoacoustiques nécessitant un volume fixé ou confiné de gaz ou de mélange de gaz qui doivent être soumis à la mesure. Les dispositifs de l'art antérieur nécessitent des volumes importants contenant le gaz lorsque la concentration de gaz est faible. Toutefois, la présence de détection de référence a l'inconvénient de pénaliser l'appareil. Le but de la présente invention vise effectivement à améliorer la sensibilité des détecteurs de gaz, notamment pour les concentrations très faibles, tout en utilisant un dispositif simple adaptable facilement à la détection de tout type de gaz. Ce but est obtenu par un dispositif de mesure photoacoustique de la présence d'un gaz comportant une source d'énergie radiante laser pour fournir une énergie d'excitation à la zone de mesure occupée par le gaz, choisie dans une gamme de longueurs d'onde d'absorption maximum pour le gaz, un dispositif de modulation pour moduler l'énergie d'excitation, un transducteur disposé dans la zone de mesure pour détecter les signaux acoustiques produits, caractérisé en ce que la zone de mesure est constituée d'une cuve résonnante de type Helmholtz dont la fréquence de résonance est adaptée à la fréquence de modulation de l'excitation optique.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif peu encombrant qui puisse être monté dans un véhicule tout en ayant une grande sensibilité.
Selon cet autre but, le dispositif est monté sur un véhicule, le tube d'entrée communiquant avec l'extérieur du véhicule et aspirant l'air pour effectuer les détections du gaz à détecter. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue schématique du dispositif selon la présente invention ; - la figure 2A représente une vue en perspective d'une cuve résonnante de type Helmholtz utilisée dans le dispositif selon l'invention ;
- la figure 2B représente la réponse en amplitude de la cuve résonnante de type Helmholtz en fonction de la fréquence de modulation ;
- la figure 2C représente la réponse en phase de la cuve résonnante de type Helmholtz en fonction de la fréquence de modulation ; - la figure 3A représente la réponse de la cuve résonnante de type Helmholtz lorsque celle-ci est fermée sur l'extérieur ;
- la figure 3B représente la réponse de la cuve résonnante de type Helmholtz lorsque celle-ci est ouverte sur l'extérieur ; - la figure 4 représente les courbes de réponse du dispositif obtenu pour différentes concentrations d'un gaz ;
- la figure 5A représente la réponse d'une cuve non résonnante lorsque celle-ci est fermée sur l'extérieur ;
- la figure 5B représente la réponse d'une cuve non résonnante lorsque celle-ci est ouverte sur l'extérieur ;
- la figure 5C représente les spectres d'absorption de lumière par un gaz en fonction des différentes longueurs d'ondes de lumière.
Il est connu, comme représenté à la figure 5C, que la courbe d'absorption de lumière par un gaz déterminé, tel que par exemple, le méthane (CH4) présente des maximums pour certaines longueurs d'ondes λ-i, λ2, λ3. Ainsi, l'efficacité avec laquelle un gaz absorbe l'énergie radiante varie considérablement avec les longueurs d'onde des radiations. L'absorption d'énergie par un gaz particulier sur un spectre de longueurs d'onde comprend des bandes étroites de haute absorption espacées les unes des autres par des bandes de longueurs d'onde d'absorption moins élevées. Chaque gaz a un spectre d'absorption unique et les systèmes photoacoustiques peuvent être améliorés en adaptant précisément la longueurs d'onde de l'énergie radiante au gaz que l'on souhaite mesurer. Le principe connu de mesure photoacoustique consiste en ce que le gaz étudié contenu dans une cuve, absorbe l'énergie radiante passant dans la cuve, chaque molécule individuelle accroît ainsi son énergie de rotation-vibration et finalement, les collisions entre molécules augmentent. Ce phénomène se manifeste par un accroissement de température et comme le gaz est contenu dans un volume fermé, la pression augmente également. Ceci se manifeste sur la courbe 5A où l'on voit que dans une cuve fermée non résonnante, on obtient une augmentation de pression détectée par le signal fourni par un microphone pour une longueur d'onde déterminée. Le problème qui se pose est que lorsque l'on veut effectuer la mesure de présence d'un gaz dans des endroits divers et en temps réel sur l'échantillon, il est nécessaire de faire circuler le gaz prélevé dans une cuve ouverte sur l'extérieur. Dans ce cas-là, la courbe de réponse d'un dispositif de l'art antérieur à cuve non résonnante présente les caractéristiques de la figure 5B. Il est difficile d'extraire parmi le bruit généré, le signal qui correspond à la présence du gaz que l'on souhaite détecter. Le but de l'invention est donc de proposer un système qui puisse être utilisé aussi bien en cuve fermée qu'en cuve ouverte et qui permette d'obtenir une grande sensibilité de détection, en étant facilement adaptable à n'importe quel gaz. Ce but est atteint par le dispositif de la figure 1 constitué d'une source laser (1 ), par exemple à diode, émettant la longueur d'onde correspondant à un pic d'absorption de la part du gaz. Ce rayon laser (3) passe à travers un modulateur (2), par exemple mécanique, pour être modulé en fréquence à une fréquence déterminée, par exemple de 210 Hz. Le rayonnement (3) atteint une cuve résonnante (4), de type Helmholtz, constituée, comme représenté figure 2, par deux tubes parallèles (40, 41 ) fermés à leurs extrémités par des fenêtres (42a, 42b) pour le premier tube (40) et respectivement (42f, 42d) pour le second tube (41 ). Les fenêtres permettent le passage du faisceau laser qui pénètre ainsi dans le volume d'un tube (40) disposé sur son trajet. Les deux tubes parallèles sont reliés entre eux à proximité de chacune de leurs extrémités par des tubes capillaires (43, 44) de diamètre (d) plus petit que le diamètre (D) des tubes parallèles (40, 41 ).
