CH719928A2

CH719928A2 - Analyseur photo-acoustique.

Info

Publication number: CH719928A2
Application number: CH000897/2022A
Authority: CH
Inventors: Rey Julien; Sigrist Markus
Original assignee: Rey Julien; Sigrist Markus
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-01-31

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de mesure photo-acoustique comprenant une chambre photo-acoustique, une source d'ondes électromagnétiques modulées (51) et au moins un transducteur acoustique (533). L'énergie des ondes électromagnétiques modulées excite plusieurs modes acoustiques dont au moins un possède des régions ayant des amplitudes de signes opposés. Ledit mode est excité de façon à empêcher une compensation complète de ses composantes positives et négatives, générant ainsi un signal photo-acoustique. L'utilisation de rapports entre l'intensité de ce mode et celle d'autres modes conduit à une mesure robuste d'espèces chimiques. L'invention concerne également une utilisation d'un tel dispositif pour l'analyse d'espèces chimiques.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un dispositif photo-acoustique de détection et de mesure d'espèces chimiques.

Etat de la technique

[0002] Il est connu par les demandes de brevets US3820901, US3938365 et EP0855592, des systèmes photo-acoustiques permettant la mesure d'espèces gazeuses. Ceux-ci utilisent une source d'ondes électromagnétiques modulée en amplitude et dont la longueur d'onde émise est adaptée aux espèces à mesurer; lesdites espèces étant au sein d'un gaz se trouvant dans une chambre équipée d'un transducteur acoustique. Les espèces à mesurer présentes dans le gaz et ayant une bande d'absorption dans la gamme de longueurs d'onde émise par la source d'ondes électromagnétiques, sont ainsi excitées et vont transférer l'énergie acquise au milieu gazeux générant ainsi un signal acoustique. Ce signal acoustique a une fréquence correspondant à la fréquence de modulation de la source et une amplitude qui dépend de la concentration des espèces ayant absorbé l'énergie des ondes électromagnétiques et de l'intensité de la source d'ondes électromagnétiques. La mesure de ce signal acoustique via un transducteur adapté, par exemple un microphone, permet ainsi la détection et la quantification d'une espèce chimique donnée. La sélectivité de l'analyse provient du fait que la position en longueur d'onde des bandes d'absorption varie suivant les espèces chimiques ce qui permet de cibler une espèce particulière en choisissant la gamme de longueurs d'onde émise par la source d'ondes électromagnétiques. Afin d'augmenter la sélectivité de tels analyseurs (aussi appelés analyseur photo-acoustiques), ceux-ci utilisent souvent des sources laser ou des filtres optiques afin de limiter la bande passante, en longueur d'onde, de la source des ondes électromagnétiques. D'autres analyseurs photo-acoustiques utilisent la corrélation spectrale optique pour sélectionner l'espèce chimique à analyser, de tels analyseurs sont décrits, par exemple, dans les articles suivants: Luft KF, Z. Tech. Phys. 5 pages 97 à 104 (1943), Fastie WG et Pfund AH, J. Opt. Soc. Am. 37 pages 762 à 768 (1947) ainsi que Rey JM et Sigrist MW, Rev Sci. Instrum. 78 article No 063104 (2007). Différents types de détecteurs photo-acoustiques ont été décrits dans l'article de Miklôs A, Hess P et Bozôki Z, Rev. of Sci. Instrum. 74 pages 1937 à 1955 (2001) et dans celui de Schmid T, Anal. Bioanal. Chem. 384 pages 1071 à 1086 (2006). L'utilisation de cavités acoustiques résonnantes en tant que chambres photo-acoustiques contenant le gaz à mesurer y est, en outre, décrite. De telles chambres présentent l'avantage d'amplifier le signal acoustique et par-là augmentent la sensibilité du dispositif photo-acoustique lorsque la source d'ondes électromagnétiques est modulée à une fréquence proche de ou égale à la fréquence de résonance desdites chambres. Lorsque l'onde acoustique d'une chambre ou son contenu oscille à une fréquence de résonance donnée, l'oscillation a lieu sur un mode acoustique propre, aussi nommé mode normal ou simplement mode dans la suite du texte. Pour un mode donné, les composantes spatiales et temporelles de l'oscillation acoustique peuvent être représentées séparément. Chaque mode peut donc être caractérisé ou représenté par la distribution spatiale de l'amplitude de sa pression acoustique, la pression acoustique représentant la déviation de pression par rapport à la pression moyenne dans la chambre. Les modes normaux sont déterminés principalement par les propriétés physiques du milieu, par les conditions aux limites et la géométrie des chambres ou des systèmes résonnants. Dans la suite de l'exposé de l'invention, un mode doit être compris comme la distribution spatiale de l'amplitude de pression acoustique pour un système oscillant à une fréquence proche ou égale à l'une de ses fréquences de résonance. Pour les analyseurs photo-acoustiques, différents types de résonances acoustiques ont été proposés: longitudinales, axiales, radiales, azimutales et résonance de Helmholtz.

