FR2643147A1 - Method for spectrophotometric analysis of a fluid, in particular in a dangerous area using a cell with an integrated high-energy source, and optical device making use thereof - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé pour l'analyse spectrophotométrique d'un fluide, notamment en zone dangereuse, par cellule à source intégrée haute énergie, et dispositif optique de mise en oeuvre.Method for spectrophotometric analysis of a fluid, especially in a hazardous area, by high energy integrated source cell, and optical implementation device.
L'implantation de points de mesures spectrophotométriques concernant un fluide en zone dangereuse, comme c'est le cas dans les installations pétrolières ou pétrochimiques, par exemple, doit s'opérer à distance des appareils de mesure proprement dits.The installation of spectrophotometric measurement points relating to a fluid in a dangerous zone, as is the case in petroleum or petrochemical installations, for example, must be carried out at a distance from the measuring devices themselves.
Dans ces appareils, sont généralement groupés, loin des points de mesure, un bloc optique, source de rayonnement, système optique condenseur traditionnellement à lentilles; un appareillage de spectrophotométrie et un ordinateur.In these devices, are generally grouped, far from the measurement points, an optical unit, radiation source, condenser optical system traditionally with lenses; spectrophotometry equipment and a computer.
Les points de mesure, situés en zone dangereuse, sont reliés à distance par des fibres optiques, d'un côté au bloc optique et de l'autre côté à l'appareillage de spectrophotométrie. On opère généralement dans de larges intervalles spectraux pouvant aller du spectre visible au proche infrarouge jusqu'à 2500 nanomètres et au-delà.The measurement points, located in hazardous areas, are connected remotely by optical fibers, on one side to the optical unit and on the other side to the spectrophotometry equipment. We generally operate in wide spectral intervals which can range from the visible spectrum to the near infrared up to 2500 nanometers and beyond.
La source est un filament de tungstène dont l'émissivité est d'environ 0,33 celle au Corps Noir. Les fibres optiques, pour rester souples ont des diamètres faibles, généralement inférieurs à 0, 5 mm. Couramment, leur ouverture numérique est de l'ordre de O,-2. On a utilisé des faisceaux de fibres, mais dans ce cas la répartition de l'éclairement dans leur pupille d'entrée n'est pas homogène avec les systèmes optiques jusqu'alors employés.The source is a tungsten filament whose emissivity is around 0.33 that for the Black Body. Optical fibers, to remain flexible, have small diameters, generally less than 0.5 mm. Currently, their numerical aperture is of the order of 0.2. Fiber bundles have been used, but in this case the distribution of the illumination in their entrance pupil is not homogeneous with the optical systems hitherto employed.
En outre, diverses aberrations optiques interviennent et de nombreuses pertes se produisent tout au long de la chaine optique. Il s'ensuit que, dans la pratique, le rapport signal / bruit ne permet pas dans bien des cas de procéder aux mesures de manière satisfaisante.In addition, various optical aberrations occur and numerous losses occur throughout the optical chain. It follows that, in practice, the signal / noise ratio does not in many cases allow the measurements to be carried out satisfactorily.
Pour obvier à ces divers inconvénients et carences, l'in- vention a pour objet un procédé pour l'analyse spectrophotométrique d'un fluide notamment en zone dangereuse et un dispositif optique de mise en oeuvre. To overcome these various drawbacks and shortcomings, the subject of the invention is a method for the spectrophotometric analysis of a fluid, especially in a dangerous zone, and an optical device for implementing it.
Selon l'intervention, de manière générale, on combine de manière optimale dans un boîtier étanche, à proximité des points de mesure, au moins une source de rayonnement à exitance élevée, des organes optiques à miroirs, avantageusement coniques et à immersion, guidant le rayonnement à travers le fluide à analyser et le concentrant de manière homogène jusqu'à la pupille d'entrée d'un conducteur réfringent, présentant de préférence une grande ouverture numérique, qui achemine ce rayonnement jusqu'à l'appareillage de mesure spectrophotométrique situé à distance désirée. L'invention concerne aussi tous types d'installations pour l'analyse spectrophotométrique de fluides.Depending on the intervention, in general, at least one source of radiation with high exitance is optimally combined in a sealed housing, close to the measurement points, with optical devices with mirrors, advantageously conical and with immersion, guiding the radiation through the fluid to be analyzed and concentrating it homogeneously up to the entrance pupil of a refractive conductor, preferably having a large numerical aperture, which routes this radiation to the spectrophotometric measuring apparatus located desired distance. The invention also relates to all types of installations for spectrophotometric analysis of fluids.
Plus précisemment, l'invention a pour objet un procédé pour l'analyse spectrophotométrique d'un fluide, du type selon lequel, on fait entrer dans ledit fluide puis, après traversée, sortir, un flux de rayonnement issu d'une scurce, on capte ensuite optiquement ce flux et l'on procède à distance à ladite analyse spectrophotométrique, caractérisé en ce que l'on dispose à proximité du fluide à analyser au moins une source de rayonnement à grande exitance dans les longueurs d'onde topiques pour l'analyse, enfermée dans un boitier étanche avantageusement antdérlagrant, que l'on procède par le moyen d'un système optique à miroirs à une captation du rayonnement suivie d'une traversée cu fluide et d'une concentration homogénéisée jusqu'à la pupille d'entrée d'au moins un conducteur réfringent acheminant le rayonnement pour procéder à la distance voulue à son analyse spectrophotométrique.More precisely, the subject of the invention is a method for the spectrophotometric analysis of a fluid, of the type according to which, one enters into said fluid then, after crossing, leaving, a radiation flux coming from a scurce, one then optically captures this flux and the spectrophotometric analysis is carried out remotely, characterized in that at least one source of radiation with high exitance in the topical wavelengths is available near the fluid to be analyzed. analysis, enclosed in a waterproof case advantageously explosion-proof, that is carried out by means of an optical system with mirrors to capture the radiation followed by a passage cu fluid and a homogenized concentration to the pupil of entry of at least one refractive conductor carrying the radiation to carry out the desired distance for its spectrophotometric analysis.
