FR2653559A1 - DEVICE FOR DETERMINING, BY MOLECULAR FLUORESCENCE, THE CONCENTRATION OF A COMPONENT TO BE MONITORED IN A GAS MIXTURE IN CIRCULATION. - Google Patents
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Abstract
Dispositif pour déterminer la concentration d'un composant à surveiller dans un mélange gazeux en circulation à l'intérieur d'un conduit principal (10). La détermination est effectuée grâce à la mesure de l'intensité de fluorescence émise par le composant excité par un faisceau lumineux. Cette détermination nécessite un étalonnage qui selon l'invention n'est pas réalisé en même temps que la détermination mais avec le même système de mesure. Application à la surveillance de composants toxiques contenus dans un mélange gazeux rejeté dans l'atmosphère.Device for determining the concentration of a component to be monitored in a gas mixture circulating inside a main duct (10). The determination is carried out by measuring the intensity of fluorescence emitted by the component excited by a light beam. This determination requires a calibration which according to the invention is not carried out at the same time as the determination but with the same measuring system. Application to the monitoring of toxic components contained in a gas mixture released into the atmosphere.
Description
La présente invention a pour objet un dispositif pour la détermination,The present invention relates to a device for the determination,
par fluorescence moléculaire, de la concentration d'un composant à by molecular fluorescence, from the concentration of a component to
surveiller dans un mélange gazeux en circulation. monitor in a circulating gas mixture.
Elle s'applique notamment à la surveillance de la présence de composants toxiques dans un mélange gazeux It applies in particular to the monitoring of the presence of toxic components in a gaseous mixture
rejeté dans l'atmosphère.released into the atmosphere.
Un mélange gazeux issu par exemple d'un A gaseous mixture resulting for example from a
retraitement de matériau est le plus souvent rejeté. Material reprocessing is most often rejected.
dans l'atmosphère. C'est pourquoi, on s'assure qu'aucun gaz toxique n'est présent dans le mélange, même en concentration très faible. Un dispositif de mesure de concentration extrêmement sensible doit permettre la détection du dépassement d'un seuil de concentration in the air. This is why we ensure that no toxic gas is present in the mixture, even in very low concentration. An extremely sensitive concentration measuring device shall enable the detection of the exceeding of a concentration threshold
fixe très bas pour des raisons de sécurité. fixed very low for security reasons.
La figure 1 repr4sente un dispositif connu pour mesurer par fluorescence moléculaire la concentration d'un composant dans un mélange gazeux FIG. 1 represents a known device for measuring the concentration of a component in a gaseous mixture by molecular fluorescence.
en circulation.in circulation.
Le mélange gazeux circule dans un conduit The gas mixture circulates in a duct
principal 10 (dans le sens indiqué par la flèche). main 10 (in the direction indicated by the arrow).
Sous l'action d'une pompe aspirante 12, une partie du mélange gazeux est aspiré dans un circuit pneumatique d4rivE comportant une cellule de mesure 14. Le dé-bit et la pression du mélange gazeux sont mesurés par un dêbitmètre 22 et un manomètre 24 places Under the action of a suction pump 12, a part of the gaseous mixture is sucked into a d4rivE pneumatic circuit comprising a measuring cell 14. The debit and the pressure of the gaseous mixture are measured by a flowmeter 22 and a manometer 24 seats
à l'entrée de la cellule 14.at the entrance of cell 14.
Un faisceau lumineux, issu d'un laser 16 approprié, traverse la cellule de mesure 14 de part en part. Sa longueur d'onde est choisie telle qu'elle A light beam, coming from a suitable laser 16, passes through the measuring cell 14 from one side to the other. Its wavelength is chosen as it
excite préférentiellement le composant à surveiller. preferentially excites the component to be monitored.
Ce faisceau lumineux est modulé par un modulateur optique 26 ("Chopper" en terminologie anglo-saxonne) This light beam is modulated by an optical modulator 26 ("Chopper" in English terminology)
ce qui autorise une détection synchrone. which allows synchronous detection.
La lumière de fluorescence émise à l'extérieur de la cellule 14 par l'intermédiaire d'un hublot latéral 18 est filtrée par un filtre pour éliminer la lumière diffusée provenant du The fluorescent light emitted outside the cell 14 via a side window 18 is filtered by a filter to eliminate the scattered light from the
faisceau d'excitation.excitation beam.