[0003] De manière générale, un signal photo-acoustique étant proportionnel à l'intensité de la source d'ondes électromagnétiques utilisée, un dispositif de mesure de cette intensité est nécessaire afin de permettre la normalisation dudit signal photo-acoustique et d'obtenir ainsi un signal normalisé permettant la quantification des espèces chimiques à mesurer. La mesure de l'intensité de la source d'ondes électromagnétiques est généralement basée sur l'utilisation de photodiodes à semiconducteur, de détecteurs pyroélectriques ou thermoélectriques.

Exposé et avantage de l'invention

[0004] Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de mesure photo-acoustique pour des espèces chimiques en phase gazeuse et/ou en contact avec une phase gazeuse. Ledit dispositif est simple, peu encombrant, facilement adaptable à la détection de diverses espèces chimiques et un de ses avantages provient de sa sélectivité accrue et obtenue sans nécessiter l'utilisation de sources d'ondes électromagnétiques à faible bande passante ni de filtres optiques à faible passante. Un autre avantage dudit dispositif est qu'il peut se passer de dispositif séparé de mesure de l'intensité émise par la source d'ondes électromagnétiques utilisée. Un autre avantage dudit dispositif provient de sa faible sensibilité aux variations et dérives tant en intensité qu'en longueur d'onde de la source d'ondes électromagnétiques utilisée. Un autre avantage dudit dispositif provient de sa faible sensibilité aux dérives du/des transducteur(s) acoustique(s) utilisé(s). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention par rapport à l'état actuel de la technique apparaîtront dans les modes de réalisation préférentiels de l'invention.

[0005] Ce but est obtenu par un dispositif photo-acoustique selon une quelconque des revendications 1 à 9. La chambre photo-acoustique dudit dispositif est pourvue d'orifices équipés de fermetures permettant l'introduction des espèces gazeuses, liquides ou solides requises suivant les différents modes de réalisation de l'invention. Au moins une source d'énergie électromagnétique, provenant par exemple d'un laser, d'une diode électroluminescente (LED), d'un corps noir ou de la désexcitation radiative d'atomes ou de molécules préalablement excités, émettant au moins une longueur d'onde correspondant à au moins une bande d'absorption de l' ou des espèce(s) chimique(s) à mesurer est utilisée afin de générer un signal acoustique dans ladite chambre photo-acoustique. Un ou des faisceau(x) d'ondes électromagnétiques issu(s) de la source des ondes électromagnétique est/sont modulé(s) en amplitude, ou en fréquence ou spatialement de façon à contenir, simultanément ou successivement, au moins une ou des fréquence(s) correspondant à un ou plusieurs mode(s) de la chambre photo-acoustiques. Cette modulation peut être générée, par exemple, par modulation directe du courant excitant la source d'onde électromagnétique ou par l'utilisation d'un hacheur (chopper) ou par l'utilisation d'un ou de plusieurs miroir(s) oscillant(s).

