WO2019034821A1 - Equipement de caracterisation d'un brouillard de gouttelettes, application pour le contrôle de qualite et la detection de givrage - Google Patents

Equipement de caracterisation d'un brouillard de gouttelettes, application pour le contrôle de qualite et la detection de givrage Download PDF

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Sawitree SAENGKAEW
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Definitions

  • the present description relates to the field of the physical and thermochemical characterization of a mist of droplets of dimensions between 1 and 500 ⁇ , in particular for quality control applications in industrial processes using liquid particle streams, particularly in the agri-food, cosmetic or pharmaceutical or icing detection field.
  • a first area of application concerns quality control.
  • the aim is to verify in real time the constancy of the thermochemical and physical characteristics of the liquid particles, in particular the consistency of the temperature of the liquid particles in a fog or in a misting as well as the constancy of the chemical nature of the liquid particles and the dispersion of the particles. particle sizes.
  • a second area of application concerns the detection of icing conditions and, in particular, icing conditions for equipment, in particular an aircraft.
  • aircraft icing can occur when atmospheric conditions result in ice formation on aircraft surfaces. In addition, this ice can also occur in the engine. The formation of ice on aircraft surfaces, engine entrances and other locations is undesirable and potentially dangerous for the use of the airplane.
  • frost is a dangerous phenomenon for aircraft, taken into account on the ground as well as in flight. It has been observed in recent years that during altitude flight, this phenomenon was more frequent, perhaps due to climate change and certainly the increase in air traffic in regions of the world where the climate is favorable for the formation of air traffic. Frost at altitude.
  • Frost presents a danger first of all for the engine of the aircraft. It can be formed at the compressor inlet. If the ice builds up and breaks, it can damage the engine. Frost is also likely to accumulate on certain parts of the cell: wing attack, fuselage, empennage, cockpit, etc. This accumulation can result in the increase of the mass of the aircraft and the alteration of the aerodynamics which can cause the stall of the aircraft. On fins and flaps the formation of ice can reduce their navigability; on the cockpit, visibility will be reduced.
  • Pilots have techniques for defrosting.
  • the mechanical technique consists of alternately inflating and deflating pneumatic tubes located at the leading edge of the wings.
  • Thermal technology uses air heated by motors or electricity. Electrical means are large energy consumers and their use is reserved for some equipment such as airspeed antennas, air intakes, windshield windows and blades. The heated air is used for the leading edges of wings and empennages but also for the air inlets of the reactors.
  • the inaccuracy of current detection systems makes it difficult for the pilot to make decisions about the implementation of a particular de-icing system.
  • the sensor can be picked up by frost while the rest of the cell is not affected.
  • Another type of sensor detects the conditions where frost forms.
  • the detection systems detect the presence of frost-forming droplets in contact with the surface of the apparatus or in the reactor. These systems are intended to better manage defrost activation and will enable energy saving.
  • Icing conditions may occur when drops of frozen liquid water are present.
  • the water is considered to be super-cooled when the water is cooled below the freezing point indicated for water but still in liquid form.
  • Icing conditions can be characterized by drop size, liquid water content, air temperature, water, and other parameters. These parameters can affect the rate and extent to which ice forms on an aircraft.
  • This article inventors of which are the author authors, relates to a rainbow thermometry system using slotted apertures and a sheet of laser light, that is to say a luminous plane and not a linear beam. This system is intended to measure the size and refractive index of the droplets in the spray space.
  • Chinese patent application CN105043946 is still known relating to a self-calibrating whole-field rainbow measuring method and a method of manufacturing a device based on a dual wavelength scattering angle relating to a two-phase gas-liquid flow.
  • the CCD camera captures an image resulting from the interaction of the scattered beam with a cross-slit filter and two lenses.
  • the goal is to characterize drops on a trajectory contained in the laser sheet.
  • the image formed on the camera does not make it possible to perform a satisfactory analysis when the imaged droplet is in an intermediate state between the liquid state and the solid state, at the moment of the formation of micro-crystals inside. of the liquid drop. In this case, the image observed through the optics described and the system of two crossed slots is unusable.