Un photomultiplicateur 28 alimenté par une source d'alimentation 30 recueille la lumière de fluorescence et délivre sur une sortie un signal électrique proportionnel à l'intensité lumineuse détectée. Une deuxième cellule 34 remplie d'un mélange gazeux de composition connue et contenant le composant à surveiller est pla cêe sur le trajet du faisceau lumineux d'excitation issu de la cellule de mesure 14. Un système 35 est asservi au manomètre 24 et permet de rendre la pression à l'intérieur de la deuxième cellule 34 égale à celle régnant dans la A photomultiplier 28 powered by a power source 30 collects the fluorescence light and delivers on an output an electrical signal proportional to the detected light intensity. A second cell 34 filled with a gaseous mixture of known composition and containing the component to be monitored is placed in the path of the excitation light beam coming from the measuring cell 14. A system 35 is slaved to the pressure gauge 24 and allows make the pressure inside the second cell 34 equal to that prevailing in the
cellule de mesure 14.measuring cell 14.
Le faisceau d'excitation est absorbé dans la deuxième cellule 34 et donne lieu à une émission de lumière de fluorescence de la part du composant The excitation beam is absorbed in the second cell 34 and gives rise to a fluorescence light emission from the component
identique au composant à surveiller. identical to the component to be monitored.
Cette lumière de fluorescence émise à l'extérieur de la cellule 34 par l'intermédiaire d'un hublot latéeral 33 est filtrée par un filtre 36 éliminant la lumière parasite provenant de la diffusion du faisceau d'excitation puis recueillie par un photomultiplicateur 38 alimente par la source d'alimentation 30. Ce dernier délivre sur une sortie un signal électrique proportionnel à l'intensité This fluorescence light emitted outside the cell 34 via a side window 33 is filtered by a filter 36 eliminating stray light from the excitation beam scattering and then collected by a photomultiplier 38 fed by the power source 30. The latter delivers on an output an electrical signal proportional to the intensity
lumineuse détectée.detected light.
Les signaux électriques issus des deux photomultiplicateurs 28, 38 sont délivrés sur deux entrées de moyens de traitement 32. La mesure de l'intensité lumineuse de fluorescence du composant dont la concentration est connue permet de déduire la concentration du composant à surveiller à partir de l'intensité lumineuse émise par ce dernier. La mesure effectuée à partir de La deuxième cellule The electrical signals coming from the two photomultipliers 28, 38 are delivered on two inputs of processing means 32. The measurement of the fluorescence luminous intensity of the component whose concentration is known makes it possible to deduce the concentration of the component to be monitored from the luminous intensity emitted by the latter. The measurement made from the second cell
38 constitue un étalonnage du dispositif de mesure. 38 constitutes a calibration of the measuring device.
Ce dispositif connu présente de nombreux inconvénients. Sa sensibilité ne permet pas la détermination de concentrations inférieures à 1012 moléc. /cm3 en milieu industriel, ce qui n' est pas suffisant dans le cas o l'on doit surveiller des composants très toxiques et dont les normes de rejet This known device has many disadvantages. Its sensitivity does not allow the determination of concentrations lower than 1012 molecules. / cm3 in an industrial environment, which is not sufficient in the case where one must monitor highly toxic components and whose discharge standards
sont extrêmement basses.are extremely low.
La sensibilité insuffisante entraîne des temps de réponse longs: le signal détecté étant très faible, la détermination de la concentration est obtenue en moyennant des mesures sucessives. Le nombre de ces mesures est d'autant plus grand que le signal est faible et noyé dans du bruit. Durant la détermination, la concentration du composant peut varier de façon significative faussant alors le Insufficient sensitivity leads to long response times: the detected signal being very weak, the determination of the concentration is obtained by means of successive measurements. The number of these measurements is all the greater as the signal is weak and drowned in noise. During the determination, the concentration of the component may vary significantly, thus distorting the
résultat de la mesure.result of the measurement.
Pour que l'étalonnage soit efficace, les deux photomultiplicateurs 28, 38 doivent présenter des caractéristiques semblables, ce qui entraîne des complications de réglage et des difficultés de calibration. Ce dispositif connu ne permet pas de distinguer les lumières de fluorescence parasites provenant d'autres composants constituant For the calibration to be effective, the two photomultipliers 28, 38 must have similar characteristics, which leads to adjustment complications and calibration difficulties. This known device does not make it possible to distinguish parasitic fluorescence lights coming from other components constituting
éventuellement le mélange gazeux.optionally the gaseous mixture.