[0006] Ledit ou lesdits faisceau(x) d'énergie électromagnétique est/sont conduit(s) dans la chambre photo-acoustique via une ou plusieurs fenêtres transparentes pour les longueurs d'onde utiles. A l'intérieur de la chambre photo-acoustique, une partie de l'énergie électromagnétique est absorbée par l' ou les espèce(s) chimique(s) à mesurer qui, en se désexcitant, va/vont transmettre son/leur énergie(s) au gaz qui l'/les entoure générant ainsi une onde acoustique. L'onde acoustique ainsi générée est ensuite détectée à l'aide d'au moins un transducteur acoustique tel que, par exemple, un microphone optique, à électret, à condensateur, à élément piézo-électrique ou piézo-résistif. Le signal provenant du/des transducteur(s) acoustique(s) est ensuite traité selon les méthodes connues par les personnes de l'art, ces traitements inclus par exemple: la détection en phase (Lockin), les diverses transformées (par exemple: Fourier ou Laplace), la filtration analogique ou digitale, le moyennage et la digitalisation. Lorsque la chambre photo-acoustique est équipée de plusieurs transducteurs acoustiques, une ou des combinaison(s) linéaire(s) des amplitudes des signaux issus desdits transducteurs acoustiques peut/peuvent être formée(s) et être utilisée(s), en lieu et place des amplitudes elles-mêmes, pour la mesure de l'ou des espèce(s) chimique(s) à mesurer. Dans les cas les plus simples, de telles combinaisons linéaires peuvent être obtenues en additionnant ou soustrayant directement, avant ou après démodulation, les signaux des transducteurs acoustiques.

[0007] Dans un dispositif photo-acoustique et pour un mode donné, l'amplitude de l'onde acoustique générée dépend de l'intensité des ondes électromagnétiques incidentes et dépend de l'endroit où l'énergie électromagnétique d'excitation est absorbée. Chaque mode ayant une fréquence de résonance propre, il est possible d'exciter un ou plusieurs mode(s) en utilisant des ondes électromagnétiques modulées ou pulsées de sorte à contenir une ou des fréquence(s) proche(s) ou égale(s) à celle(s) du ou des mode(s) considéré(s).

[0008] Ainsi, à titre d'exemple, pour un tube cylindrique fermé aux deux extrémités le mode fondamental longitudinal présente un noeud de pression acoustique au centre du cylindre. Ce noeud (ou plus précisément le plan passant par ce noeud et perpendiculaire à l'axe du cylindre) sépare le cylindre en deux régions (appelée demi-cylindre gauche et demi-cylindre droit dans la suite), chacune ayant une amplitude du mode fondamental longitudinal de signe opposé l'un de l'autre. Ceci conduit à ce que, si une onde électromagnétique absorbée dans le demi-cylindre gauche génère un signal acoustique positif, une onde électromagnétique (de phase identique) absorbée dans le demi-cylindre droit génère un signal acoustique négatif. Si une onde électromagnétique se propage le long de l'axe du cylindre et qu'elle dépose de manière homogène de l'énergie sur son passage, le mode longitudinal fondamental sera excité à la fois positivement (dans le demi-cylindre gauche) et négativement (dans le demi-cylindre droit). Dans cet exemple, les composantes positives et négatives se compensent et le mode longitudinal fondamental est donc quasi pas excité et le signal acoustique quasi nul. Par contre si l'énergie de l'onde électromagnétique est déposée majoritairement dans le demi-cylindre gauche, la compensation des composantes positives et négatives est incomplète et un signal acoustique est obtenu. Toujours à titre d'exemple, si le cylindre contient une espèce chimique qui absorbe fortement les ondes électromagnétiques à une longueur d'onde λ1 et très peu à une longueur d'onde λ2, l'absorption d'énergie à λ1 ne sera pas uniforme le long de l'axe du cylindre et un signal acoustique sera obtenu pour le mode longitudinal fondamental. Pour les ondes électromagnétiques de longueur d'onde λ2. l'absorption sera quasi uniforme le long de l'axe du cylindre et le signal acoustique pour le mode longitudinal fondamental quasi nul. Ainsi, seules les longueurs d'onde où l'absorption est grande conduisent à un signal acoustique significatif pour ce mode, ceci conduit à un détecteur ayant une réponse spectrale optique très sélective. Par ailleurs, et encore à titre d'exemple, le cylindre décrit ci-dessus peut être excité à la fréquence de son premier mode radial. Ce mode radial présente une amplitude de signe constant le long de l'axe du cylindre, une compensation entre composantes positives et négatives n'est donc pas présente pour ce mode suivant l'axe du cylindre. Le signal acoustique obtenu pour ce mode radial avec un faisceau se propageant suivant l'axe du cylindre est donc proportionnel à l'intensité des ondes électromagnétiques incidentes et peut donc être utilisé afin de compenser d'éventuelles variations d'intensité ou dérives de la source d'ondes électromagnétiques.