  • the present invention relates, in its most general sense, to an equipment for determining in real time the refractive index of the liquid droplets, with a precision sufficient to allow the temperature to be deduced therefrom.
  • the invention relates in its most general sense to equipment, applications and methods that are the subject of at least one of the claims.
  • the invention provides, in its most general sense, the following treatments:
  • “Diffusion angle” means the angle formed between the axis of the incident light beam and the axis of the scattered beam
  • FIG. 1 shows a schematic view of an equipment according to the invention.
  • the equipment according to the invention consists of a monochromatic light source (1), in the example described a laser and an optical image unit (2) comprising a camera (3).
  • the one-dimensional laser beam (4) is directed towards a measuring zone (5) situated in a duct (6) for circulating the particles to be controlled or situated in front of a surface (6) to be protected from icing, for example the edge attacking an airplane wing
  • the optical axis (7) of the optical pickup assembly (2) forms with the optical axis (8) an angle Gamma equal to (Alpha ⁇ Beta) + Theta
  • o Alpha corresponds to 180 ° minus the principal rainbow angle corresponding to the refractive index of the component of said droplets
  • o Beta corresponds to the opening of the collimation optics
  • o Theta is a value between 0 and 20 °.
  • the optical pickup assembly comprises a lens (9) focused in the measurement zone (5), a diaphragm (10) forming a slot perpendicular to the plane defined by the optical axes (7, 8) and an output lens (11), as well as a camera (3).
  • main rainbow refers to the rainbow formed by a single reflection inside the drop and thus produces the so-called “principal” rainbow that has the highest intensity.
  • the main rainbow is that resulting from a first refraction of the incident ray, corresponding to the change of index between the air and the liquid forming the taste, a reflection at the liquid-air interface resulting from an angle of incidence greater than the limit angle, and a second refraction at the liquid-air interface resulting from an angle of incidence of the refracted ray inside the drop below the limit angle.
  • the focal plane of the optical assembly is located at a distance of between 50 and 750 millimeters from the area to be protected from icing so as to measure the temperature of the incident particles, and to provide an real-time information on the risk of icing, to control the commissioning of heating equipment or mechanical excitation.
  • the image acquired by the camera results from the refraction of the laser beam (4) in the droplets.
  • the refraction angle within each droplet is primarily a function of the droplet section, the wavelength and the refractive index, which depends on the temperature of the droplet. However, the variation of the refractive index as a function of the temperature is very small, and requires a measurement of great precision. For example, for water particles: Wave length
  • the image observed by the camera (3) has interference fringes with an alternation of dark bands and light bands.
  • a first treatment is carried out to extract a line of pixels P lfj representative of the image, parallel to the plane defined by the axis (8) of the laser and the axis (7) of the optical assembly.
  • the representative line selected is the one with the greatest contrast.
  • the intensity curve corresponding to this line is recorded to determine a bell-shaped profile whose peak position determines the refractive index and the shape factor depends on the size distribution of the particles present in the measurement zone. .
  • a processing consisting of a step of estimating a reference index IND ref , determined as a function of said measured distribution and the theoretical law of generic optics associating an index and a theoretical distribution and a calculation step for N classes C y of particle sizes, the number of particles P x belonging to class C y by a matrix inversion [I ⁇ ]

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Abstract

La présente invention concerne un équipement de caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 µm, dans une zone de mesure et comparaison avec un profil de référence comprenant des moyens d'illumination (1) susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure et des moyens de prise de vue (2) comportant au moins une caméra (3) susceptible de prendre au moins une image de ladite zone de mesure illuminée par lesdits moyens d'illumination, lesquels comprennent au moins une source monochrome émettant dans une direction D1 (8) et les moyens de prise de vue (2) comprennent une optique de collimation et une caméra, orienté selon une direction D2 (7). Elle concerne aussi des applications, procédé et équipement pour le contrôle de qualité et pour la détection de givrage.