La présente invention pallie ces divers inconvénients. La mesure de concentration et l'étalonnage se font à l'aidede de la même cellule, The present invention overcomes these various disadvantages. Concentration measurement and calibration are done using the same cell,
à des instants différents.at different times.
L'étalonnage peut être effectué à intervalles réguliers mais aussi, grâce au passage rapide et aisé du mode "mesure" au mode "étalonnage", lorsqu'un seuil de concentration est franchi; le fonctionnement du dispositif de mesure est ainsi contrôlé et la mesure fiable permet éventuellement de déclencher Calibration can be performed at regular intervals but also, thanks to the quick and easy transition from "measurement" mode to "calibration" mode, when a concentration threshold is crossed; the operation of the measuring device is thus controlled and the reliable measurement can be used to trigger
des dispositifs d'alarme.alarm devices.
La sensibilité du dispositif selon l'invention permet la surveillance d'un composant The sensitivity of the device according to the invention allows the monitoring of a component
apparaissant à de très faibles concentrations. appearing at very low concentrations.
De manière plus précise, la présente invention concerne un dispositif pour déterminer la concentration d'un composant à surveiller dans un mélange gazeux en circulation à l'intérieur d'un conduit principal comprenant: une cellule de mesure apte à la circulation du mé:lange gazeux à un débit et une pression connus, - des moyens pour exciter une fluorescence dudit composant à surveiller à l'intérieur de la cellule de mesure, - des moyens de mesure de l'intensité lumineuse de fluorescence délivrant sur une sortie un signal électrique, - des moyens de traitement dudit signal électrique, ces moyens étant connectés par une entrée à la More specifically, the present invention relates to a device for determining the concentration of a component to be monitored in a circulating gas mixture inside a main conduit comprising: a measuring cell capable of circulating the mixture gaseous at a known flow rate and a pressure, means for exciting a fluorescence of said component to be monitored inside the measuring cell, means for measuring the fluorescence luminous intensity delivering on an output an electrical signal, means for processing said electrical signal, these means being connected by an input to the
sortie des moyens de mesure de l'intensité. output of the intensity measuring means.
Des mesures d'étalonnage sont effectuées à partir de la lumière de fluorescence émise par un composant identique audit composant à surveiller mais contenu en concentration connue dans un mélange Calibration measurements are made from the fluorescence light emitted by a component identical to said component to be monitored but contained in known concentration in a mixture
gazeux d'étalonnage.gaseous calibration.
Les mesures d'étalonnage et la détermination de la concentration du composant à surveiller sont effectuées à des instants différents, à l'aide du The calibration measurements and the determination of the concentration of the component to be monitored are carried out at different times, using the
même système de mesure.same measuring system.
L'étalonnage et la mesure sont effectuées avec les mêmes outils, ce qui permet de confirmer la validité des mesures et d'améliorer la précision Calibration and measurement are performed with the same tools, which confirms the validity of the measurements and improves the accuracy
de la détermination.of determination.
Selon un mode préféré de r4alisation, le dispositif conforme à l'invention comprend en outre: - un circuit pneumatique de prélèvement comportant une pompe aspirante, ce circuit de prélèvement étant raccordé par une entrée et une sortie au conduit principal, - un circuit pneumatique de mesure comportant ladite cellule de mesure et une pompe aspirante, ce circuit de mesure étant raccordé d'une part au circuit pneumatique de prélèvement et d'autre part, au conduit principal de manière telle que le mélange gazeux aspiré du circuit pneumatique de prêlèvement soit rejeté dans le conduit principal, - un circuit pneumatique d'étalonnage comportant un moyen pour fournir un mélange gazeux d'étalonnage contenant ledit composant en concentration connue et variable à volonté, ce circuit pneumatique d'étalonnage étant raccordé au circuit pneumatique de prélèvement par une dérivation apte à isoler le circuit pneumatique de prélèvement du conduit principal, le mélange gazeux d'étalonnage circulant According to a preferred embodiment, the device according to the invention further comprises: a pneumatic sampling circuit comprising a suction pump, this sampling circuit being connected by an inlet and an outlet to the main duct; a pneumatic circuit of measurement comprising said measuring cell and a suction pump, said measuring circuit being connected on the one hand to the pneumatic sampling circuit and, on the other hand, to the main duct in such a way that the gaseous mixture sucked from the pneumatic withdrawal circuit is rejected. in the main duct, - a pneumatic calibration circuit comprising means for supplying a calibration gas mixture containing said component in known and variable concentration at will, this pneumatic calibration circuit being connected to the pneumatic sampling circuit by a bypass suitable for isolating the pneumatic sampling circuit of the main duct, the melan geometry of circulating calibration
alors dans le circuit pneumatique de mesure. then in the pneumatic measuring circuit.