[0009] L'échantillon à analyser peut soit être présent dans la chambre photo-acoustique, soit être introduit dans une chambre à échantillon parcourue par au moins une part des ondes électromagnétiques qui entrent ensuite dans la chambre photo-acoustique. Dans ce dernier cas, la chambre photo-acoustique contient une quantité fixe de la ou des espèce(s) chimique(s) à mesurer et sert de détecteur spécifique aux longueurs d'onde fortement absorbées dans la chambre photo-acoustique. Changer la ou les espèce(s) chimique(s) présente(s) dans la chambre photo-acoustique permet d'ajuster la ou les espèce(s) chimique(s) que ce dispositif peut mesurer, détecter ou quantifier.

[0010] Le dispositif de cette présente invention est basé sur une absorption inhomogène des ondes électromagnétiques dans la chambre photo-acoustique, ce qui est possible lorsque le coefficient d'absorption optique (alpha) dans la chambre photo-acoustique est suffisamment élevé. Si celui-ci est faible, une inhomogénéité de l'absorption peut être obtenue en faisant circuler les ondes électromagnétiques entre des surfaces partiellement réfléchissantes (pour lesdites ondes électromagnétiques) placées dans la chambre photo-acoustique ou sur ses parois. Ceci permet, en outre, d'ajuster, via la disposition des surfaces partiellement réfléchissantes, la ou les région(s) où les ondes électromagnétiques sont absorbées et permet ainsi d'ajuster l'excitation du ou des mode(s) acoustique(s). Une inhomogénéité de l'absorption peut aussi être introduite lorsqu'une ou plusieurs surface(s) partiellement réfléchissante(s) est/sont remplacée(s) par une ou des surface(s) diffusante(s) ou diffractante(s).

[0011] La présente invention s'applique aussi au cas où de l'énergie électromagnétique est absorbée par un ou des échantillon(s) non-gazeux qui transmet(tent) ensuite une partie de cette énergie au gaz qui l'/les entoure et excitent ainsi un ou plusieurs modes de la chambre photo-acoustique. Dans ce cas, le ou les échantillon(s) non-gazeux est/sont disposé(s) soit sur les parois de la chambre photo-acoustique soit dans le volume de la chambre photoacoustique. La présente invention s'applique aussi au cas où l'excitation du ou des mode(s) provient d'absorption d'énergie électromagnétique à la fois par le gaz présent dans la chambre photo-acoustique et par un ou des échantillon(s) non-gazeux présent(s) soit sur les parois soit dans le volume de la chambre photo-acoustique.

[0012] Le dispositif de cette invention ne se limite ni aux cavités de forme cylindrique, ni aux cavités ayant des sections de formes et/ou de surfaces constantes perpendiculairement à la direction de propagation des ondes électromagnétiques. L'existence de discontinuités dans ces sections permet d'ajuster la forme des modes de résonance acoustique et/ou d'introduire des parois pouvant accueillir des échantillons non-gazeux et/ou des surfaces réfléchissantes, semi-réfléchissantes, diffusantes ou diffractantes.

[0013] Il doit être clair que la description ci-dessus est donnée à titre d'exemple et que l'invention ne se limite pas aux seuls modes fondamentaux ou longitudinaux ou radiaux, ni à l'utilisation simultanée de deux longueurs d'onde, ni à l'utilisation simultanée ou successive de deux fréquences de modulation. Le dispositif de l'invention peut aussi inclure l'utilisation d'une large gamme de longueur d'onde modulée ou pulsées de façon à contenir, simultanément ou successivement, une ou des fréquence(s) correspondant à un ou plusieurs mode(s) acoustiques de la chambre photo-acoustique. Le dispositif peut aussi inclure une excitation simultanée ou successive sur une large bande de fréquence afin de collecter une réponse spectrale acoustique sur une bande de fréquences contenant une ou plusieurs fréquences de résonance acoustique.

Liste des dessins

[0014] Quelques modes de réalisation de la présente invention sont illustrés par les dessins annexés parmi lesquels : – La figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif de mesure d'espèces chimiques selon l'invention. – La figure 2 présente la réponse spectrale du signal acoustique obtenue avec un dispositif correspondant à la figure 1. La courbe du bas est obtenue avec 100%vv d'azote N2dans la chambre à échantillon, la courbe du haut avec 2%vv de méthane CH4dans de l'azote N2. – La figure 3 présente le quotient de l'amplitude du mode longitudinal fondamental avec celle du premier mode radial pour un dispositif correspondant à la figure 1, pour différentes concentrations de méthane dans la chambre à échantillon. – La figure 4 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. – La figure 5 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention. – La figure 6 est une vue schématique d'un quatrième mode de réalisation de l'invention où le ou les échantillon(s) à mesurer est/sont introduit(s) dans la chambre photo-acoustique.

