WO2006070144A1 - Procede et installation de mesure et controle de temperature d'un corps par radiometrie micro-onde en environnement extreme prenant en compte les caracteristiques de l'organe de liaison reliant le capteur au radiometre - Google Patents

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WO2006070144A1
WO2006070144A1 PCT/FR2005/051055 FR2005051055W WO2006070144A1 WO 2006070144 A1 WO2006070144 A1 WO 2006070144A1 FR 2005051055 W FR2005051055 W FR 2005051055W WO 2006070144 A1 WO2006070144 A1 WO 2006070144A1
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WO
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sensor
radiometer
connecting member
treatment
temperature
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/051055
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English (en)
Inventor
Luc Dubois
Nicolas Bernardin
Bernard Delpuech
Original Assignee
L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Universite Des Sciences Et Technologies De Lille (Ustl)
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
Application filed by L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude, Universite Des Sciences Et Technologies De Lille (Ustl), Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/006—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of the effect of a material on microwaves or longer electromagnetic waves, e.g. measuring temperature via microwaves emitted by the object

Definitions

  • the present invention relates to methods and installations for measuring the temperature of a body.
  • the invention relates primarily to a method for measuring the temperature of a body non-intrusively and without contact.
  • the document FR-2,679,455 proposes to implement a calibration procedure before the observation period of the body. This step makes it possible to determine the losses related to the electronics inside the radiometer. Nevertheless, a problem may arise if the body is subjected to a treatment during which the sensor must be, for various reasons (in particular environment hostile to the radiometer electronics), away from the radiometer.
  • the sensor is then connected to the radiometer by a connecting member, such as a coaxial cable, having its own characteristics of temperature and loss of signal.
  • the insertion of a link is an additional source of noise that induces an error on the measurement of the radiometric temperature (body temperature that one seeks to determine).
  • This error can however be corrected from taking into account the characteristics of this connecting member (losses and noise temperature) that are not taken into account during the calibration procedure proposed in document FR-2,679,455.
  • the average losses in the frequency band used by the radiometer can be determined from the transmission coefficient of the linkage measured using a network analyzer (very expensive equipment and impossible to place in an industrial site) , provided you place yourself in conditions identical to those that will be encountered on the industrial site.
  • the temperature of the connecting member it can be measured by thermocouple if it is placed in a homogeneous and uniform thermal environment. However, this is rarely the case in practice because the measurement environment will induce a temperature gradient inside and along the connecting member. It should be noted that these characteristics may be largely dependent on external system conditions, such as changes in ambient temperature, or otherwise, so that if these conditions change over time, the measurement of the radiometric temperature is more relevant.
  • the present invention is intended to overcome these disadvantages.
  • the invention proposes a method for measuring the average volume temperature of a body subjected to a treatment in which, during said treatment, the following steps are carried out:
  • a sensor detects a radiometric signal emitted by the body
  • step (d) estimating said average volume temperature from said transmitted signal and an estimated value of said at least one characteristic of the member, said estimated value of said at least one characteristic of the connecting member being previously evaluated at said during a step (e) performed during treatment.
  • an estimate of the characteristic (s) in question is obtained during the treatment. It is not necessary to interrupt the treatment to obtain a recent estimated value of these characteristics. In subsequent temperature measurements, a recent estimate of the characteristic (s) in question is used, which allows a better relevance of the measurements.
  • step (e) is performed repeatedly with a determined periodicity, and, in step (d), is evaluated said temperature from said transmitted signal and an estimated value of said at least one characteristic evaluated in the most recent step (e).
  • step (e) is performed in real time. during step (e), said sensor is replaced by a calibration member for evaluating the characteristic or characteristics of the connecting member.
  • said connecting member comprises a so-called “sensor” end connected to the sensor by means of a sensor cable, and a “radiometer” end connected to the radiometer and, during step (e) replacing said sensor cable with a calibration member consisting of a cable of electrical length equivalent to that of said sensor cable, short-circuited at its end, and evaluating said characteristic of the connecting member.
  • the radiometer comprises a first input channel and a second input channel parallel to the first input channel, and: i) said link member comprises a so-called “sensor” end connected to the sensor via a sensor cable, and a so-called “radiometer” end, connected to the first input channel of the radiometer, ii) during step (e), the value of said at least one characteristic is evaluated by detecting, by said radiometer, a second signal transmitted to the second input channel of the radiometer by a second connecting member used as a calibration member, similar to the first connecting member, having a radiometer end connected to the second input channel radiometer, and a second end, connected to a cable of electrical length equivalent to that of said sensor cable, and short-circuited at its end.
  • the working frequency of the radiometer is varied so as to vary the product depth within which the radiometric temperature measurement is made, to enable at least two experimental curves of variation to be obtained during said treatment the average volume temperature within the product, corresponding to at least two different investigative volumes within the product.
  • the so-called at least two experimental curves make it possible to access the evaluation of the progression of the temperature front within the product.
  • - Said heat treatment is a freezing treatment of the product and said at least two experimental curves provide access to the assessment of the progression of the freezing front inside the product.
  • the working frequency of the radiometer is varied by using a single radiometer comprising at least two sets of electronic signal processing operating in different frequency bands, and connected to one or more sensors.
  • the working frequency of the radiometer is varied by using several different radiometers, each operating in a particular and distinct frequency band connected to one or more sensors.
  • said treatment is a heat treatment.
  • said body is an agri-food product and said treatment is a freezing treatment.
  • said body is an agri-food product and said treatment is a baking treatment. during said treatment, said body is moved along a production line passing near said sensor.
  • said body is constituted by at least one discrete sample, said method further comprising a step (f) during which the presence or absence of a sample is detected in the vicinity of said sensor, and at least the steps (a) are synchronized ) to (d) according to the result of step (f).
  • step (e) is synchronized according to the result of step (f).
  • the invention relates to an installation for measuring the average volume temperature of a body subjected to a treatment in a treatment device, comprising: a sensor adapted to pick up a radiometric signal emitted by the body, a connecting member adapted to transmit the signal picked up by said sensor to a radiometer, said radiometer being adapted to detect a transmitted signal, a transmitted signal which depends at least on said sensed signal and at least one characteristic of the connecting member, an evaluation unit adapted to evaluate said average volume temperature from said transmitted signal and an estimated value of said at least one characteristic of the connecting member, said installation being further adapted to evaluate said estimated value of said less a characteristic of the binding member during processing.
  • a sensor adapted to pick up a radiometric signal emitted by the body
  • a connecting member adapted to transmit the signal picked up by said sensor to a radiometer
  • said radiometer being adapted to detect a transmitted signal, a transmitted signal which depends at least on said sensed signal and at least one characteristic of the connecting member
  • an evaluation unit adapted to evaluate said
  • the installation comprises a calibration member for evaluating said estimated value.
  • said connecting member comprises an end said "sensor” connected to the sensor by means of a sensor cable, and a so-called “radiometer” end, connected to the radiometer and, said calibration member is then constituted by a cable of electrical length equivalent to that said sensor cable, short-circuited at its end, the installation further comprising switching means adapted to alternately connect said connecting member to said sensor by the sensor cable or said calibration member.
  • said radiometer comprises: i) a first input channel to which is connected a first end of said connecting member, a second end of said connecting member being connected to said sensor by means of a sensor cable, and j) a second input channel to which is connected a calibration member made in the form of a connecting member similar to the connecting member connected to the first channel of the radiometer, and comprising a radiometer end connected to the second channel radiometer input, and a second end connected to a cable of electrical length equivalent to the sensor cable, and short-circuited at its end.
  • the installation comprises a sensor housing comprising said sensor, a connection plug, and a sensor cable connecting said sensor to the connector plug which is connected to a switch for connection of the sensor cable or a calibration member to an input channel of the radiometer via the connecting member, said calibrating member being in the form of a cable of electrical length equivalent to that of the sensor cable, short-circuited at its end and placed inside the sensor housing.