Pour passer du fonctionnement normal au mode "étalonnage", il suffit de couper l'arrivée du mélange gazeux provenant du conduit principal et d'insuffler le mélange d'étalonnage de composition To switch from normal operation to "calibration" mode, it is sufficient to turn off the gas mixture coming from the main line and to blow the composition calibration mixture
connue dans le circuit pneumatique de mesure. known in the pneumatic measuring circuit.
Selon une variante de réalisation de la présente invention, le circuit de prélèvement comporte un pyrolyseur. A volonté, on peut ainsi dissocier les composés présents dans le mélange gazeux et According to an alternative embodiment of the present invention, the sampling circuit comprises a pyrolyzer. At will, it is possible to dissociate the compounds present in the gas mixture and
contenant éventuellement le composant à surveiller. possibly containing the component to be monitored.
Sans le pyrolyseur, la quantité de composant à surveiller présente sous forme de composé échapperait Without the pyrolyzer, the amount of component to be monitored present as a compound would escape
à la mesure.to the measure.
De manière préférée, le moyen pour fournir le mélange gazeux d'étalonnage consiste en un échangeur cryogénique. Selon un mode préféré de réalisation, un piège à lumière interdit tout retour à l'intérieur de la cellule de mesure à un faisceau lumineux ayant Preferably, the means for supplying the calibration gas mixture consists of a cryogenic exchanger. According to a preferred embodiment, a light trap prohibits any return inside the measuring cell to a light beam having
traversé cette dernière longitudinalement. crossed the latter longitudinally.
Préférentiellement, le circuit pneumatique de prélèvement et le circuit pneumatique de mesure sont réalisés en matériaux ne présentant pas d'affinité Preferably, the pneumatic sampling circuit and the pneumatic measuring circuit are made of materials having no affinity
chimique avec ledit composant à surveiller. chemical with said component to be monitored.
Dans un mode préféré de réalisation, les moyens de mesure de l'intensité lumineuse consistent en un spectromètre multicanal. L'utilisation de cet analyseur permet de ne prendre en compte que la Lumière de fluorescence provenant du composant à surveiller et d'éliminer des fluorescences parasites et de longueur d'onde proche dues à d'autres composants In a preferred embodiment, the means for measuring the light intensity consist of a multichannel spectrometer. The use of this analyzer makes it possible to take into account only the fluorescent light coming from the component to be monitored and to eliminate parasitic and near-wavelength fluorescence due to other components.
contenus dans le mélange gazeux.contained in the gaseous mixture.
Avantageusement, la cellule de mesure comporte deux fenêtres inclinées à angle de Brewster Advantageously, the measuring cell comprises two angled windows of Brewster angle
par rapport à l'axe longidutinal de la cellule. relative to the longitudinal axis of the cell.
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après In any case, the features and advantages of the invention will appear better after
la description qui suit donnée à titre explicatif the following description given for explanatory purposes
et nullement limitatif. Cette description se réfère and in no way limiting. This description refers to
à des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1, déjà décrite, représente schématiquement un dispositif connu pour la détermination de la concentration d'un composant à surveiller dans un mélange gazeux en circulation; - la figure 2 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention pour la détermination de la concentration d'un composant à surveiller dans to the accompanying drawings in which: - Figure 1, already described, schematically shows a known device for determining the concentration of a component to be monitored in a circulating gas mixture; FIG. 2 diagrammatically represents a device according to the invention for determining the concentration of a component to be monitored in
un mélange gazeux en circulation.a gaseous mixture in circulation.
La figure 2 représente schématiquement un Figure 2 schematically represents a
dispositif selon l'invention.device according to the invention.
Le mélange gazeux (représenté schématiquement par une flèche) contenant le composant à surveiller circule dans un conduit principal 10. Un circuit pneumatique de prélèvement est raccordé en paraLLèle sur le conduit 10. Une pompe aspirante 40 entraine une partie du mélange gazeux dans le circuit de prélèvement à un débit volumique de 1 l/mm à la The gaseous mixture (represented diagrammatically by an arrow) containing the component to be monitored circulates in a main duct 10. A pneumatic sampling circuit is connected in parallel to the duct 10. A suction pump 40 entrains a portion of the gaseous mixture in the cooling circuit. sampling at a volume flow of 1 l / mm at the
pression atmosphérique.atmospheric pressure.