Description de modes de réalisation de l'invention

[0015] La présente invention est décrite ci-après à l'aide de quelques modes de réalisation conçus à titre d'illustration.

[0016] La figure 1 montre un premier mode de réalisation de l'invention. Une diode électroluminescente (LED)11génère un faisceau d'ondes électromagnétiques infrarouge dont une des directions de propagation est schématisée par112(maximum de l'émission à 3.4 micro-m, bande passante à mi-maximum de 0.5 micro-m, puissance moyenne environ 100 micro-W) qui est modulé en amplitude par modulation directe du courant. Ce faisceau traverse une chambre à échantillon12contenant le gaz à mesurer avant d'atteindre une chambre photo-acoustique13. La chambre à échantillon12longue de 50 mm est équipée de fenêtres121transparentes pour les longueurs d'onde utilisées ainsi que d'orifices122équipés d'une vanne permettant l'échange du gaz à mesurer. L'intensité du faisceau à l'entrée de la chambre photo-acoustique13dépend ainsi de l'absorption dans la chambre à échantillon12, cette absorption étant une mesure de la concentration des espèces chimiques présentes dans la chambre à échantillon12. La chambre photo-acoustique13consiste en un cylindre de 40 mm de long et de 10 mm de diamètre équipé de fenêtres131transparentes pour les longueurs d'onde utiles et d'un orifice132équipé d'une vanne permettant, le cas échéant, l'échange du gaz présent dans la chambre photo-acoustique13. Le cylindre de la chambre photo-acoustique est équipé d'un ou plusieurs microphones à électret133dont le signal est transmis à un dispositif électronique14permettant la détection de l'amplitude et/ou de la phase du signal photo-acoustique généré dans la chambre photo-acoustique13. Le gaz présent dans la chambre photo-acoustique13contient une concentration fixe de l'espèce chimique à mesurer (dans cet example environ 6 %vv de méthane CH4dans de l'azote N2), la cellule photo-acoustique est ainsi un détecteur sélectif pour les longueurs d'onde absorbée par l'espèce chimique à analyser (dans cet example-ci, le méthane). La figure 2 présente le signal issu du microphone pour différentes fréquences de modulation de la source d'ondes électromagnétiques11. La ligne21dans la figure 2 est obtenue avec la chambre à échantillon12contenant de l'azote pur alors que la ligne22dans la figure 2 représente le signal obtenu lorsque la chambre à échantillon12contient 2%vv de méthane dans de l'azote. Le signal vers 4.7 kHz correspond au mode longitudinal fondamental de la chambre photo-acoustique13et le signal vers 21 kHz au premier mode radial de la chambre photo-acoustique13. La figure 3 présente le quotient (R_Long_Rad) de l'amplitude maximale du signal acoustique pour le mode longitudinal fondamental avec l'amplitude maximale du signal acoustique pour le premier mode radial, pour différentes concentrations de méthane dans la chambre à échantillon. La figure 3 montre que le quotient R_Long_Rad dépend de la concentration du méthane dans la chambre à échantillon. La mesure de ce quotient permet donc de déterminer, après calibration, la concentration de méthane d'un échantillon introduit dans la chambre à échantillon12. L'expérience montre que le quotient R_Long_Rad n'est pas affecté significativement lorsque l'intensité moyenne de la source d'ondes électromagnétiques est divisée par deux. Ceci confirme que ce mode de réalisation de l'invention est robuste vis-à-vis de variations en intensité de la source d'ondes électromagnétiques et ceci sans utilisation de capteur additionel d'intensité de la source d'ondes électromagnétiques. L'ajout de 4%vv de butane C4H10dans l'échantillon réduit l'amplitude maximal des résonances d'environ 30% mais n'affecte pas significativement le quotient R_Long_Rad, Ceci montre que ce mode de réalisation de l'invention est très spécifique pour la mesure de méthane.