  • the treatment device is a device for heat treatment in which are located said body and said sensor, and optionally a portion of said connecting member.
  • said heat treatment device is a freezing tunnel.
  • said heat treatment device is an oven.
  • said heat treatment device is a cooking device.
  • the processing device further comprises a production line passing close to said sensor and adapted to transport said body.
  • FIG. 1 is a schematic view of a non-contact temperature measurement system
  • FIG. 2 is a block diagram of a radiometer with two internal temperature references
  • FIG. 3 is a schematic view. of principle of a first embodiment of the invention
  • - Figure 4 is a schematic view of a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 illustrates another embodiment of the invention (multifrequencies).
  • FIG. 1 shows a heat treatment device 1, such as, for example, a cryogenic freezer tunnel for food products, or an industrial furnace, or the like, capable of subjecting a body 2 to a heat treatment, such as for example, and respectively, freezing or cooking.
  • the heat treatment device comprises an enclosure 3 comprising heat treatment elements 4, such as, for example, cooling or heating elements respectively adapted to place the inside of the enclosure at temperatures typically ranging from room temperature. outside the enclosure until around -25O 0 C, and respectively until around 1500 0 C.
  • the body 2 or a plurality of discrete bodies 2 are placed in the enclosure so as to be subjected to a such a heat treatment, so as to be for example, and respectively, deep-frozen or cooked.
  • the body or bodies 2 can be placed in the enclosure 3, or be transported on a production line 5 comprising for example a conveyor belt 6 set in motion by means of two or more driving devices 7. In this case , the body or bodies 2 enter an inlet side 8 of the heat treatment device 1, are subjected to the heat treatment and emerge from an outlet side 9 of the heat treatment device 1.
  • the body 2 is not necessarily a discrete product, but may for example be a continuous product, for example in granular, fluid or other form. Since the body 2 is subjected to a heat treatment, it is advantageous to control the temperature of the body 2, for example before it leaves the heat treatment device 1, for example in order to regulate the power of the heat treatment elements 4, the heating time. treatment, or other. In addition, if the product 2 is a food product, standards may require that this temperature control be done without contact between the food product 2 and an external element. In this case, it is not possible to use a probe measuring the temperature of the body 2 by contact or intrusion into the body.
  • a radiometer 10 comprising a sensor 11 capable of picking up the radio-frequency or microwave waves (in a frequency range typically between approximately 0.3 and 30 GHz) emitted by the body 2
  • This frequency range is particularly interesting because it makes it possible to obtain information on the average volume temperature of the body 2, globally averaged over the entire volume of the body 2, for a discrete body, or on a volume located in the vicinity of the sensor 11. for a continuous product, and hereinafter referred to as the "temperature" of value T.
  • a radiometer 10 usable in this context is for example described in the patent application FR-2,679,455, the principles of which will be reproduced below.
  • This type of radiometer 10 is quite satisfactory in the case where the sensor 11 can be connected directly to the input 27 of the radiometer, however it turns out that, for example for reasons of hostile atmosphere or space, equipment containing electronic devices must be removed from the inside of the enclosure 3. In fact, for example in the case of heat treatment in extreme conditions (freezing, cooking, ...) the electronic devices support relatively wrong this kind of extreme conditions. Therefore, only the sensor 11, such as a suitable antenna, remains inside the enclosure 3, and is then connected to the radiometer 10 by a connecting member 12 of length between one and several meters, for example. example 20 meters or more.
  • Such a connecting member 12 connects the radiometer 10 to the connection plug 25 of the housing 24 comprising the sensor and what may be called a "sensor cable" 31 inside the housing 24 connecting the connection plug 25 to the sensor 11 well said.
  • the sensor 11 captures a radiometric signal emitted by the body, and transmits it to the radiometer 10, the latter it measures as input a transmitted signal, corresponding to the transmitted signal (sensed by the sensor) attenuated during transmission along the connecting member 12 and increased thermal noise signal specific to the connecting member.
  • the use of such a connecting member 12 is not without problems on industrial site for the measurement of temperature. Indeed, the losses (a L ) and the noise temperature T Liaison of the connecting member can cause a very significant modification of the signal level collected by the radiometer 10, these characteristics being variable and depending in particular on the temperature of the environment or other.
  • the radiometer 10 comprises a first microwave switch 13 which can be connected to four channels (1/2/3/4): a first channel of input 27 connected by the connecting member 12 to the sensor 11, a short circuit 15, a first calibration unit 16, in the form of a 50 Ohm impedance load thermostatted at a known temperature Tl known, and a second calibration unit 17, made in the form of a 50 Ohm impedance load thermostatted at a known given temperature T2.
  • the cables internal respectively connecting the terminals 1,2,3,4 respectively to the elements 15,27,16 and 17 have identical characteristics (losses and temperature).
  • the first switch 13 is connected at its other terminal to a circulator 18, such as a microwave circulator comprising three terminals, the first 18a being connected, as just described, to the first switch 13, the second terminal 18b being connected at an output of the circulator 18 and the third 18c being connected to a second microwave switch 19 which can switch alternately between: a first internal temperature reference 20 made in the form of a 50 Ohm impedance load thermostatted at a temperature TRi , and - a second internal temperature reference
  • the output terminal 18b of the circulator is connected to a microwave electronic processing unit 22 adapted to process the signal received by the short-circuit 15, the input terminal 27, the calibration load 16 or the load of calibration 17, so as to output an exploitable voltage Vs, and comprising in particular, in known manner, a filter 23 between two microwave amplifiers 24a, 24b, a detector 35 and a continuous amplifier 36.
  • a first step consists of to calibrate the radiometer.
  • the procedure is as follows: the first switch 13 being connected to the short circuit 15, and the second switch 19 being connected to the first temperature reference 20, a voltage V is measured a i, the first switch 13 being always connected to the short circuit 15 and the second switch 19 being connected to the second temperature reference 21, a voltage Vj 3I is measured, the first switch 13 being connected to the first calibration unit 16, and the second switch 19 being connected to the first temperature reference 20, a voltage V a3 is measured, the first switch 13 being connected to the first calibration unit 16 and the second switch 19 being connected to the second temperature reference 21, a voltage V ⁇ is measured,
  • the first switch 13 being connected to the second calibration unit 17, and the second switch 19 being connected to the first temperature reference 20, a voltage V a4 is measured, and the first switch 13 is connected to the second d calibration 17, and the second switch 19 being connected to the second temperature reference 21, the voltage Vj 34 is measured.
  • an evaluation unit 32 of the radiometer makes it possible to determine the apparent reference temperatures Tri e and Tr 2e which make it possible to take into account the imperfections of the components which constitute the electronics of the radiometer 10.
  • VaI - Va4 Vbl - Vb3 - Val + Va3) - T2 (Val - Va3) (Vb - Vb4 - Val + Va3) (VbI - Vb3) (Val - Va4) - (Val - Va3) ( Vbl - Vb4) T1 (Vb1 - Vb4) (Vb1 - Vb3 - Val + Va3) + T2 (Vb1 - Vb3) (Vb1 - Vb4 - Val + Va3) - (Vb1 - Vb3) (Val - Va4) + (Val - Va3) ( Vbl - Vb4)
  • the preceding calibration step may be carried out before starting the heat treatment, or during it, repeatedly.
  • the measurement phase of the temperature of the body 2 subjected to the treatment can be summed up in four successive phases as follows:
  • K designates a constant of the installation which depends in particular on the gain of the electronics 22 and the bandwidth of the device
  • p denotes the value of the reflection coefficient of the sensor 11
  • - T denotes the temperature measured for the body
  • This temperature corresponds generally to the average, on a volume depending mainly on the nature, the position and the orientation of the sensor 11, the temperature of the body 2.