Description

EQUIPEMENT DE CARACTERISATION D'UN BROUILLARD DE GOUTTELETTES, APPLICATION POUR LE CONTRÔLE DE QUALITE ET LA DETECTION DE
GIVRAGE
Domaine de 1 ' invention
La présente description concerne le domaine de la caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, notamment pour des applications de contrôle de qualité dans des procédés industriels mettant en œuvre des flux de particules liquides, notamment dans le domaine agroalimentaire, cosmétique ou pharmaceutique ou de détection de givrage.
Un premier domaine d'application concerne le contrôle de qualité.
Le but est de vérifier en temps réel la constance des caractéristiques thermochimiques et physiques des particules liquides, notamment la constance de la température des particules liquides dans un brouillard ou dans une brumisation ainsi que la constance de la nature chimique des particules liquides et la dispersion des tailles des particules.
Un deuxième domaine d'application concerne la détection des conditions de givrage et, en particulier, les conditions de givrage pour un équipement, notamment un avion.
Le givrage a été identifié comme un danger important dès le début de l'aéronautique. L'accrétion de givre sur les ailes d'avion, due à la présence de gouttelettes surfondues dans les nuages, cause parmi d'autres conséquences néfastes une dégradation des performances aérodynamiques pouvant conduire au décrochage.
Dans l'aviation, un givrage sur un avion peut se produire lorsque les conditions atmosphériques conduisent à la formation de glace sur les surfaces de l'avion. En outre, cette glace peut également se produire dans le moteur. La formation de glace sur les surfaces de l'avion, sur les entrées d'un moteur et d'autres endroits n'est pas souhaitable et potentiellement dangereuse pour l'utilisation de l'avion.
La formation de givre constitue un phénomène dangereux pour les aéronefs, pris en compte au sol comme en vol. Il a été constaté ces dernières années que lors du vol en altitude, ce phénomène était plus fréquent du fait peut-être du changement climatique et sûrement de l'augmentation du trafic aérien dans des régions du globe où le climat est favorable à la formation de givre en altitude.
Le givre présente un danger tout d'abord pour le moteur de l'aéronef. Il peut se former à l'entrée du compresseur. Si la glace s'accumule et se rompt, elle peut endommager le moteur. Le givre est aussi susceptible de s'accumuler sur certaines parties de la cellule : attaque d'aile, fuselage, empennage, cockpit, etc. Cette accumulation peut avoir pour conséquence l'augmentation de la masse de l'appareil et 1 ' altération de 1 ' aérodynamique qui peut entraîner le décrochage de l'avion. Sur les dérives et les volets la formation de glace peut réduire leur navigabilité ; sur le cockpit, la visibilité sera réduite.
Les pilotes disposent de techniques pour procéder au dégivrage. La technique mécanique consiste à alternativement gonfler et dégonfler des boudins pneumatiques situés au bord d'attaque des ailes. La technique thermique utilise l'air chauffé par les moteurs ou l'électricité. Les moyens électriques sont grands consommateurs d'énergie et leur usage est réservé à quelques équipements tels que les antennes anémométriques , les entrées d'air, les glaces des pare-brise et les pales. L'air chauffé est quant à lui utilisé pour les bords d'attaque d'ailes et d'empennages mais aussi pour les entrées d'air des réacteurs.
L'imprécision des systèmes de détection actuels rend difficile la prise de décision par le pilote de la mise en œuvre de tel ou tel système de dégivrage. Le capteur peut être pris par le givre alors que le reste de la cellule n'est pas affectée. Un autre type de capteur détecte les conditions où se forme le givre .
Les systèmes de détection détectent la présence de gouttelettes susceptibles de former du givre au contact de la surface de l'appareil ou dans le réacteur. Ces systèmes visent à mieux gérer 1 ' activation du dégivrage et permettront l'économie d'énergie.