[0017] La figure 4 présente un deuxième mode de réalisation de l'invention. Une source d'ondes électromagnétiques41génère un faisceau d'ondes électromagnétiques dont quelques directions de propagation sont représentées par412. La source41est modulée de façon à contenir, simultanément ou successivement, une ou des fréquence(s) correspondant à un ou plusieurs mode(s) de la chambre photo-acoustiques43. Ce faisceau traverse une chambre à échantillon42contenant le gaz à mesurer avant d'atteindre une chambre photo-acoustique43. La chambre à échantillon42est équipée d'orifices422équipés d'une vanne permettant l'échange du gaz à mesurer. La chambre photo-acoustique43est équipée de fenêtres431transparentes pour les longueurs d'onde utiles et d'un orifice432équipé d'une vanne permettant, le cas échéant, l'échange du gaz présent dans la chambre photo-acoustique43. La chambre photo-acoustique43est équipée de plusieurs transducteurs acoustiques 433 dont les signaux sont transmis à un dispositif électronique44permettant la mesure de l'amplitude et de la phase du signal acoustique détecté par chacun des transducteurs433. Le gaz présent dans la chambre photo-acoustique43contient, entre autre, l'ou les espèce(s) chimique(s) à mesurer. Un ou des rapports(s) entre les signaux des transducteurs acoustiques, ou entre des combinaisons linéaires des signaux des transducteurs acoustiques, est/sont utilisé(s) pour quantifier, après calibration, la ou les espèce(s) à analyser.

[0018] La figure 5 présente un troisième mode de réalisation de l'invention. Une source d'ondes électromagnétiques51génère un faisceau d'ondes électromagnétiques dont quelques directions de propagation sont représentées par512. La source51est modulée de façon à contenir, simultanément ou successivement, une ou des fréquence(s) correspondant à un ou plusieurs mode(s) de la chambre photo-acoustiques53. Ce faisceau traverse une chambre à échantillon52contenant le gaz à mesurer avant d'atteindre une chambre photo-acoustique53. La chambre à échantillon52est équipée d'orifices522équipés d'une vanne permettant l'échange du gaz à mesurer. La chambre photo-acoustique53est équipée de fenêtres531transparentes pour les longueurs d'onde utiles et d'un orifice532équipé d'une vanne permettant, le cas échéant, l'échange du gaz présent dans la chambre photo-acoustique53. La chambre photo-acoustique53possède une discontinuité dans une section perpendiculaire à la direction de propagation des ondes électromagnétiques, cette discontinuité influe sur la forme des modes de résonances acoustiques. Ce mode de réalisation permet, par ailleurs, de placer une ou des espèce(s) non-gazeuse(s) ou des surfaces réfléchissantes ou diffusantes sur la surface introduite par la discontinuité, permettant ainsi à celle(s)-ci d'être irradiée(s) par les ondes électromagnétiques. La chambre photo-acoustique53est équipée de plusieurs transducteurs acoustiques533dont le signal est transmis à un dispositif électronique54permettant la mesure de l'amplitude et/ou de la phase du signal détecté par chacun des transducteurs acoustiques533. Suivant un principe similaire à celui décrit pour le précédent mode de réalisation, un ou des rapport(s) entre les signaux des transducteurs acoustiques, ou entre des combinaisons linéaires de signaux des transducteurs acoustiques, est/sont utilisé(s) pour quantifier, après calibration, la ou les espèce(s) à analyser.

[0019] La figure 6 présente un quatrième mode de réalisation de l'invention. Une source d'ondes électromagnétiques61génère un faisceau d'ondes électromagnétiques dont quelques directions de propagation sont représentées par612. La source61est modulée de façon à contenir, simultanément ou successivement, une ou des fréquence(s) correspondant à un ou plusieurs mode(s) de la chambre photo-acoustiques62. Ce faisceau rejoint la chambre photo-acoustique62contenant le ou les échantillon(s) à mesurer. La chambre photo-acoustique62est équipée d'orifices622équipés de vannes permettant l'échange de l'échantillon contenu dans celle-ci et de fenêtres621transparentes pour les longueurs d'onde utiles. La chambre photo-acoustique62possède une discontinuité dans une section perpendiculaire à la direction de propagation des ondes électromagnétiques. Ce mode de réalisation de l'invention permet de placer une ou des espèces(s) non-gazeuse(s) à analyser sur la surface introduite par la discontinuité, permettant ainsi à celle(s)-ci d'être irradiée(s) par les ondes électromagnétiques. L'excitation des mode(s) provient d'absorption d'énergie électromagnétique soit par l'échantillon gazeux, soit par l'échantillon non-gazeux, soit par les deux. La chambre photo-acoustique62est équipée de plusieurs transducteurs acoustiques623dont le signal est transmis à un dispositif électronique63permettant la mesure de l'amplitude et/ou de la phase du signal acoustique détecté par chacun des transducteurs623. Suivant un principe similaire à celui décrit pour le précédent mode de réalisation, un ou des rapport(s) entre les signaux des transducteurs acoustiques, ou entre des combinaisons linéaires de signaux des transducteurs acoustiques, est/sont utilisé(s) pour quantifier, après calibration, la ou les espèce(s) à analyser.