  • the sensor 11 is included in a sensor housing 24, which also comprises a connection plug 25 connected to a switch 26 allowing the connection of the sensor cable 31 or of a calibration element to the input channel 27 of the radiometer 10 through the connecting member 12.
  • the calibration member is here in the form of a cable 29 of electrical length equivalent to that of the sensor cable 31, short-circuited at its end 30 and placed at inside the sensor housing 24.
  • the input channel 27 of the radiometer is connected to the calibration member with the aid of the third switch 26, measurement step described in FR 2 679 455 which is recalled below.
  • the first switch 13 being connected to the terminal 27 to which the calibration member is connected via the connecting member 12, and the second switch 19 being connected to the first temperature reference 20, a measurement is made of voltage: the first switch 13 being connected to the short circuit 15, and the second switch 19 being connected to the second temperature reference 21, a voltage is measured: Vb 1 , l and the first switch 13 being connected to the terminal 27 to which the calibration member is connected via the connecting member 12, and the second switch 19 being connected to the second temperature reference 21, a voltage is measured:
  • p 'de notes this time the value of the reflection coefficient seen at the input 27 of the radiometer (ie the reflection coefficient of the load consisting of the connecting member 12 closed at its end by the calibration member, and - T 'denotes the temperature measured for this same charge, ie the temperature of the connecting member 12.
  • This temperature corresponds globally to the average temperature over the entire connecting member 12.
  • the switch 26 is switched as often as necessary in order to use, when measurement, a recent value of the characteristics of the liaison body.
  • the radiometer has a first input channel 27 (which may be described as a “measuring channel”) connected to a radiometer end of the radiometer. connecting member 12, the other end is connected to the sensor 11.
  • the radiometer further has a second input channel 28 (which can be described as “calibration channel”) mounted in parallel with the first input channel 27, and connected to a calibration member 29 made in the form of a connecting member similar to the connecting member 12, and comprising a radiometer end connected to the second input channel 28 of radiometer 10, and a second end, connected to a cable of electrical length equivalent to the sensor cable 31, short-circuited at its end and placed in the sensor housing 24.
  • the switching between sensor 11 and short circuit 30 needed at the passage between a calibration step and a measurement step is performed inside the radiometer 10 by switching between the first input channel 27 and the second input channel 28, which minimizes the number of equipment effectively placed in the enclosure 3 of the heat treatment device, and therefore to minimize both the disturbance of electronic elements by the extreme conditions likely to be present in the chamber 3, and the disruption of the temperature conditions of the enclosure 3 by the presence of electronic elements in this enclosure.
  • the steps and equations for determining the characteristics a L and T Liaison are identical to those described for the first embodiment where the input 27 is replaced by the input 28 of the radiometer 10.
  • the sensor 11 is a plated antenna, it is possible to simultaneously integrate in the calibration procedure the thermal noise of the dielectric material of this antenna. It then suffices to replace the short circuit 30 by a second antenna (not shown), in the same housing or another housing, and having the same characteristics as that connected to the first input channel 27 of the radiometer 10, and short circuited .
  • From the measured temperature value it is possible to control the heat treatment to which the bodies 2 are subjected. For example, it is possible to modify the power of the heat treatment elements 4 in order to increase or decrease the temperature inside the chamber. enclosure 3, and therefore the body 2 at the output of the heat treatment device, or change the speed of the conveyor belt 6, or other.
  • radiometer 10 Although only one radiometer 10 has been described in the foregoing, in relation to a single sensor 11, it would be possible to use several measurement devices of this type, for example distributed along the conveyor belt 6, or to multiply the number of type channels 27 and 28 respectively connected to a connecting member 12 and a calibration member 29, to evaluate the temperature of the body 2 throughout the treatment.
  • Another possible implementation (as shown diagrammatically in FIG. 5 below) consists in operating in "multifrequency" mode by the fact that two synchronized switches 37 and 38 connected respectively to the switches 13 have been added in the radiometer 13. and 19, switching to at least two channels, and making it possible to process the signal received by the short-circuit 15, the input terminal 27, the calibration load 16 or the calibration load 17 by at least two sets of electronic microwave processing 22 centered on different frequencies.
  • In connecting the input 27 to a sensor 11 adapted for the frequencies considered there will be obtained at least two radiometric temperatures corresponding to average temperatures of the body 2 for different investigation volumes.
  • these different radiometric temperatures coupled with thermal models, will allow to deduce a thermal profile inside the product.
  • the implementation of the real-time calibration procedure during the processing process makes it possible to accurately determine in real time the reflection coefficient of the sensor 11.
  • This reflection coefficient can be used to check the presence of the body 2 in the detection zone of the sensor 11, for example to overcome any anomaly of the heat treatment device.
  • the coefficient of reflection can be used to detect the input rate of the discrete bodies 2 in the chamber 3 and, from this information, a control unit can automatically vary a number of parameters of the treatment process, such as for example the power delivered to the heat treatment elements 4, the running speed of the conveyor belt 6 or other.
  • Such monitoring can also be performed without calculating in extenso the reflection coefficient.
  • the presence or absence of body 2 near the sensor 11 results in a large variation in the measurement of the temperature, the calibration having for example been made in the presence of a body 2.
  • the detection, by the unit of control, an "abnormal" temperature then corresponds in reality to the absence of body 2 in the detection zone of the sensor 11. It can thus detect the presence of objects with a resolution of a few centimeters.
  • "Abnormal" temperature means a temperature different from at least a certain threshold (for example a few tens of degrees) relative to the temperature measured during the presence of the body 2.
  • the following table shows body temperature measurements obtained with a radiometer when inserting a 10 meter long, 3.46 dB loss cable between the sensor and the transmitter. input of the radiometer.
  • the sensor is a 50 Ohm load that is immersed in a thermostated bath whose temperature can be set between -2O 0 C and 6O 0 C.

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Abstract

Un procédé de mesure de la température volumique moyenne d'un corps soumis à un traitement, dans lequel, pendant ledit traitement, on met en oeuvre les étapes suivantes : (a) on capte, par un capteur (11), un signal radiométrique émis par le corps, (b) on transmet, par un organe de liaison (12), ledit signal émis depuis ledit capteur à un radiomètre (10), (c) on détecte, par ledit radiomètre, un signal transmis, ledit signal transmis dépendant au moins du signal émis et d'au moins une caractéristique de l'organe de liaison, (d) on évalue ladite température à partir dudit signal transmis et d'une valeur estimée de ladite au moins une caractéristique de l'organe, ladite valeur estimée de la caractéristique de l'organe de liaison étant préalablement évaluée au cours d'une étape (e) effectuée au cours du traitement.

Description

Procédé et installation de mesure et contrôle de température d'un corps par radiométrie micro-onde en environnement extrême prenant en compte les caractéristiques de l'organe de liaison reliant le capteur au radiomètre.
La présente invention est relative aux procédés et installations de mesure de la température d'un corps.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte principalement à un procédé de mesure de la température d'un corps de façon non intrusive et sans contact.
Afin de mesurer sans contact la température d'un corps, il est connu des demandes de brevet FR-2 650 390 et FR-2 679 455 d'utiliser une installation et un procédé de détection radiométrique. En captant un signal émis par le corps dans la gamme des radio-fréquences et des microondes, de l'ordre de 0,3 à 30 GHz environ, on obtient une information relative non seulement à la température superficielle du corps, mais également relative à sa température interne, sous la forme d'une température volumique moyenne du corps (température radiométrique) .
Pour obtenir une valeur fiable de la mesure de la température, le document FR-2 679 455 propose de mettre en oeuvre une procédure d'étalonnage avant la période d'observation du corps. Cette étape permet de déterminer les pertes liées à l'électronique à l'intérieur du radiomètre. Néanmoins, un problème peut se poser si le corps est soumis à un traitement pendant lequel le capteur doit être, pour diverses raisons (notamment d'environnement hostile à l'électronique du radiomètre), éloigné du radiomètre. Le capteur est alors relié au radiomètre par un organe de liaison, tel qu'un câble coaxial, ayant ses propres caractéristiques de température et de pertes de signal.