Des conditions de givrage peuvent se produire lorsque des gouttes d'eau liquide surgelée sont présentes. Dans ces exemples illustratifs , l'eau est considérée comme étant super-refroidie lorsque l'eau est refroidie au-dessous du point de congélation indiqué pour l'eau mais qui est encore sous forme liquide. Les conditions de givrage peuvent être caractérisées par la taille des gouttes, la teneur en eau liquide, la température de l'air, de l'eau, et d'autres paramètres. Ces paramètres peuvent affecter le taux et l'étendue à laquelle se forme la glace sur un avion.
Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique l'article
« One-dimensional rainbow thermometry System by using slit apertures » dont les auteurs sont Xuecheng Wu,l,* Haoyu Jiang, Yingchun Wu, Jin Song, Gérard Gréhan, Sawitree Saengkaew, Linghong Chen, Xiang Gao, and Kefa Cen paru dans OPTICS LETTERS / Vol. 39, No. 3 / February 1, 2014.
Cet article, dont les inventeurs sont les auteurs auteurs, concerne un système de thermométrie arc-en-ciel utilisant des ouvertures à fentes et une feuille de lumière laser, c'est-à-dire un plan lumineux et non pas un faisceau linéaire. Ce système est destiné à effectuer des mesures de la taille et de l'indice de réfraction des gouttelettes dans l'espace de pulvérisation.
On connaît aussi un autre article, dont les inventeurs sont également auteurs, publié avec le titre « LOCAL MEASUREMENT OF MASS TRANSFER IN A REACTIVE SPRAY FOR C02 CAPTURE » (Maria Ouboukhlik, Sawitree Saengkaew, Marie-Christine Fournier-Salauen, Lionel Estel, Gérard Grehan) paru dans Chemical engineering and technology, vol. 38, n° 7, 1 juillet 2015 pages 1154 à 1164.
On connaît encore la demande de brevet chinois CN105043946 concernant un procédé de mesure d'arc-en-ciel à champ entier à auto-étalonnage et procédé de fabrication de dispositif basé sur un angle de diffusion à double longueur d'onde se rapportant à un écoulement à deux phases gaz-liquide.
On connaît également l'article «Quasi real-time analysis of mixed-phase clouds using interferometric out-of- focus imaging: development of an algorithm to assess liquid and ice water content » (Lemaitre et al.) paru dans Measurement Science and Technology (ISSN : 0957-0233, ESSN : 1361-6501) présentant un algorithme optimisé pour accélérer le traitement d'image. L'algorithme proposé est basé sur la détection de chaque interférogramme avec l'utilisation de la méthode du vecteur de paires de gradient. Cette méthode s'avère être 13 fois plus rapide que la transformée de Hough conventionnelle. L'algorithme est validé sur des images synthétiques de nuages de phases mixtes, puis testé et validé en laboratoire. Cet algorithme devrait avoir des applications importantes dans la mesure de la taille des gouttelettes et des particules de glace pour la sécurité des aéronefs, l'étude microphysique des nuages et plus généralement dans l'analyse en temps réel des écoulements triphasiques par imagerie interférométrique .
Pour les application de la détection de givrage, on connaît l'article « Détermination of the composition of multicomponent droplets by rainbow refractometry by J. Wilms*, N. Roth*, S. Arndt**, B. Weigand* *Institute of Aerospace Thermodynamics (ITLR), University of Stuttgart » accessible par le lien http Î //Itces . dem. ist . utl . t/LXLASER/lxlaser2004
/pdf/paper .11 6.pdf qui décrit un exemple de solution de détermination de la composition de gouttelettes multi-composants par réfractométrie arc-en-ciel pour des gouttelettes n-alcanes à faible volatilité.
On connaît aussi la publication de l'article Expérimental analysis of global rainbow technique: Sensitivity of température and size distribution measurements to non- spherical droplets dans la revue »Experiments in Fluids 47 ( 4 ): 839-848 · October 2009 » décrivant le principe de la technique de l'arc-en-ciel global (GRT) pour mesurer la température des gouttelettes liquides avec quelques degrés de précision. La technique fournit également une estimation de la distribution de la taille des gouttelettes. Cet article vise à quantifier expérimentalement la précision de la GRT lorsqu'elle est appliquée à des gouttelettes sphériques et non sphériques. La distribution de taille extraite des signaux globaux arc-en- ciel est également comparée à l'imagerie de l'ombre et aux mesures de PDA.