Une vanne 42 placée à l'entrée du circuit de prélèvement permet son isolement ou le réglage de la pression du mélange gazeux circulant dans ce circuit. Cette dernière ainsi que le dé-bit sont contrôLés à l'aide d'un manomètre 46 et d'un A valve 42 placed at the inlet of the sampling circuit allows its isolation or adjustment of the pressure of the gas mixture flowing in this circuit. The latter and the debit are controlled by means of a manometer 46 and a
débitmètre 44.flowmeter 44.
Le circuit de prélèvement comporte encore un pyroliseur 48, en quartz par exemple. A volonté, on peut donc dissocier les composés du mélange et The sampling circuit also comprises a pyrolizer 48, made of quartz for example. At will, we can dissociate the compounds from the mixture and
contenant éventuellement le composant à surveiller. possibly containing the component to be monitored.
La tuyauterie et les différents é-lé-ments du circuit de prélèvement sont constitués en matériau ne présentant pas d'affinité chimique avec le composant toxique à surveiller. On évite ainsi toute accumulation The piping and the various elements of the sampling circuit are made of material which has no chemical affinity with the toxic component to be monitored. This avoids any accumulation
de ce composant dans le circuit.of this component in the circuit.
La tuyauterie ainsi que la pompe 40 et The piping as well as the pump 40 and
la vanne d'isolement 42 sont par exemple en téflon. the isolation valve 42 are for example Teflon.
Le pyroliseur 48 est par exemple en quartz. The pyroletter 48 is for example made of quartz.
Le dé-bitmètre 44 est par exemple en verre et téflon. The debit-meter 44 is for example glass and Teflon.
Un circuit pneumatique de mesure est raccordé d'une part au circuit pneumatique de prélèvement et d'autre part au conduit principal 10 en aval de A pneumatic measuring circuit is connected on the one hand to the pneumatic sampling circuit and on the other hand to the main pipe 10 downstream of
la sortie du circuit de prélèvement. the output of the sampling circuit.
Ce circuit de mesure comprend un débitmètre , une vanne 52, un manomètre 54, une ceLluLe de mesure 56 et une pompe d'aspiration 59. De manière préfArée, on se place à une pression inférieure à Pa dans la cellule 56. La pression doit être r é-gle de manière à ce que l'excitation de la fluorescence s'effectue dans les meilleures conditions This measuring circuit comprises a flowmeter, a valve 52, a pressure gauge 54, a measurement gauge 56 and a suction pump 59. Preferably, a pressure of less than Pa is placed in the cell 56. be regulated so that the excitation of the fluorescence is effected in the best conditions
possibles.possible.
Avantageusement, la puissance de la pompe 59 est suffisante pour obtenir dans la celluLe 56 une pression de l'ordre de 0,1 mbar avec un débit Advantageously, the power of the pump 59 is sufficient to obtain in the cell 56 a pressure of the order of 0.1 mbar with a flow rate
volumique dans la cellule 56 de 100 cc/min. volume in the cell 56 of 100 cc / min.
Sous l'effet de la pompe 59, une partie du mélange gazeux circulant dans le circuit de Under the effect of the pump 59, a part of the gaseous mixture circulating in the circuit of
prélèvement est aspirée dans le circuit de mesure. sample is sucked into the measuring circuit.
Le dé-bitmètre 50 et le manomètre 54 servent à contrôler le débit et la pression à l'intérieur de la cellule de mesure 56. La pression à l'intérieur The debit-meter 50 and the pressure gauge 54 serve to control the flow and pressure inside the measuring cell 56. The pressure inside
de la cellule 56 est réglée à L'aide de la vanne 52. of the cell 56 is adjusted with the aid of the valve 52.
La cellule de mesure 56 comporte deux fenêtres 58, 60 inclinées par exemple à angle de Brewster par rapport à l'axe longitudinal de la cellule 56 de manière à éviter toute réflexion parasite dans The measuring cell 56 comprises two windows 58, 60 inclined for example Brewster angle relative to the longitudinal axis of the cell 56 so as to avoid any parasitic reflection in
la cellule 56 lorsqu'un faisceau lumineux les traverse. the cell 56 when a light beam passes through them.