Et effectivement, l'insertion d'un organe de liaison constitue une source de bruit additionnelle qui induit une erreur sur la mesure de la température radiométrique (température du corps que l'on cherche à déterminer) . Cette erreur peut cependant être corrigée à partir de la prise en compte des caractéristiques de cet organe de liaison (pertes et température de bruit) qui ne sont pas prises en compte pendant la procédure d'étalonnage proposée dans le document FR-2 679 455.
Deux éléments doivent donc être déterminés : les pertes ou atténuation de l'organe de liaison (aL) et sa température de bruit (TLiaison) .
Les pertes moyennes dans la bande de fréquences utilisée par le radiomètre peuvent être déterminées à partir du coefficient de transmission de l'organe de liaison mesuré à l'aide d'un analyseur de réseaux (matériel très coûteux et impossible à placer en site industriel) , à condition de se placer dans des conditions identiques à celles qui seront rencontrées sur le site industriel. Quant à la température de l'organe de liaison, elle peut être mesurée par thermocouple si celui-ci est placé dans un environnement thermique homogène et uniforme. Cependant, cela est rarement le cas en pratique car l'environnement de mesure va induire un gradient de température à l'intérieur et le long de l'organe de liaison. Il est à noter que ces caractéristiques peuvent être grandement dépendantes des conditions extérieures au système, telles que les variations de la température ambiante, ou autre, de sorte que si ces conditions varient au cours du temps, la mesure de la température radiométrique n'est plus pertinente. La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. Comme on le verra ci-dessous plus en détails, elle propose une méthode permettant de corriger facilement la mesure radiométrique afin d'obtenir la température volumique du corps ciblé ainsi qu'une technique pratique très simple permettant de déterminer rapidement sur site les deux paramètres de l'organe de liaison sans utiliser de matériel de mesure supplémentaire au radiomètre. Cette technique permet en outre de prendre en compte l'évolution temporelle des caractéristiques de l'organe de liaison lorsque celui-ci traverse un environnement thermique agressif.
A cet effet, l'invention propose un procédé de mesure de la température volumique moyenne d'un corps soumis à un traitement dans lequel, pendant ledit traitement, on met en oeuvre les étapes suivantes :
(a) on capte, par un capteur, un signal radiométrique émis par le corps,
(b) on transmet, par un organe de liaison, ledit signal capté par ledit capteur à un radiomètre, (c) on détecte, par ledit radiomètre, un signal transmis, ledit signal transmis dépendant au moins dudit signal capté et d'au moins une caractéristique de l'organe de liaison,
(d) on évalue ladite température volumique moyenne à partir dudit signal transmis et d'une valeur estimée de ladite au moins une caractéristique de l'organe, ladite valeur estimée de ladite au moins une caractéristique de l'organe de liaison étant préalablement évaluée au cours d'une étape (e) effectuée au cours du traitement.
Grâce à ces dispositions, on obtient une estimation de la ou des caractéristiques en question au cours du traitement. Il n'est pas nécessaire d'interrompre le traitement pour obtenir une valeur estimée récente de ces caractéristiques. Lors des mesures ultérieures de température, on utilise une estimation récente de la ou des caractéristiques en question, ce qui permet une meilleure pertinence des mesures .
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : au cours du traitement, l'étape (e) est effectuée de manière répétée avec une périodicité déterminée, et, au cours de l'étape (d) , on évalue ladite température à partir dudit signal transmis et d'une valeur estimée de ladite au moins une caractéristique évaluée au cours de l'étape (e) la plus récente.
- l'étape (e) est effectuée en temps réel. au cours de l'étape (e) , on remplace ledit capteur par un organe de calibrage permettant d'évaluer la ou les caractéristiques de l'organe de liaison .
- ledit organe de liaison comprend une extrémité dite « de capteur » reliée au capteur par l'intermédiaire d'un câble de capteur, et une extrémité dite « de radiomètre », reliée au radiomètre et, au cours de l'étape (e) , on remplace ledit câble de capteur par un organe de calibrage constitué d'un câble de longueur électrique équivalente à celle dudit câble de capteur, court-circuité à son extrémité, et on évalue ladite caractéristique de l'organe de liaison. le radiomètre comprend une première voie d'entrée et une deuxième voie d'entrée parallèle à la première voie d'entrée, et : i) ledit organe de liaison comprend une extrémité dite « de capteur » reliée au capteur par l'intermédiaire d'un câble de capteur, et une extrémité dite « de radiomètre », reliée à la première voie d'entrée du radiomètre, ii) au cours de l'étape (e) , on évalue la valeur de ladite au moins une caractéristique en détectant, par ledit radiomètre, un deuxième signal transmis à la deuxième voie d'entrée du radiomètre par un deuxième organe de liaison utilisé comme organe de calibrage, similaire au premier organe de liaison, présentant une extrémité de radiomètre reliée à la deuxième voie d'entrée du radiomètre, et une deuxième extrémité, reliée à un câble de longueur électrique équivalente à celle dudit câble de capteur, et court-circuité en son extrémité. on fait varier la fréquence de travail du radiomètre, de façon à faire varier la profondeur de produit au sein de laquelle s'effectue la mesure de température radiométrique, pour permettre l'obtention d'au moins deux courbes expérimentales de variation au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, correspondant à au moins deux volumes d'investigation différents au sein du produit.
- les dites au moins deux courbes expérimentales permettent d'accéder à l'évaluation de la progression du front de température à l'intérieur du produit. - ledit traitement thermique est un traitement de surgélation du produit et les dites au moins deux courbes expérimentales permettent d'accéder à l'évaluation de la progression du front de surgélation à l'intérieur du produit. - on fait varier la fréquence de travail du radiomètre en utilisant un seul radiomètre comportant au moins deux ensembles de traitement électronique du signal fonctionnant dans des bandes de fréquences différentes, et relié à un ou plusieurs capteurs. - on fait varier la fréquence de travail du radiomètre en utilisant plusieurs radiomètres distincts, fonctionnant chacun dans une bande de fréquences particulière et distincte, relié à un ou plusieurs capteurs . - ledit traitement est un traitement thermique.
- ledit corps est un produit agroalimentaire et ledit traitement est un traitement de surgélation.
- ledit corps est un produit agroalimentaire et ledit traitement est un traitement de cuisson. - au cours dudit traitement, ledit corps est déplacé le long d'une ligne de production passant à proximité dudit capteur. ledit corps est constitué d'au moins un échantillon discret, ledit procédé comprenant en outre une étape (f) au cours de laquelle on détecte la présence ou non d'un échantillon à proximité dudit capteur, et on synchronise au moins les étapes (a) à (d) en fonction du résultat de l'étape (f) .
- on synchronise en outre l'étape (e) en fonction du résultat de l'étape (f) .