Ainsi, par exemple, en choisissant des tubes et des capillaires de 10 cm de longueur et le rapport des diamètres des capillaires sur le diamètre des tubes égal à 1/10, on réalise une cuve résonnante à une fréquence de 210 Hz. Sur chacun des tubes parallèles (40, 41) sont disposés dans une zone centrale des micros à électret (10, 11). Ces micros à électret (10, 11) ont une courbe de réponse plate dans la plage de 100 Hz à 20 KHz. Il est possible d'utiliser des micros à condensateur sans pour autant sortir de l'esprit de l'invention. Le type de micros utilisé peut être fourni par la firme Knowles sous la référence K 1024 ou encore, on peut utiliser des micros Sennheiser ou Brϋel & Kjaer. Le premier capillaire (43) est pourvu d'un tube d'arrivée (5) et le deuxième capillaire (44) est pourvu d'un tube de sortie (6). Un robinet respectif (45, 46) est monté de façon à fermer le tube d'arrivée (5) et respectivement (46) le tube de sortie (6). Lorsque les tubes d'arrivée (5) et de sortie (6) sont fermés, les robinets (45, 46) permettent tout de même la circulation du gaz au travers des capillaires d'un tube (40) vers l'autre (41 ). Le tube de sortie (6) peut être équipé d'une pompe aspirante (60) de façon à permettre une circulation suffisante des gaz pour assurer une mesure en temps réel. Le signal de sortie du microphone (10) disposé sur le tube (40) recevant le rayonnement laser est envoyé sur l'entrée positive d'un amplificateur différentiel (8). Le signal de sortie du deuxième microphone (11 ) disposé sur le tube parallèle (41 ) qui n'est pas placé dans le faisceau du rayonnement laser, est envoyé sur l'entrée négative de l'amplificateur différentiel (8). La sortie de cet amplificateur délivre les signaux électriques représentatifs de la quantité de gaz détecté à un système d'affichage (9). Le dispositif comporte également un ensemble électronique (7) permettant de contrôler le modulateur mécanique (2). Dans une variante de réalisation, le dispositif de modulation est intégré au système (1 ) de génération du rayonnement laser et cette modulation se produit de façon électronique par modulation du courant d'excitation de la diode laser.
Un exemple d'application va maintenant être explicité pour la détection du méthane. Pour détecter ce gaz, le laser, par exemple à diode, sera choisi avec une longueur d'onde de 1 ,65 microns et la fréquence de modulation sera choisie pour qu'elle se situe au maximum de réponse en amplitude de la cuve résonnante, ce maximum correspondant à une réponse en opposition de phase des signaux délivrés par le second micro (11 ) par rapport aux signaux délivrés par le premier micro (10). En effet, on peut voir sur la courbe de la figure 2B que le maximum de réponse d'amplitude se situe à 210 Hz et sur la figure 2C, on constate que pour cette valeur de fréquence, les signaux (110) délivrés par le second micro (11) sont en opposition de phase par rapport aux signaux (100) délivrés par le premier micro (10). Ces signaux viennent donc s'ajouter dans l'amplificateur (8) et produisent en sortie un signal d'amplitude plus élevé aussi bien cuve fermée sur l'extérieur, comme représenté à la figure 3A, que cuve ouverte sur l'extérieur comme représenté figure 3B. Ainsi, avec une cuve résonnante de dimensions très faibles, environ un carré de 10 cm de côté, avec des tubes ayant un rapport de diamètre de 1 à 10 et un volume des capillaires par rapport au volume des tubes ayant un rapport de volume de 1 à 100, il est possible d'obtenir une grande sensibilité de détection. Le dispositif permet ainsi de détecter la présence du méthane avec une concentration de l'ordre de 10 ppm. La figure 4 représente les courbes de réponse en sortie de l'amplificateur (8) lors d'une série de mesures effectuées avec des concentrations de méthane variant de 100 ppm à 100 000 ppm. Lorsque l'on veut adapter le dispositif à la détection d'un autre gaz, il suffit de changer la longueur d'onde de la source laser. Des moyens peuvent être prévus pour changer facilement la longueur d'onde de la source laser et la fréquence de modulation.