La cellule de mesure 56 est flanquée d'un hublot lateral pour l'observation de la lumière de fluorescence émise par le composant à surveiller The measuring cell 56 is flanked by a side window for observing the fluorescent light emitted by the component to be monitored
dans la cellule 56.in cell 56.
De la même manière que précédemment, les matériaux constitutifs du circuit de mesure ne présentent pas d'affinité chimique avec le composant à surveiller. Le d-bitmètre 50 et le manomètre 54 sont identiques au débitmètre 44 et au manomètre 46 du circuit de prélèvement. La vanne 52 est par exemple en téflon. La cellule de mesure 56 est par exemple en téflon; les fenêtres 58, 60 et le hublot In the same way as above, the constituent materials of the measurement circuit do not have a chemical affinity with the component to be monitored. The d-bitmeter 50 and the pressure gauge 54 are identical to the flowmeter 44 and the pressure gauge 46 of the sampling circuit. The valve 52 is for example Teflon. The measuring cell 56 is for example Teflon; the windows 58, 60 and the porthole
62 sont par exemple en quartz.62 are for example quartz.
Un laser 16, qui peut être par exemple un laser à colorant, délivre un faisceau lumineux de largeur spectrale étroite et apte à exciter sélectivement le composant à surveiller. Un modulateur optique 26 module le faisceau lumineux, ce qui permet A laser 16, which may for example be a dye laser, delivers a light beam of narrow spectral width and able to selectively excite the component to be monitored. An optical modulator 26 modulates the light beam, which allows
une détection synchrone de la lumière de fluorescence. synchronous detection of the fluorescence light.
Une lentille 64 focalise le faisceau lumineux dans une fibre optique 66 guidant ce dernier vers la cellule de mesure 56. Après s'être propagédans la fibre 66, le faisceau est focalisé par une lentille 68 à l'intérieur de la cellule de mesure 56 dans laquelle il pénètre en traversant la fenêtre 58 et A lens 64 focuses the light beam in an optical fiber 66 guiding the light beam towards the measuring cell 56. After propagating in the fiber 66, the beam is focused by a lens 68 inside the measuring cell 56 in which he enters through the window 58 and
o il excite le composant à surveiller. o It excites the component to be monitored.
L'absorption du faisceau n'est pas totale; eLLe est même faible dans la majeure partie des cas puisque le composant à surveiller qui seul absorbe le faisceau, n'est présent qu'en très faible concentration. Le faisceau lumineux traverse donc la cellule et en ressort par l'intermédiaire de la The absorption of the beam is not total; it is even weak in most cases since the component to be monitored, which alone absorbs the beam, is present only at a very low concentration. The light beam thus passes through the cell and leaves it via the
seconde fenêtre 60.second window 60.
Un piège à lumière 70 absorbe complètement le faisceau lumineux ayant traversé la cellule 56 de manière à éviter tout retour de ce faisceau à l'intérieur de la cellule 56 pouvant créer des lumières parasites. A la suite de son excitation par Le faisceau lumineux, le composant à surveiller contenu dans le mélange gazeux en circulation à l'intérieur de la cellule 56 produit une lumière de fluorescence dont une partie est émise à l'extérieur par A light trap 70 completely absorbs the light beam having passed through the cell 56 so as to avoid any return of this beam inside the cell 56 which can create parasitic light. Following its excitation by the light beam, the component to be monitored contained in the circulating gas mixture inside the cell 56 produces a fluorescence light, part of which is emitted externally by
l'intermédiaire du hublot 62.through the porthole 62.
Une Lentille 7Z placée à proximité du hublot 62 met sous forme de faisceau parallèle La lumière de fluorescence. Ce faisceau traverse un filtre interférentiel 74 qui permet d'éliminer la plus grande partie de la lumière diffusée par le faisceau lumineux d'excitation. A lens 7Z placed near the porthole 62 puts in the form of a parallel beam Fluorescence light. This beam passes through an interference filter 74 which makes it possible to eliminate most of the light diffused by the excitation light beam.