Inconvénients de l'art antérieur
Les différents dispositifs connus présentent divers inconvénients gênants pour l'application précitée de contrôle de processus industrielle. En particulier, les solutions de l'art antérieur ne permettent pas de déterminer en temps réel la température des gouttelettes.
La solution décrite dans l'article « One-dimensional rainbow thermometry System by using slit apertures » dont les auteurs sont Xuecheng Wu,l,* Haoyu Jiang, Yingchun Wu, Jin Song, Gérard Gréhan, Sawitree Saengkaew, Linghong Chen, Xiang Gao, and Kefa Cen paru dans OPTICS LETTERS / Vol. 39, No. 3 / February 1, 2014. concerne des travaux antérieurs des inventeurs, pour une mesure le long d'un parcours d'une goutte dans le plan de la feuille laser, et par l'observation à travers de deux fentes croisées par un système de thermométrie arc-en-ciel utilisant des ouvertures à fentes et une feuille de lumière laser, c'est- à-dire un plan lumineux et non pas un faisceau linéaire. Ce système est destiné à effectuer des mesures de la taille et de l'indice de réfraction des gouttelettes dans l'espace de pulvérisation .
La caméra CCD capte une image résultant de l'interaction du faisceau diffusé avec un filtre à fentes croisées et deux lentilles. Le but est de caractériser des gouttes sur une trajectoire contenu dans la feuille laser.
L'image formée sur la caméra ne permet pas de procéder à une analyse satisfaisante lorsque la goutte imagée se trouve dans un état intermédiaire entre l'état liquide et l'état solide, au moment de la formation de micro-cristaux à l'intérieur de la goutte liquide. Dans ce cas, l'image observée à travers l'optique décrite et le système de deux fentes croisées est inexploitable .
Pour l'application à la détection du givrage, les différentes solutions connues sont, en général, mal adaptées aux contraintes métrologiques et opérationnelles envisagées, en raison en particulier des difficultés suivantes : une installation longue et difficile dans un aéronef, un encombrement très important, une exploitation difficile des résultats, ... De plus, la plupart de ces dispositifs connus présentent une gamme de mesure de la taille des gouttelettes, qui est réduite, et ne sont notamment pas en mesure de détecter et analyser en même temps les petites et les grosses gouttelettes surfondues (eau à température inférieure à 0°C) et connues sous l'expression anglaise "Super Cooled Large Droplet", qui, comme on le sait, favorisent l'apparition de givre.
Enfin, les solutions de l'art antérieur ne permettent pas de déterminer en temps réel la température des gouttelettes dans la zone critique correspondant à quelques centimètres de la surface à préserver du givrage. Solution apportée par l'invention
Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un équipement destiné à déterminer en temps réel l'indice de réfraction des gouttelettes liquides, avec une précision suffisante pour permettre d'en déduire la température.
A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un équipement, des applications et des procédés objet de l'une au moins des revendications.
Pour remédier aux inconvénients de l'art antérieur, l'invention prévoit, selon son acception la plus générales, les traitements suivants :
o Extraction d'une ligne transversale i de pixels Pi,j représentative de l'image numérisée
o Établissement d'une table [Pi,j, Ij] de l'intensité des pixels de cette ligne
o affectation à chacun desdits pixels Pi,j l'angle de diffusion Oj associé et construire une table [Oj, Ij]
o caractérisation à partir de cette table [Oj, Ij] les particules présentes dans la zone de mesure.
On entend par « angle de diffusion» l'angle formé entre l'axe du faisceau lumineux incident et l'axe du faisceau diffusé
Ces étapes non connues de l'art antérieur permettent un traitement en temps réel, à partir d'un ordinateur embarqué par exemple, alors que les solutions de l'art antérieur nécessitent des temps de calcul particulièrement important et sont très sensibles au réglage de l'installation.