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une installation de mesure de la température moyenne volumique d'un corps soumis à un traitement dans un dispositif de traitement, comprenant : - un capteur adapté pour capter un signal radiométrique émis par le corps, un organe de liaison adapté pour transmettre le signal capté par ledit capteur à un radiomètre, ledit radiomètre étant adapté pour détecter un signal transmis, signal transmis qui dépend au moins dudit signal capté et d'au moins une caractéristique de l'organe de liaison, une unité d'évaluation adaptée pour évaluer ladite température volumique moyenne à partir dudit signal transmis et d'une valeur estimée de ladite au moins une caractéristique de l'organe de liaison, ladite installation étant en outre adaptée pour évaluer ladite valeur estimée de ladite au moins une caractéristique de l'organe de liaison au cours du traitement. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut en outre avoir éventuellement recours à l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes :
- l'installation comprend un organe de calibrage permettant d'évaluer ladite valeur estimée. - ledit organe de liaison comprend une extrémité dite « de capteur » reliée au capteur par l'intermédiaire d'un câble de capteur, et une extrémité dite « de radiomètre », reliée au radiomètre et, ledit organe de calibrage est alors constitué d'un câble de longueur électrique équivalente à celle dudit câble de capteur, court-circuité à son extrémité, l'installation comprenant en outre des moyens de commutation adaptés pour relier alternativement ledit organe de liaison audit capteur par le câble de capteur ou audit organe de calibrage. - ledit radiomètre comprend : i) une première voie d'entrée à laquelle est reliée une première extrémité dudit organe de liaison, une deuxième extrémité dudit organe de liaison étant reliée audit capteur par l'intermédiaire d' un câble de capteur, et j) une deuxième voie d'entrée à laquelle est relié un organe de calibrage réalisé sous la forme d'un organe de liaison similaire à l'organe de liaison relié à la première voie du radiomètre, et comprenant une extrémité de radiomètre reliée à la deuxième voie d'entrée du radiomètre, et une deuxième extrémité reliée à un câble de longueur électrique équivalente au câble de capteur, et court-circuité à son extrémité. l'installation comprend un boîtier de capteur comportant ledit capteur, une fiche de connexion, et un câble de capteur reliant ledit capteur à la fiche de connexion qui est reliée à un commutateur permettant la connexion du câble de capteur ou d'un organe de calibrage à une voie d'entrée du radiomètre par l'intermédiaire de l'organe de liaison, ledit organe de calibrage étant réalisé sous la forme d'un câble de longueur électrique équivalente à celle du câble de capteur, court-circuité à son extrémité et placé à l'intérieur du boîtier de capteur. - le dispositif de traitement est un dispositif de traitement thermique dans lequel sont situés ledit corps et ledit capteur, et le cas échéant une partie dudit organe de liaison.
- ledit dispositif de traitement thermique est un tunnel de surgélation.
- ledit dispositif de traitement thermique est un four.
- ledit dispositif de traitement thermique est un dispositif de cuisson. - le dispositif de traitement comprend en outre une ligne de production passant à proximité dudit capteur et adaptée pour transporter ledit corps .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de certaines de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints .
Sur les dessins : la figure 1 est une vue schématique de principe d'une installation de mesure de température sans contact, la figure 2 est un schéma de principe d'un radiomètre à deux références internes de température, la figure 3 est une vue schématique de principe d'un premier mode de réalisation de l'invention, et - la figure 4 est une vue schématique de principe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 illustre un autre mode de réalisation de l'invention (multifréquences) .
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
Sur la figure 1 est représenté un dispositif de traitement thermique 1, tel que par exemple un tunnel cryogénique de surgélation de produits alimentaires, ou un four industriel, ou autre, pouvant soumettre un corps 2 à un traitement thermique, tel que par exemple, et respectivement, une surgélation ou une cuisson. Le dispositif de traitement thermique comprend une enceinte 3 comprenant des éléments de traitement thermique 4, tels que par exemple des éléments de refroidissement ou de chauffage respectivement adaptés pour placer l'intérieur de l'enceinte à des températures allant typiquement de la température d'ambiance extérieure à l'enceinte jusqu'aux environs de -25O0C, et respectivement jusqu'aux environs de 15000C. Le corps 2 ou une pluralité de corps discrets 2, sont placés dans l'enceinte de manière à être soumis à un tel traitement thermique, de manière à être par exemple, et respectivement, surgelés ou cuits. Le ou les corps 2 peuvent être placés dans l'enceinte 3, ou être transportés sur une ligne de production 5 comprenant par exemple un tapis convoyeur 6 mis en mouvement par l'intermédiaire de deux ou plusieurs dispositifs d'entraînement 7. Dans ce cas, le ou les corps 2 entrent sur un côté d'entrée 8 du dispositif de traitement thermique 1, sont soumis au traitement thermique et ressortent d'un côté de sortie 9 du dispositif de traitement thermique 1.
Le corps 2 n'est pas nécessairement un produit discret, mais peut par exemple être un produit continu, par exemple sous forme granuleuse, fluide ou autre. Le corps 2 étant soumis à un traitement thermique, il est intéressant de contrôler la température du corps 2, par exemple avant sa sortie du dispositif de traitement thermique 1, par exemple afin de réguler la puissance des éléments de traitement thermique 4, le temps de traitement, ou autre. En outre, si le produit 2 est un produit alimentaire, des normes peuvent exiger que ce contrôle de température soit fait sans contact entre le produit alimentaire 2 et un élément extérieur. Dans ce cas, on ne peut pas utiliser une sonde mesurant la température du corps 2 par contact ou intrusion dans le corps. On peut en revanche utiliser pour ce faire, un radiomètre 10 comportant un capteur 11 apte à capter les ondes radio-fréquences ou micro-ondes (dans un domaine de fréquences typiquement comprises entre 0,3 et 30 GHz environ) émises par le corps 2. Ce domaine de fréquences est particulièrement intéressant car il permet d'obtenir une information sur la température moyenne volumique du corps 2, globalement moyennée sur tout le volume du corps 2, pour un corps discret, ou sur un volume situé au voisinage du capteur 11 pour un produit continu, et ci- après désignée comme « la température » de valeur T.
Un radiomètre 10 utilisable dans ce cadre est par exemple décrit dans la demande de brevet FR-2 679 455, dont les principes seront repris ci-après. Ce type de radiomètre 10 est tout à fait satisfaisant dans le cas où l'on peut connecter le capteur 11 directement à l'entrée 27 du radiomètre, néanmoins il s'avère que, par exemple pour des raisons d'ambiance hostile ou d'encombrement , on doit éloigner les équipements comprenant des dispositifs électroniques de l'intérieur de l'enceinte 3. En effet, par exemple dans les cas de traitement thermique dans des conditions extrêmes (surgélation, cuisson, ...) les appareils électroniques supportent relativement mal ce genre de conditions extrêmes. Par conséquent, seul le capteur 11, tel qu'une antenne adaptée, reste situé à l'intérieur de l'enceinte 3, et est alors relié au radiomètre 10 par un organe de liaison 12 de longueur comprise entre un et plusieurs mètres, par exemple 20 mètres ou plus. Un tel organe de liaison 12 relie le radiomètre 10 à la fiche de connexion 25 du boîtier 24 comprenant le capteur et ce que l'on peut appeler un « câble de capteur » 31 interne au boîtier 24 reliant la fiche de connexion 25 au capteur 11 proprement dit. Ainsi, le capteur 11 capte un signal radiométrique émis par le corps, et transmet celui-ci vers le radiomètre 10, celui- ci mesurant en entrée un signal transmis, correspondant au signal émis (capté par le capteur) atténué lors de la transmission le long de l'organe de liaison 12 et augmenté du signal de bruit thermique propre à l'organe de liaison. L'utilisation d'un tel organe de liaison 12 n'est pas sans poser problème sur site industriel pour la mesure de température. En effet, les pertes (aL) et la température de bruit TLiaison de l'organe de liaison peuvent entraîner une modification très importante du niveau de signal recueilli par le radiomètre 10, ces caractéristiques étant variables et dépendant notamment de la température de l'environnement ou autre.
Par conséquent, bien que l'invention soit présentée en faisant référence à un dispositif de traitement thermique 1, il va de soi que l'invention peut tout à fait trouver son application dans tout exemple de réalisation dans lequel il est intéressant de prendre en compte les caractéristiques de l'organe de liaison 12 pour obtenir une mesure de température suffisamment satisfaisante.