Une lentille 76 focalise le faisceau filtré. A lens 76 focuses the filtered beam.
dans une fibre optique qui le guide vers des moyens de mesure de l'intensité Lumineuse de fluorescence 80 constitués de manière pré-férée par un spectromètre multicanal. Un tel spectromètre possède un élément dispersif qui permet l'étaLement du faisceau lumineux in an optical fiber which guides it to means for measuring the fluorescence luminous intensity 80 advantageously constituted by a multichannel spectrometer. Such a spectrometer has a dispersive element which allows the spread of the light beam
en fonction des Longueurs d'onde. Le faisceau étalé. depending on the wavelengths. The beam spread.
est détecté. par une barrette de photodiodes correspondant chacune à une gamme étroite de longueurs d'onde. Le spectromètre multicanal délivre donc simultanément des signaux éelectriques proportionnels aux intensités lumineuses correspondant à chaque is detected. by a strip of photodiodes each corresponding to a narrow range of wavelengths. The multichannel spectrometer therefore simultaneously delivers electrical signals proportional to the light intensities corresponding to each
gamme de Longueurs d'onde.range of wavelengths.
La longueur d'onde de fluorescence du composant à surveiller étant connue, on peut ainsi filtrer (électriquement en ne prenant en compte que le signal intéressant) les lumières parasites à d'autres longueurs d'onde: en particulier, le résidu de lumière provenant de la diffusion du faisceau d'excitation et les lumières de fluorescences parasites émises par d'autres composants présents dans le mélange gazeux. Le signaL électrique correspondant à l'intensité de fluorescence du composant à surveiller est délivré sur une entrée du moyen de traitement 82 du type microordinateur qui détermine la concentration à partir de l'intensité mesurée et The fluorescence wavelength of the component to be monitored being known, it is thus possible to filter (electrically by taking into account only the signal of interest) parasitic light at other wavelengths: in particular, the light residue originating from the diffusion of the excitation beam and the lights of parasitic fluorescence emitted by other components present in the gas mixture. The electrical signal corresponding to the fluorescence intensity of the component to be monitored is delivered to an input of the microcomputer-type processing means 82 which determines the concentration from the measured intensity and
de courbes d'étalonnage enregistrées dans une mémoire. calibration curves stored in a memory.
1 1 Comme on va le voir dans la suite de la 1 1 As we will see later in the
description, l'étalonnage est effectué par description, the calibration is done by
l'intermédiaire du circuit de mesure déjà décrit. via the measurement circuit already described.
Cet étalonnage est réalisé une première fois lors de la mise en service du présent dispositif et ré-pét& de temps à autre. Il peut être aussi déclenché automatiquement par le microordinateur 82 lorsque la concentration en composant à surveiller dépasse un seuil fixé à l'avance. Dans ce cas, et pour gagner du temps, il est possible de ne contrôler qu'un point de fonctionnement particulier sans refaire un étalonnage complet. On contrôle ainsi la fiabilité de la mesure quasi instantanément car, comme on va Le voir, le passage du mode "mesure" au mode This calibration is performed a first time during the commissioning of the present device and re-fetched from time to time. It can also be triggered automatically by the microcomputer 82 when the concentration of component to monitor exceeds a threshold set in advance. In this case, and to save time, it is possible to control only one particular operating point without performing a complete calibration. It thus controls the reliability of the measurement almost instantaneously because, as we will see, the transition from "measurement" mode to
"étalonnage" est simple et rapide."calibration" is simple and fast.
L'étalonnage consiste à mesurer des intensités lumineuses de fluorescence émises par un composant identique au composant à surveiller et contenu dans un mélange gazeux d'étalonnage en concentration connue, la pression étant elle-même déterminée. Diverses mesures sont effectuées en faisant varier ces différents paramètres et des courbes d'étalonnage sont enregistrées dans une mémoire du microordinateur. Les valeurs intermédiaires entre Calibration consists in measuring the fluorescent light intensities emitted by a component identical to the component to be monitored and contained in a calibration gas mixture of known concentration, the pressure itself being determined. Various measurements are made by varying these different parameters and calibration curves are recorded in a memory of the microcomputer. Intermediate values between
deux courbes sont extrapolées.two curves are extrapolated.
Pour réaliser des mesures d'étalonnage, le circuit de prélèvement est isolé- du conduit principal 10 et raccordé à un circuit pneumatique d'étalonnage par une dérivation ("by pass" en To carry out calibration measurements, the sampling circuit is isolated from the main duct 10 and connected to a pneumatic calibration circuit by a bypass ("bypass").
terminologie anglo-saxonne).Anglo-Saxon terminology).
La dérivation consiste en trois vannes 42, 86, 88 par exemple en téflon commandées manuellement ou bien automatiquement par le The bypass consists of three valves 42, 86, 88 for example Teflon manually controlled or automatically by the
microordinateur 82 auquel elles sont connectées. microcomputer 82 to which they are connected.