Ce choix technique permet notamment de réduire le nombre d'informations à traiter sans dégrader les performances de la caractérisation des gouttelettes.
Par ailleurs, les solutions de l'art antérieur ne permettent pas de déterminer en temps réel la température des gouttelettes dans la zone critique correspondant à quelques centimètres de la surface à préserver du givrage. Description détaillée d'un exemple non limitatif de
1 ' invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
- la figure 1 représente une vue schématique d'un équipement selon l'invention.
L'équipement selon l'invention est constitué par une source lumineuse monochromatique (1), dans l'exemple décrit un laser et un ensemble optique de prise de vue (2) comportant une caméra ( 3 ) .
Le faisceau laser monodimensionnel (4) est dirigé vers une zone de mesure (5) située dans un conduit (6) de circulation des particules à contrôler ou située en avant d'une surface (6) à protéger du givrage, par exemple le bord d'attaque d'une aile d'avion
L'axe optique (7) de l'ensemble optique de prise de vue (2) forme avec l'axe optique (8) un angle Gamma égal à (Alpha ± Béta) + Thêta
• où
o Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes
o Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation
o Thêta est une valeur comprise entre 0 et 20°.
L'ensemble optique de prise de vue comprend un objectif (9) focalisé dans la zone de mesure (5), un diaphragme (10) formant une fente perpendiculaire au plan défini par les axes optiques (7, 8) et une lentille de sortie (11), ainsi qu'une caméra ( 3 ) .
Le terme « arc en ciel principal » désigne l'arc en ciel formé par une seule réflexion à l'intérieur de la goutte et qui produit de ce fait l'arc en ciel dit « principal » qui présente la plus forte intensité.
L'arc en ciel principal est celui résultant d'une première réfraction du rayon incident, correspondant au changement d'indice entre l'air et le liquide formant la goûte, une réflexion à l'interface liquide-air résultant d'un angle d'incidence supérieur à l'angle limite, et une deuxième réfraction à l'interface liquide-air résultant d'un angle d'incidence du rayon réfracté à l'intérieur de la goutte inférieur à l'angle limite.
Il se distingue des arcs en ciel secondaires, formés par de multiples réflexions du rayon à l'intérieur de la goutte, produisant des arcs en ciel décalés angulairement par rapport à l'arc en ciel principal et présentant une moindre intensité lumineuse.
Pour une application et un dispositif de détection de givrage, le plan focal de l'ensemble optique est situé à une distance comprise entre 50 et 750 millimètres de la zone à protéger du givrage de façon à mesurer la température des particules incidentes, et fournir une information en temps réelle sur le risque de givrage, permettant de commander la mise en fonction des équipements de chauffage ou d'excitation mécanique . L'image acquise par la caméra résulte de la réfraction du faisceau laser (4) dans les gouttelettes. L'angle de réfraction à l'intérieur de chaque gouttelette est fonction principalement de la section de la gouttelette, de la longueur d'onde et de l'indice de réfraction, qui dépend de la température de la gouttelette. Toutefois, la variation de l'indice de réfraction en fonction de la température est très faible, et nécessite une mesure de grande précision. A titre d'exemple, pour des particules d'eau : Longueur d'onde
Température 226,5 nm 589,0 nm 1 013,98 nm
0 °C 1,39450 1,33432 1,32612
20 °C 1,39336 1.33298 1,32524
50 °C 1,38854 1,32937 1,32145
100 °C 1,37547 1,31861 1,31114
L'image observée par la caméra (3) présente des franges d'interférence avec une alternance de bandes sombres et de bandes claires.
Pour extraire 1 ' information permettant de caractériser les particules dans la zone de mesure, on procède à un premier traitement pour extraire une ligne j de pixels Plfj représentative de l'image, parallèle au plan défini par l'axe (8) du laser et l'axe (7) de l'ensemble optique.
La ligne j représentative sélectionnée est celle présentant le plus grand contraste.
On enregistre la courbe d'intensité correspondant à cette ligne pour déterminer un profil en forme de cloche, dont la position du pic détermine l'indice de réfraction et le facteur de forme dépend de la distribution de tailles des particules présentes dans la zone de mesure.