Le principe général du fonctionnement de l'installation est maintenant décrit en référence à la figure 2. Le radiomètre 10 comporte un premier commutateur micro-ondes 13 pouvant être relié à quatre voies (1/2/3/4) : une première voie d'entrée 27 reliée par l'organe de liaison 12 au capteur 11, un court circuit 15, une première unité d'étalonnage 16, sous la forme d'une charge d'impédance 50 Ohm thermostatée à une température Tl donnée connue, et une deuxième unité d'étalonnage 17, réalisée sous la forme d'une charge d'impédance 50 Ohm thermostatée à une température T2 donnée connue. - Dans une réalisation pratique, les câbles internes reliant respectivement les bornes 1,2,3,4 respectivement aux éléments 15,27,16 et 17 présentent des caractéristiques identiques (pertes et température) .
Le premier commutateur 13 est relié en son autre borne à un circulateur 18, tel qu'un circulateur microondes comprenant trois bornes, la première 18a étant reliée, comme ceci vient d'être décrit, au premier commutateur 13, la deuxième borne 18b étant reliée à une sortie du circulateur 18 et la troisième 18c étant reliée à un deuxième commutateur micro-ondes 19 pouvant commuter alternativement entre : une première référence interne de température 20 réalisée sous la forme d'une charge d'impédance 50 Ohm thermostatée à une température TRi, et - une deuxième référence interne de température
21, par exemple réalisée sous la forme d'une charge d'impédance 50 Ohm thermostatée à une température de référence TR2 différente de TRi.
La borne de sortie 18b du circulateur est reliée à un ensemble de traitement électronique micro-ondes 22 adapté pour traiter le signal reçu par le court-circuit 15, la borne d'entrée 27, la charge d'étalonnage 16 ou la charge d'étalonnage 17, de manière à délivrer en sortie une tension Vs exploitable, et comprenant en particulier, de manière connue, un filtre 23 compris entre deux amplificateurs micro-ondes 24a, 24b, un détecteur 35 et un amplificateur continu 36. Une première étape consiste à étalonner le radiomètre. Pour ce faire, et comme décrit dans FR-2 679 455, on procède comme suit : le premier commutateur 13 étant relié au court circuit 15, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une tension Vai, le premier commutateur 13 étant toujours connecté au court circuit 15 et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension Vj3I, - le premier commutateur 13 étant relié à la première unité d'étalonnage 16, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une tension Va3, le premier commutateur 13 étant relié à la première unité d'étalonnage 16 et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension V^,
- le premier commutateur 13 étant relié à la deuxième unité d'étalonnage 17, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une tension Va4, et le premier commutateur 13 étant relié à la deuxième unité d'étalonnage 17, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure la tension Vj34.
Ces différentes étapes sont mises en oeuvre dans un ordre indifférent.
A partir de ces différentes mesures, une unité d'évaluation 32 du radiomètre permet de déterminer les températures de références apparentes Trie et Tr2e qui permettent de prendre en compte les imperfections des composants qui constituent l'électronique du radiomètre 10.
Les valeurs de ces températures de références Trie et Tr2e, sont alors déduites des expressions :
χrle _ Tl(VaI - Va4)(Vbl - Vb3 - Val + Va3) - T2(Val - Va3)(Vbl - Vb4 - Val + Va3) (VbI - Vb3)(Val - Va4) - (Val - Va3)(Vbl - Vb4) -Tl(VbI - Vb4)(Vbl - Vb3 - Val + Va3) + T2(Vbl - Vb3)(Vbl - Vb4 - Val + Va3) - (VbI - Vb3)(Val - Va4) + (Val - Va3)(Vbl - Vb4)
L'étape d'étalonnage précédente peut être mise en oeuvre avant la mise en route du traitement thermique, ou au cours de celui-ci, de manière répétée.
Selon l'invention, la phase de mesure de la température du corps 2 soumis au traitement, peut se résumer en quatre phases successives de la manière suivante :
- le premier commutateur 13 étant relié au court- circuit 15, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une première tension : V, =K'T , , - le premier commutateur 13 étant relié à la borne
27 à laquelle est relié le capteur 11 par l'intermédiaire de l'organe de liaison 12, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une tension : Va2=^^pTrleaL^(l-aL)TLiaison+paL(l-aL)TLiaison +aL(l-p)T le premier commutateur 13 étant relié au court circuit 15, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension : Vb1,l
Figure imgf000016_0001
et - le premier commutateur 13 étant relié à la borne 27 à laquelle est relié le capteur 11 par l'intermédiaire de l'organe de liaison 12, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension : Vb2=^^pTr2eaL 2 +(l-aL)TLiaison +paL(l-aL)TLiaison+aL(l-p)T
où K' désigne une constante de l'installation qui dépend en particulier du gain de l'électronique 22 et de la bande-passante du dispositif, p désigne la valeur du coefficient de réflexion du capteur 11 , et - T désigne la température mesurée pour le corps
2.
Par conséquent, à partir des quatre équations précédentes, la température du corps 2 s'obtient par la formule:
Figure imgf000017_0001
Cette température correspond globalement à la moyenne, sur un volume dépendant principalement de la nature, la position et l'orientation du capteur 11, de la température du corps 2.
Les quatre phases décrites précédemment permettent également d'obtenir la valeur du coefficient de réflexion du capteur :
Figure imgf000017_0002
Pour prendre en compte l'organe de liaison 12, et les possibles variations importantes de ses caractéristiques (aL et TLiaison) , il est proposé d'effectuer une étape de calibration en temps réel, c'est-à-dire de manière répétée par rapport à un temps caractéristique de variation de la température d'ambiance, tel que par exemple toutes les dix secondes, cette étape étant effectuée au cours du traitement.
Selon un premier mode de réalisation, schématisé sur la figure 3, ceci est réalisable en prenant spécifiquement en compte les caractéristiques de l'organe de liaison 12, de la manière suivante. Le capteur 11 est inclus dans un boîtier de capteur 24, qui comporte aussi une fiche de connexion 25 reliée à un commutateur 26 permettant la connexion du câble de capteur 31 ou d'un organe de calibrage à la voie d'entrée 27 du radiomètre 10 par l'intermédiaire de l'organe de liaison 12. L'organe de calibrage est ici réalisé sous la forme d'un câble 29 de longueur électrique équivalente à celle du câble de capteur 31, court-circuité à son extrémité 30 et placé à l'intérieur du boîtier de capteur 24.
Dans ce premier mode de réalisation, après avoir effectué l'étape d'étalonnage du radiomètre 10, on connecte à l'aide du troisième commutateur 26, la voie d'entrée 27 du radiomètre à l'organe de calibrage, et on effectue l'étape de mesure décrite dans FR 2 679 455 qui est rappelée ci-après . le premier commutateur 13 étant relié au court- circuit 15, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une première tension : V, =K'T ,
- le premier commutateur 13 étant relié à la borne 27 à laquelle est relié l'organe de calibrage par l'intermédiaire de l'organe de liaison 12, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la première référence de température 20, on mesure une tension :
Figure imgf000018_0001
le premier commutateur 13 étant relié au court circuit 15, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension : Vb1,l
Figure imgf000018_0002
et le premier commutateur 13 étant relié à la borne 27 à laquelle est relié l'organe de calibrage par l'intermédiaire de l'organe de liaison 12, et le deuxième commutateur 19 étant relié à la deuxième référence de température 21, on mesure une tension :
Figure imgf000019_0001
- p' désigne cette fois la valeur du coefficient de réflexion vu à l'entrée 27 du radiomètre (soit le coefficient de réflexion de la charge constituée de l'organe de liaison 12 fermée à son extrémité par l'organe de calibrage, et - T' désigne la température mesurée pour cette même charge, c'est à dire la température de l'organe de liaison 12.
Par conséquent, à partir des quatre équations précédentes, la température de l'organe de liaison 12 s'obtient par la formule:
Figure imgf000019_0002
Cette température correspond globalement à la moyenne de la température sur l'ensemble de l'organe de liaison 12.