Ainsi, le dispositif de mesure photoacoustique de la présence d'un gaz comportant une source d'énergie radiante laser (1 ) pour fournir une énergie d'excitation à la zone de mesure occupée par le gaz choisie dans une bande de longueurs d'onde d'absorption maximum pour le gaz, un dispositif de modulation (2) pour moduler l'énergie d'excitation, un transducteur (10, 1 1 ) disposé dans la zone de mesure pour détecter les signaux acoustiques produits, se caractérise en ce que la zone de mesure est constituée d'une cuve (4) résonnante dont la fréquence de résonance est adaptée à la fréquence de modulation de l'excitation optique. Dans un autre mode de réalisation, la cuve résonnante comporte deux transducteurs acoustiques (10, 1 1 ) disposés dans des enceintes (40, 41 ) reliées entre elles, de façon à former un système résonateur de type Helmholtz dont les enceintes sont en opposition de phase.
Dans un autre mode de réalisation, la sortie du transducteur (10) disposé dans l'enceinte (40) soumise au rayonnement à laser est reliée à l'entrée positive d'un amplificateur différentiel (8) et la sortie du transducteur (1 1 ) disposé dans l'autre enceinte (41 ) est reliée à l'entrée négative de l'amplificateur différentiel (8).
Dans un autre mode de réalisation, la cuve résonnante (4) est constituée de deux enceintes (40, 41 ) en forme de tubes de mesure reliés à proximité de chaque extrémité par un tube capillaire, un premier capillaire
(43) recevant un tube d'entrée (5) équipé d'un robinet (45), le second capillaire (44) recevant un tube de sortie (6) équipé d'un robinet (46).
Dans un autre mode de réalisation, le tube de sortie est relié à une pompe (60). Dans un autre mode de réalisation, le dispositif est monté sur un véhicule, le tube d'entrée (5) communiquant avec l'extérieur du véhicule et aspirant l'air pour effectuer les détections du gaz à détecter.
Dans un autre mode de réalisation, le dispositif comporte des moyens d'adapter la longueur d'onde de la source lumineuse en fonction du gaz à détecter.
Dans un autre mode de réalisation, le modulateur (2) est mécanique.
Dans un autre mode de réalisation, la modulation de l'excitation optique (3) est effectuée électroniquement par variation de courant de commande de la diode laser. II doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure photoacoustique de la présence d'un gaz comportant une source d'énergie radiante laser (1 ) pour fournir à la zone de mesure occupée par le gaz une énergie d'excitation choisie dans une bande de longueurs d'onde d'absorption maximum pour le gaz, un dispositif de modulation (2) pour moduler l'énergie d'excitation selon une fréquence de modulation, la zone de mesure étant constituée d'une cuve (4) résonnante dont la fréquence de résonance est adaptée à la fréquence de modulation de l'excitation optique, caractérisé en ce que cette cuve (4) résonnante comporte deux transducteurs (10, 11) acoustiques pour détecter les signaux acoustiques produits, disposés dans des enceintes (40, 41 ) reliées entre elles, de façon à former un système résonateur de type Helmholtz dont les enceintes (40, 41) sont en opposition de phase et en ce qu'il comporte des moyens d'adapter la longueur d'onde de la source lumineuse en fonction du gaz à détecter.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la modulation de l'excitation optique (3) est effectuée électroniquement par variation de courant de commande de la diode laser.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la sortie du transducteur (10) disposé dans l'enceinte (40) soumise au rayonnement à laser est reliée à l'entrée positive d'un amplificateur différentiel (8) et la sortie du transducteur (11 ) disposé dans l'autre enceinte (41 ) est reliée à l'entrée négative de l'amplificateur différentiel (8).
4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cuve résonnante (4) est constituée de deux enceintes (40, 41 ) en forme de tubes de mesure reliés à proximité de chaque extrémité par un tube capillaire, un premier capillaire (43) recevant un tube d'entrée (5) équipé d'un robinet (45), le second capillaire (44) recevant un tube de sortie (6) équipé d'un robinet (46).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube de sortie est relié à une pompe (60).