L'analyse de cette courbe peut être réalisée par différentes méthodes.
Elle peut être réalisée par comparaison avec une base de courbes associées à des classes de particules, par exemple par des solutions de moindres carrées ou par un réseau bayésien.
Elle peut aussi être réalisée par un traitement consistant à procédé à une étape d'estimation d'un indice de référence INDref, déterminé en fonction de ladite distribution mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique et une étape de calcul pour N classes Cy de tailles de particules, le nombre de particules Px appartenant à la classe Cy par une inversion matricielle [I±]
= [OiCy] .

Claims

Revendications
1 — Equipement de caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence comprenant :
- des moyens d'illumination monodimensionnel (1) susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure (ZM) ;
- des moyens de prise de vue ( 2 ) comportant au moins une caméra ( 3 ) susceptible de prendre au moins une image de ladite zone de mesure (ZM) illuminée par lesdits moyens d'illumination ; et
- des moyens de traitement (4) susceptibles de déterminer les valeurs dudit paramètre de caractérisation physique et thermochimique, à partir de ladite image prise par la caméra ( 3 ) ,
caractérisé en ce que
- lesdits moyens d'illumination comprennent au moins une source monochrome émettant dans une direction Di ( 8 )
• lesdits moyens de prise de vue ( 2 ) comprenant une optique de collimation et une caméra, orienté selon une direction D2 (7)
o l'angle Gamma formé entre Di et D2 est égal à (Alpha ± Béta) + Thêta
o où
■ Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes
■ Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation
■ Thêta est une valeur comprise entre 0 et 20°
• l'équipement comportant en outre un circuit de traitement de l'image transmise par la caméra et un calculateur pour commander la numérisation et l'enregistrement les images dans une mémoire locale et pour commander :
o l'extraction d'une ligne transversale i de pixels Plfj représentative de 1 ' image numérisée
o établir une table [P±,j, Ij] de l'intensité des pixels de cette ligne
o affecter à chacun desdits pixels Plfj l'angle de diffusion Oj associé et construire une table [Oj, Ij] o caractériser à partir de cette table [Oj, Ij] les particules présentes dans la zone de mesure.
2 - Application de l'équipement de caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes selon la revendication 1 pour la détection de risque de givrage d'une surface exposée à un flux de gouttelettes caractérisé en ce que ledit centre de ladite zone de mesure (5) est situé à une distance comprise entre 50 et 2000 millimètres, et préférentiellement entre 50 et 750 millimètres, d'une surface à protéger du givrage.
3 — Equipement de détection de risque de givrage d'une surface exposée à un flux de gouttelettes par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (5) comprenant :
- des moyens d'illumination (1) susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure (5) ;
- des moyens de prise de vue ( 2 ) comportant au moins une caméra ( 3 ) susceptible de prendre au moins une image de ladite zone de mesure (5) illuminée par lesdits moyens d'illumination ; et
- des moyens de traitement susceptibles de déterminer les valeurs dudit paramètre, à partir de ladite image prise par la caméra (3),
caractérisé en ce que - le centre de ladite zone de mesure (5) est situé à une distance comprise entre 50 et 2000 millimètres, et préférentiellement entre 50 et 750 millimètres, d'une surface à protéger du givrage
- lesdits moyens d'illumination comprennent au moins une source monochrome émettant dans une direction Di ( 8 )
• lesdits moyens de prise de vue ( 2 ) comprenant une optique de collimation associée à ladite caméra, orientés selon une direction D2 ( 7 )
o l'angle Gamma formé entre Di et D2 est égal à (Alpha ±
Béta) + Thêta
o où
■ Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes
■ Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation
■ Thêta est une valeur comprise entre 0 et 20°
• L'équipement comportant en outre un circuit de traitement de l'image transmise par la caméra et un calculateur pour commander l'enregistrement des images dans une mémoire locale et pour commander :
o L'extraction d'une ligne transversale i de pixels Plfj représentative de 1 ' image numérisée
o Etablir une table [P±,j, Ij] de l'intensité des pixels de cette ligne
o affecter à chacun desdits pixels Plfj l'angle de diffusion Oj associé et construire une table [Oj, Ij] o caractériser à partir de cette table [Oj, Ij] les particules présentes dans la zone de mesure.