Les quatre phases décrites précédemment permettent également d'obtenir la valeur du coefficient de réflexion vu à l'entrée 27 du radiomètre
Figure imgf000019_0003
à partir de laquelle est déduite la valeur des pertes aL de l'organe de liaison 12 par l'expression : p'=aL 2.
Ce faisant, on obtient une information sur les caractéristiques de l'organe de liaison.
Pendant le traitement, on commute aussi souvent que nécessaire le commutateur 26 afin d'utiliser, lors de la mesure, une valeur récente des caractéristiques de l'organe de liaison.
Selon un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 4, le radiomètre dispose d'une première voie d'entrée 27 (que l'on peut qualifier de « voie de mesure ») reliée à une extrémité dite « de radiomètre » de l'organe de liaison 12, dont l'autre extrémité est reliée au capteur 11. Le radiomètre dispose en outre d'une deuxième voie d'entrée 28 (que l'on peut qualifier de « voie de calibrage ») montée en parallèle avec la première voie d'entrée 27, et reliée à un organe de calibrage 29 réalisé sous la forme d'un organe de liaison similaire à l'organe de liaison 12, et comprenant une extrémité de radiomètre reliée à la deuxième voie d'entrée 28 de radiomètre 10, et une deuxième extrémité, reliée à un câble de longueur électrique équivalente au câble de capteur 31 , court-circuité à son extrémité et placé dans le boîtier de capteur 24. Grâce à ces dispositions, la commutation entre capteur 11 et court circuit 30 nécessaire au passage entre une étape de calibrage et une étape de mesure est effectuée à l'intérieur du radiomètre 10 en commutant entre la première voie d'entrée 27 et la deuxième voie d'entrée 28, ce qui permet de minimiser le nombre d'équipements électriques effectivement placés dans l'enceinte 3 du dispositif de traitement thermique, et donc de minimiser à la fois la perturbation d'éléments électroniques par les conditions extrêmes susceptibles d'être présentes dans l'enceinte 3, et la perturbation des conditions de température de l'enceinte 3 par la présence d'éléments électroniques dans cette enceinte.
Pour ce deuxième mode de réalisation, les étapes et équations permettant de déterminer les caractéristiques aL et TLiaison sont identiques à celles décrites pour le premier mode de réalisation où l'entrée 27 est remplacée par l'entrée 28 du radiomètre 10. Selon une variante de réalisation du deuxième mode de réalisation, si le capteur 11 est une antenne plaquée, on peut simultanément intégrer dans la procédure de calibrage le bruit thermique du matériau diélectrique de cette antenne. Il suffit alors de remplacer le court circuit 30 par une deuxième antenne (non représentée) , dans le même boîtier ou un autre boîtier, et présentant les mêmes caractéristiques que celle reliée à la première voie d'entrée 27 du radiomètre 10, et court circuitée. A partir de la valeur de température mesurée, on peut contrôler le traitement thermique auquel sont soumis les corps 2. On peut par exemple modifier la puissance des éléments de traitement thermique 4 afin d'augmenter ou de diminuer la température à l'intérieur de l'enceinte 3, et donc celle des corps 2 en sortie du dispositif de traitement thermique, ou encore modifier la vitesse du tapis convoyeur 6, ou autre.
Bien qu'un seul radiomètre 10 ait été décrit dans ce qui précède, en relation à un capteur unique 11, on pourrait utiliser plusieurs installations de mesure de ce type, par exemple réparties tout au long du tapis convoyeur 6, ou multiplier le nombre de voies de type 27 et 28 reliées respectivement à un organe de liaison 12 et à un organe de calibrage 29, pour évaluer la température des corps 2 tout au long du traitement.
Une autre mise en oeuvre possible (tel que schématisé en figure 5 ci-après) consiste à fonctionner en mode « multifréquence » par le fait que l'on a ajouté dans le radiomètre 10 deux commutateurs synchronisés 37 et 38, reliés respectivement aux commutateurs 13 et 19, basculant sur au minimum deux voies, et permettant de traiter le signal reçu par le court-circuit 15, la borne d'entrée 27, la charge d'étalonnage 16 ou la charge d'étalonnage 17 par au minimum deux ensembles de traitement électronique micro-ondes 22 centrés sur des fréquences différentes. En reliant l'entrée 27 à un capteur 11 adapté pour les fréquences considérées, on obtiendra au minimum deux températures radiométriques correspondant à des températures moyennes du corps 2 pour des volumes d'investigation différents. Plus la fréquence centrale de l'ensemble de traitement micro-ondes 22 sera basse, plus le volume d' investigation sera profond ; plus cette fréquence sera élevée et plus la température radiométrique pourra être assimilée à une température de surface. Ainsi, ces différentes températures radiométriques, couplées à des modèles thermiques, permettront de déduire un profil thermique à l'intérieur du produit. A titre d'exemple, dans le cas d'une surgélation, il sera alors ainsi possible d'estimer l'avancée du front de surgélation à l'intérieur d'un produit.
Selon un autre aspect, la mise en œuvre de la procédure de calibrage en temps réel pendant le processus de traitement permet de déterminer avec précision en temps réel le coefficient de réflexion du capteur 11. Ce coefficient de réflexion peut être utilisé pour vérifier la présence du corps 2 dans la zone de détection du capteur 11, par exemple afin de pallier à toute anomalie du dispositif de traitement thermique. Ainsi, on peut prévoir une unité de contrôle adaptée pour vérifier que le coefficient de réflexion mesuré est bien conforme à une valeur, ou une plage de valeurs prédéterminées, correspondant à la présence d'objets dans la zone de détection du capteur 11. En cas d'anomalie détectée, l'unité de commande pourrait contrôler l'arrêt du traitement thermique, et/ou un signal d'alarme sonore et/ou lumineux ou autre. Dans le cas particulier où les corps 2 sont déplacés sur une ligne de production 5 dans et hors de l'enceinte 3, et en particulier dans le cas où les corps 2 sont des corps discrets, le coefficient de réflexion peut être utilisé pour détecter la cadence d'entrée des corps 2 discrets dans l'enceinte 3 et, à partir de cette information, une unité de commande peut automatiquement faire varier un certain nombre de paramètres du procédé de traitement, tel que par exemple la puissance délivrée aux éléments de traitement thermiques 4, la vitesse de défilement du tapis convoyeur 6 ou autre.
Un tel monitoring peut également être effectué, sans calculer in extenso le coefficient de réflexion. La présence ou l'absence de corps 2 à proximité du capteur 11 se traduit par une forte variation de la mesure de la température, le calibrage ayant par exemple été fait en présence d'un corps 2. La détection, par l'unité de commande, d'une température « anormale » correspond alors en réalité à l'absence de corps 2 dans la zone de détection du capteur 11. On peut ainsi détecter la présence d'objets avec une résolution de quelques centimètres. Par température « anormale », on entend une température différente d'au moins un certain seuil (par exemple de quelques dizaines de degrés) par rapport à la température mesurée lors de la présence du corps 2.
A titre illustratif est présenté ci-après un exemple illustrant la pertinence de la technique proposée afin de prendre en compte les caractéristiques de l'organe de liaison lors de la mesure de température d'un corps à l'aide d'un tel dispositif radiométrique.
Le tableau ci-après présente des mesures de températures d'un corps obtenues à l'aide d'un radiomètre lorsqu'on insère un câble de liaison (de 10 mètres de long, présentant des pertes de 3.46 dB) entre le capteur et l'entrée du radiomètre. Pour cet exemple le capteur est une charge 50 Ohms qui est plongée dans un bain thermostaté dont la température peut être fixée entre -2O0C et 6O0C.