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il est monté sur un véhicule, le tube d'entrée (5) communiquant avec l'extérieur du véhicule et aspirant l'air pour effectuer les détections du gaz à détecter.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le modulateur (2) est mécanique.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012010806A1 (fr) 2010-07-21 2012-01-26 Université De Reims Champagne Ardenne Procede et dispositif de detection de traces de gaz multiples
EP2930506A1 (fr) 2014-04-08 2015-10-14 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Dispositif de detection a resonateur acoustique differentiel de type helmholtz
EP3012616A1 (fr) 2014-10-22 2016-04-27 Services Petroliers Schlumberger Système et procédé pour analyser un échantillon gazeux extrait d'un fluide de forage provenant d'un puits de forage
EP3104162A1 (fr) 2015-06-08 2016-12-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif de detection photoacoustique modulaire
US9551829B2 (en) 2011-04-21 2017-01-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Photoacoustic gas sensor with a helmholtz cell

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3995960A (en) * 1975-07-25 1976-12-07 Nasa Method and apparatus for background signal reduction in opto-acoustic absorption measurement
US4817413A (en) * 1983-01-08 1989-04-04 Horiba, Ltd. Method of using an opto-acoustic apparatus for measuring concentration of gas
DE3832906A1 (de) * 1987-09-28 1989-04-13 Hitachi Ltd Photoakustisches spektrometer
EP0478136A1 (fr) * 1990-08-20 1992-04-01 Shiseido Company Limited Cellule photoacoustique et dispositif de mesure photoacoustique

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3995960A (en) * 1975-07-25 1976-12-07 Nasa Method and apparatus for background signal reduction in opto-acoustic absorption measurement
US4817413A (en) * 1983-01-08 1989-04-04 Horiba, Ltd. Method of using an opto-acoustic apparatus for measuring concentration of gas
DE3832906A1 (de) * 1987-09-28 1989-04-13 Hitachi Ltd Photoakustisches spektrometer
EP0478136A1 (fr) * 1990-08-20 1992-04-01 Shiseido Company Limited Cellule photoacoustique et dispositif de mesure photoacoustique

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MCCLENNY W A ET AL: "HELMHOLTZ RESONATOR ENHANCEMENT OF PHOTOACOUSTIC SIGNALS", APPLIED OPTICS,OPTICAL SOCIETY OF AMERICA,WASHINGTON,US, vol. 20, no. 4, 15 February 1981 (1981-02-15), pages 650 - 653, XP000996954, ISSN: 0003-6935 *
NORDHAUS O ET AL: "FREQUENCY DEPENDENCE OF RESONANT PHOTOACOUSTIC CELLS: THE EXTENDED HELMHOLTZ RESONATOR", APPLIED PHYSICS,SPRINGER VERLAG. HEIDELBERG,DE, vol. 25, no. 3, July 1981 (1981-07-01), pages 221 - 229, XP001002935 *
ZENINARI V ET AL: "DESIGN AND CHARACTERISTICS OF A DIFFERENTIAL HELMHOLTZ RESONANT PHOTOACOUSTIC CELL FOR INFRARED GAS DETECTION", INFRARED PHYSICS AND TECHNOLOGY,ELSEVIER SCIENCE,GB, vol. 40, no. 1, February 1999 (1999-02-01), pages 1 - 23, XP001011531, ISSN: 1350-4495 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012010806A1 (fr) 2010-07-21 2012-01-26 Université De Reims Champagne Ardenne Procede et dispositif de detection de traces de gaz multiples
FR2963102A1 (fr) * 2010-07-21 2012-01-27 Univ Reims Champagne Ardenne Procede et dispositif de detection de traces de gaz multiples
US9551829B2 (en) 2011-04-21 2017-01-24 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Photoacoustic gas sensor with a helmholtz cell
EP2930506A1 (fr) 2014-04-08 2015-10-14 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Dispositif de detection a resonateur acoustique differentiel de type helmholtz
US9335259B2 (en) 2014-04-08 2016-05-10 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Helmholtz type differential acoustic resonator detection device
EP3012616A1 (fr) 2014-10-22 2016-04-27 Services Petroliers Schlumberger Système et procédé pour analyser un échantillon gazeux extrait d'un fluide de forage provenant d'un puits de forage
EP3104162A1 (fr) 2015-06-08 2016-12-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif de detection photoacoustique modulaire
US10288553B2 (en) 2015-06-08 2019-05-14 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Modular photoacoustic detection device
US10627339B2 (en) 2015-06-08 2020-04-21 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Modular photoacoustic detection device

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