4 — Equipement de détection de risque de givrage selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'étape de caractérisation des particules consiste à comparer ladite table [Oj, Ij] avec une collection de tables associées à des classes de particules.
5 — Equipement de détection de risque de givrage selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'étape de caractérisation des particules consiste à calculer à partir de cette table [Oj, Ij] l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules. 6 — Equipement de détection de risque de givrage selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite étape de calcul de l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules comprend.
o une étape d'estimation d'un indice de référence INDref, déterminé en fonction de ladite distribution mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique
o on calcule, pour N classes Cy de tailles de particules, le nombre de particules Px appartenant à la classe Cy par une inversion matricielle [I±] = [OiCy] .
7 — Procédé d'étude des phénomènes de givrage d'une pièce caractérisé en ce que l'on place ladite pièce dans une soufflerie givrante produisant un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, et en ce que l'on réalise la caractérisation physique et thermochimique de ladite pièce à l'aide d'un équipement de détection de risque de givrage d'une surface exposée à un flux de gouttelettes conforme à l'une au moins des revendications 1 à 4.
8 — Procédé d'alerte des risques de givrage du bord d'attaque d'une aile d'un aéronef caractérisé en ce que l'on réalise la caractérisation physique et thermochimique d'une partie dudit bord d'attaque à l'aide d'un équipement de détection de risque de givrage d'une surface exposée à un flux de gouttelettes conforme à l'une au moins des revendications 1 à 4.
9 — Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser une l'étape de caractérisation des particules consiste à comparer ladite table [Oj, Ij] avec une collection de tables associées à des classes de particules.
10 - Application de l'équipement de caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes selon la revendication 1 pour le contrôle de qualité.
11 — Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence comprenant :
- des moyens d'illumination monodimensionnel (1) susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure (ZM) ;
- des moyens de prise de vue (2) comportant au moins une caméra ( 3 ) susceptible de prendre au moins une image de ladite zone de mesure (ZM) illuminée par lesdits moyens d'illumination ; et
- des moyens de traitement (4) susceptibles de déterminer les valeurs dudit paramètre de caractérisation physique et thermochimique, à partir de ladite image prise par la caméra ( 3 ) ,
caractérisé en ce que
- lesdits moyens d'illumination comprennent au moins une source monochrome émettant dans une direction Di ( 8 ) • lesdits moyens de prise de vue ( 2 ) comprenant une optique de collimation et une caméra, orienté selon une direction D2 (7)
o l'angle Gamma formé entre Di et D2 est égal à (Alpha ± Béta) + Thêta
o où
■ Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes ■ Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation
■ Thêta est une valeur comprise entre 0 et 20°
• l'équipement comportant en outre un circuit de traitement de l'image transmise par la caméra et un calculateur pour commander la numérisation et l'enregistrement les images dans une mémoire locale et pour commander :
o l'extraction d'une ligne transversale i de pixels Plfj représentative de 1 ' image numérisée
o établir une table [P±,j, Ij] de l'intensité des pixels de cette ligne
o affecter à chacun desdits pixels Plfj l'angle de diffusion Oj associé et construire une table [Oj, Ij] o caractériser à partir de cette table [Oj, Ij] les particules présentes dans la zone de mesure.
12 - Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser une étape de caractérisation des particules consistant à calculer à partir de cette table [Oj, Ij] l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules. 13 — Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser une étape de calcul de l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules comprenant :
o une étape d'estimation d'un indice de référence INDref, déterminé en fonction de ladite distribution mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique
o on calcule, pour N classes Cy de tailles de particules, le nombre de particules Px appartenant à la classe Cy par une inversion matricielle [!±] = [OiCy].
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