Figure imgf000024_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure de la température volumique moyenne d'un corps soumis à un traitement dans lequel, pendant ledit traitement, on met en œuvre les étapes suivantes :
(a) on capte, par un capteur (11) , un signal radiométrique émis par le corps,
(b) on transmet, par un organe de liaison (12), ledit signal capté par ledit capteur à un radiomètre (10) ,
(c) on détecte, par ledit radiomètre, un signal transmis, ledit signal transmis dépendant au moins dudit signal capté et d'au moins une caractéristique de l'organe de liaison, (d) on évalue ladite température volumique moyenne à partir dudit signal transmis et d'une valeur estimée de ladite au moins une caractéristique de l'organe, ladite valeur estimée de la caractéristique de l'organe de liaison étant préalablement évaluée au cours d'une étape (e) effectuée au cours du traitement.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au cours du traitement, l'étape (e) est effectuée de manière répétée avec une périodicité déterminée, et, au cours de l'étape (d) , on évalue ladite température à partir dudit signal transmis et d'une valeur estimée de la caractéristique évaluée au cours de l'étape (e) la plus récente.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape (e) est effectuée en temps réel.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à
3, dans lequel, au cours de l'étape (e) , on utilise un organe de calibrage (29) permettant d'évaluer ladite au moins une caractéristique de l'organe de liaison.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit organe de liaison comprend une extrémité dite « de capteur » reliée au capteur par l'intermédiaire d'un câble de capteur, et une extrémité dite « de radiomètre », reliée au radiomètre et, au cours de l'étape (e) , on remplace ledit câble de capteur par un organe de calibrage constitué d'un câble de longueur électrique équivalente à celle dudit câble de capteur, court-circuité à son extrémité.
6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le radiomètre comprend une première voie d'entrée (27) et une deuxième voie d'entrée (28) parallèle à la première voie d'entrée, et : i) dans lequel ledit organe de liaison (12) comprend une extrémité dite « de capteur » reliée au capteur, et une extrémité dite « de radiomètre », reliée à la première voie d'entrée du radiomètre (27), ii) dans lequel, au cours de l'étape (e) , on évalue la valeur de ladite au moins une caractéristique en détectant, par ledit radiomètre, un deuxième signal transmis à la deuxième voie d'entrée du radiomètre par un deuxième organe de liaison utilisé comme organe de liaison de calibrage, similaire au premier organe de liaison, présentant une extrémité de radiomètre reliée à la deuxième voie d'entrée du radiomètre, et une deuxième extrémité, reliée à un câble de longueur électrique équivalente à celle dudit câble de capteur, et court- circuité en son extrémité.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fait varier la fréquence de travail du radiomètre, de façon à faire varier la profondeur de produit au sein de laquelle s'effectue la mesure de température radiométrique, pour permettre l'obtention d'au moins deux courbes expérimentales de variation au cours dudit traitement de la température volumique moyenne au sein du produit, correspondant à au moins deux volumes d' investigation différents au sein du produit.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les dites au moins deux courbes expérimentales permettent d'accéder à l'évaluation de la progression du front de température à l'intérieur du produit.
9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est un traitement de surgélation du produit et en ce que les dites au moins deux courbes expérimentales permettent d'accéder à l'évaluation de la progression du front de surgélation à l'intérieur du produit.
10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'on fait varier la fréquence de travail du radiomètre en utilisant un seul radiomètre comportant au moins deux ensembles de traitement électronique du signal fonctionnant dans des bandes de fréquences différentes, et relié à un ou plusieurs capteurs .
11. Procédé selon l'une des revendications
7 à 9, caractérisé en ce que l'on fait varier la fréquence de travail en utilisant plusieurs radiomètres distincts, fonctionnant chacun dans une bande de fréquences particulière et distincte, relié à un ou plusieurs capteurs .
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit traitement est un traitement thermique.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit corps est un produit agroalimentaire et ledit traitement est un traitement de surgélation.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à
12 dans lequel ledit corps est un produit agroalimentaire et ledit traitement est un traitement de cuisson.
15. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel, au cours du traitement, ledit corps est déplacé le long d'une ligne de production (5) passant à proximité dudit capteur.
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel ledit corps est constitué d'au moins un échantillon discret, ledit procédé comprenant en outre une étape (f) au cours de laquelle on détecte la présence ou non d'un échantillon à proximité dudit capteur, et dans lequel on synchronise au moins les étapes (a) à (d) en fonction du résultat de l'étape (f) .
17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel on synchronise en outre l'étape (e) en fonction du résultat de l'étape (f) .
18. Installation de mesure de la température volumique moyenne d'un corps soumis à un traitement par un dispositif (1) de traitement, comprenant : un capteur (11) adapté pour capter un signal radiométrique émis par le corps, un organe de liaison (12) adapté pour transmettre le signal capté par ledit capteur à un radiomètre, ledit radiomètre étant adapté pour détecter un signal transmis, signal transmis qui dépend au moins dudit signal capté et d'au moins une caractéristique de l'organe de liaison, une unité d'évaluation (32) adaptée pour évaluer ladite température volumique moyenne à partir dudit signal transmis et d'une valeur estimée de ladite au moins une caractéristique, ladite installation étant en outre adaptée pour évaluer ladite valeur estimée de la caractéristique de l'organe de liaison au cours du traitement.
19. Installation selon la revendication 18, comprenant un organe de calibrage (29) permettant d'évaluer ladite au moins une caractéristique de l'organe de liaison.
20. Installation selon la revendication 19 dans laquelle ledit organe de liaison comprend une extrémité dite « de capteur » reliée au capteur par l'intermédiaire d'un câble de capteur, et une extrémité dite « de radiomètre », reliée au radiomètre et, ledit organe de calibrage est alors constitué d'un câble de longueur électrique équivalente à celle dudit câble de capteur, court-circuité à son extrémité, l'installation comprenant en outre des moyens de commutation adaptés pour relier alternativement ledit organe de liaison audit capteur par le câble de capteur ou audit organe de calibrage.
21. Installation selon la revendication 19, dans laquelle ledit radiomètre comprend : i) une première voie d'entrée (27) à laquelle est reliée une première extrémité dudit organe de liaison, une deuxième extrémité dudit organe de liaison étant reliée audit capteur par l'intermédiaire d' un câble de capteur, et j) une deuxième voie d'entrée (28) à laquelle est relié un organe de calibrage réalisé sous la forme d'un organe de liaison similaire à l'organe de liaison relié à la première voie du radiomètre, et comprenant une extrémité de radiomètre reliée à la deuxième voie d'entrée du radiomètre, et une deuxième extrémité reliée à un câble de longueur électrique équivalente au câble de capteur, court-circuité (30) à son extrémité.
22. Installation selon la revendication 20, comprenant un boîtier de capteur (24) comportant ledit capteur, une fiche de connexion (25) , et un câble de capteur (31) reliant ledit capteur à la fiche de connexion qui est reliée à un commutateur permettant la connexion du câble de capteur ou d'un organe de calibrage à une voie d'entrée du radiomètre par l'intermédiaire de l'organe de liaison, ledit organe de calibrage étant réalisé sous la forme d'un câble de longueur électrique équivalente à celle du câble de capteur, court-circuité à son extrémité et placé à l'intérieur du boîtier de capteur.
23. Installation selon l'une des revendications 18 à 22 dans laquelle le dispositif de traitement est un dispositif de traitement thermique (1) dans lequel sont situés ledit corps (2) et ledit capteur (11) .
24. Installation selon la revendication 23, dans laquelle ledit dispositif de traitement thermique (1) est un tunnel de surgélation.
25. Installation selon la revendication 23, dans laquelle ledit dispositif de traitement thermique (1) est un four.
26. Installation selon l'une des revendications
D 18 à 25 caractérisée en ce que ledit dispositif de traitement comprend en outre une ligne de production (5) passant à proximité dudit capteur (11) et adaptée pour transporter ledit corps (2) .
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