[0020] Il doit être évident que, pour l'homme de l'art, la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les modes de réalisation doivent être considérés à titre simplement illustratif et nullement limitatif et peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes.

Claims

1. Dispositif de mesure photo-acoustique comprenant au moins une chambre photo-acoustique et au moins une source d'ondes électromagnétiques et au moins un transducteur acoustique caractérisé en ce qu'au moins une part des ondes électromagnétiques qui atteignent au moins une chambre photo-acoustique y est absorbée par au moins une espèce chimique présente ou à mesurer, et en ce qu'au moins deux modes de résonance acoustiques de la chambre photo-acoustique soient simultanément ou successivement excités par l'absorption desdites ondes électromagnétiques, et en ce qu'au moins un desdits modes est excité par l'absorption d'ondes électromagnétiques d'un faisceau desdites ondes électromagnétiques passant successivement par au moins deux régions de l'espace où les amplitudes dudit mode acoustique sont de signe opposé ou déphasées d'au moins 179 degrés l'une de l'autre, et en ce que l'absorption desdites ondes électromagnétiques dans au moins une desdites régions de l'espace dudit mode est d'au moins trois pourcents supérieure à l'absorption dans l'ensemble des régions de l'espace ayant une amplitude de signe opposé ou un déphasage d'au moins 179 degrés pour ledit mode, et caractérisé en ce que le signal acoustique dudit mode est utilisé, avec celui ou ceux provenant d'au moins un autre mode, pour mesurer au moins une espèces chimiques.

2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que, l'amplitude ou la phase du signal photo-acoustique fourni par au moins un transducteur acoustique pour plusieurs fréquences de modulation est utilisé afin d'établir un ou des signaux signal/aux servant à la mesure d'une ou plusieurs espèce(s) chimique(s).

3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que une ou des combinaison(s) linéaire(s) des amplitudes ou des phases des signaux issus de plusieurs transducteurs acoustiques équipant la chambre photo-acoustique est/sont utilisée(s) pour établir un signal servant à la mesure d'une ou plusieurs espèce(s) chimique(s).

4. Dispositif de mesure selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échantillon à analyser se trouve dans une chambre à échantillon (12, 42 ou 52) parcourue par au moins une part des ondes électromagnétiques qui entrent ensuite dans une chambre photo-acoustique (13, 43 ou 53) contenant, entre autres, la ou les espèce(s) chimique(s) à mesurer.

5. Dispositif de mesure selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les ondes électromagnétiques circulent au moins une fois entre des surfaces réfléchissante ou partiellement réfléchissantes ou diffusantes ou diffractantes placées dans la chambre photo-acoustique dudit dispositif ou sur ses parois.

6. Dispositif de mesure selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre photo-acoustique possède aux moins deux sections de formes et/ou de surfaces variées perpendiculairement à la direction de propagation des ondes électromagnétiques.

7. Dispositif de mesure selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un des modes est excité par l'absorption d'au moins une part des ondes électromagnétiques par une ou des espèce(s) chimiques non-gazeuse(s) disposée(s) sur une ou des paroi(s), et/ou sur au moins une des fenêtres de la chambre photo-acoustique et/ou dans le volume de la chambre photo-acoustique.

8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'adapter la longueur d'onde de la source d'ondes électromagnétiques en fonction des ou des espèce(s) chimiques à mesurer.

9. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que plusieurs chambres photo-acoustiques sont placées sur le chemin d'au moins un faisceau d'ondes électromagnétiques issu de la source d'ondes électromagnétiques.

10. Utilisation d'un dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 9 afin de quantifier ou d'identifier ou de caractériser une ou des espèce(s) chimique(s) présente(s) dans un ou des échantillon(s).