La vanne d'isolement 42 permet d'isoler l'entrée Isolation valve 42 isolates the entrance
du circuit de prélèvement du conduit principal 10. the main line sampling circuit 10.
Le circuit pneumatique d'étalonnage comporte un moyen pour fournir un mélange gazeux d'étalonnage contenant ledit composant en concentration connue et variable à volonté. Dans l'exempLe de réalisation représenté sur la figure 2, ce moyen consiste en The pneumatic calibration circuit comprises means for providing a calibration gas mixture containing said component in known concentration and variable at will. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, this means consists of
un échangeur cryogénique 90.a cryogenic exchanger 90.
Lorsque la vanne 42 isole le circuit de prélèvement du conduit principal, la vanne 86 est ouverte et libère un gaz de mélange choisi par exemple parmi l'air, l'argon ou l'azote contenu sous pression dans une réserve 92. Le gaz libéré circule dans un conduit 94 plongeant dans un fluide cryogénique 96 When the valve 42 isolates the sampling circuit of the main duct, the valve 86 is open and releases a mixture gas selected for example from air, argon or nitrogen contained under pressure in a reserve 92. The gas released circulates in a conduit 94 immersed in a cryogenic fluid 96
contenu dans une cuve hermétiquement close. contained in a hermetically sealed tank.
A l'intérieur de la cuve, la température du fluide cryogénique 96 est déterminée par celle d'une thermistance 92 immergée dans le fluide 96 reliée à une source d'alimentation 100 commandée par le microordinateur 82. La température du fluide Inside the tank, the temperature of the cryogenic fluid 96 is determined by that of a thermistor 92 immersed in the fluid 96 connected to a power source 100 controlled by the microcomputer 82. The fluid temperature
96 peut aller de -100 C à 10 C.96 can range from -100 C to 10 C.
A l'intérieur de la cuve, le conduit 94 présente une partie de forme torsadé-e dans laquelle reposent des cristaux 102 de composant identique au composant à surveiller. La tension de vapeur des Inside the tank, the conduit 94 has a portion of twisted-e form in which crystals 102 of component identical to the component to be monitored. The vapor pressure of the
cristaux étant connue, on peut faire varier à volonté. crystals being known, one can vary at will.
et de manière déterminée la concentration du composant gazeux dans le gaz de mélange circulant dans le conduit 94 simplement en faisant varier la température du and in a determined manner the concentration of the gaseous component in the mixing gas flowing in the pipe 94 simply by varying the temperature of the
fluide cryogénique 96.cryogenic fluid 96.
Le conduit 94 est raccordé au circuit de prélèvement et lorsque la vanne 42 est fermée et les vannes 86 et 88 sont ouvertes, un mélange gazeux d'étalonnage de composition et concentration connues circule dans le circuit de pré-Lèvement et dans le The conduit 94 is connected to the sampling circuit and when the valve 42 is closed and the valves 86 and 88 are open, a calibration gas mixture of known composition and concentration circulates in the pre-collection circuit and in the
circuit de mesure.measuring circuit.
On effectue ainsi des courbes d'étalonnage à différentes concentrations à l'aide du même dispositif de mesure que pour la détermination de la concentration. On évite ainsi des difficultés de réglages et des imprécisions. Le retour en mode "mesure" s'effectue simplement par la fermeture des vannes 86 et 88 et Thus, calibration curves at different concentrations are carried out using the same measuring device as for determining the concentration. This avoids the difficulties of adjustments and inaccuracies. The return to "measurement" mode is simply done by closing the valves 86 and 88 and
l'ouverture de la vanne 42.the opening of the valve 42.
Le dispositif selon l'invention présente une grande sensibilité et permet de déterminer des concentrations extrêmement faibles. La mesure vérifi4e automatiquement en cas de dépassement d'un seuil est fiable et permet le déclenchement de dispositifs d'alarme. Un pyrolyseur permet en outre la détermination de la concentration du composant à surveiller contenu normalement dans un composé, mesure The device according to the invention has a high sensitivity and makes it possible to determine extremely low concentrations. The measurement automatically checked if a threshold is exceeded is reliable and allows the triggering of alarm devices. A pyrolyzer furthermore makes it possible to determine the concentration of the component to be monitored normally contained in a compound.
qui est usuellement négLigée.which is usually negated.
Il va de soi que l'invention ne se limite nullement à l'exemple de réalisation décrit et It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment described and
représenté; elle en admet toutes Les variantes. represent; she admits all variants.
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