Selon d'autres caractériques du procédé selon l'invention: - on utilise une source de rayonnement présentant une exitance moyenne au moins égale à la moitié de celle du tungstène.According to other characteristics of the method according to the invention: - a radiation source is used having an average exitance at least equal to half that of tungsten.
- on utilise comme système otpique à miroirs au moins une source laser à émission stimulée émettant des rayonnements dans les longueurs d'onde prédéterminées pour ladite analyse spectrophotométrique.- One uses as otpic mirror system at least one laser source with stimulated emission emitting radiation in the predetermined wavelengths for said spectrophotometric analysis.
- on met en oeuvre, dans le système optique à miroirs, des optiques coniques, avantageusement à immersion optique pcur assurer la captation et / ou la concentration hornogénisée du flux de rayonnement. - Conical optics are used, in the optical system with mirrors, advantageously with optical immersion for ensuring the capture and / or the hornogenized concentration of the radiation flux.
- on utilise plusieurs conducteurs réfringents pour parachever l'effet syncrétique des moyens mis en oeuvre pour ledit procédé.- using several refractive conductors to complete the syncretic effect of the means used for said process.
L'invention a également pour objet un dispositif destiné à mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier étanche, avantageusement anti-déflagrant, contenant au moins une source de rayonnement et disposé à proximité d'un conduit destiné à transporter le fluide à analyser, boîtier raccordé de manière étanche audit conduit, ce raccord étant doté ou constitué d'organes optiques propres à assurer selon l'invention la captation, la transmission et la concentration du rayonnement depuis la source, à travers le fluide et jus qurà la pupille d'entrée d'un conducteur réfringent, raccordée elle aussi de manière étanche audit conduit, ce conducteur recueillant et acheminant à distance le rayonnement vers des organes de mesure.The invention also relates to a device intended to implement the above method, characterized in that it comprises a sealed housing, advantageously explosion-proof, containing at least one source of radiation and disposed near a duct intended for transporting the fluid to be analyzed, casing tightly connected to said duct, this fitting being provided with or made up of optical members suitable for ensuring, according to the invention, the capture, transmission and concentration of radiation from the source, through the fluid and up to the entrance pupil of a refracting conductor, which is also tightly connected to said conduit, this conductor collecting and transporting the radiation remotely towards measuring members.
Selon d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention - on utilise au moins un conducteur réfringent ayant une ouverture numérique d'au moins 0,3.According to other characteristics of the device according to the invention - at least one refractive conductor having a digital aperture of at least 0.3 is used.
- lesdits organes optiques sont constitués par des miroirs sphériques ou paraboliques disposés face à face, la source de rayonnement étant située au foyer de l'un d'eux, la pupille d'entrée du conducteur réfringent étant située au foyer de l'autre.- Said optical members are constituted by spherical or parabolic mirrors arranged face to face, the radiation source being located at the focus of one of them, the entrance pupil of the refractive conductor being located at the focus of the other.
- lesdits organes optiques comportent au moins un laser, optique à miroirs a' émission stimulée émettant des rayonnements dans des longueurs d'onde topiques pour l'analyse spectrophotométrique dudit fluide - lesdits organes optiques comportent au moins un miroir conique ou pyramidal optimisé.- Said optical members comprise at least one laser, optics with stimulated emission mirrors emitting radiation in topical wavelengths for spectrophotometric analysis of said fluid - said optical members comprise at least one optimized conical or pyramidal mirror.
- lesdits organes optiques comportent au moins un composant à immersion en contact optique avec le conducteur réfringent.- Said optical members comprise at least one immersion component in optical contact with the refractive conductor.
- une partie des organes optiques concourt à assurer l'étanchéité du boîtier contenant la source de rayonnement. - a part of the optical elements contributes to ensuring the sealing of the box containing the radiation source.
- lesdits organes optiques comportent des éléments en verre fluoré.- Said optical members include fluorinated glass elements.
- le dispositif comporte plusieurs sources de rayonnement et un agencement de multiplexage des voies acheminent le
rayonnement.- the device comprises several sources of radiation and an arrangement for multiplexing the channels carry the
radiation.
L'intervention sera mieux comprise par la description détaillée ci-après faite en référence au dessin annexé. The intervention will be better understood by the detailed description below made with reference to the attached drawing.
Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et nullement limitatif. Of course, the description and the drawing are given by way of example only and are in no way limiting.
Sur ce dessin
La figure 1 représente le schéma d'un dispositif tradi
tionnel pour l'analyse spectropnotométriaue d'un fluide à
distance.On this drawing
Figure 1 shows the diagram of a traditional device
tional for spectropnotometric analysis of a fluid at
distance.
La figure 2 représente schématiquement un exemple d'ins
tallation selon l'invention mettant en service des
miroirs tronconiques optimisés.Figure 2 shows schematically an example of ins
tallation according to the invention putting into service
optimized frustoconical mirrors.
La figure 3 montre le détail d'un dispositif selon l'in-
vention mettant en oeuvre des miroirs sphériques ou para
boliques.Figure 3 shows the detail of a device according to the
vention using spherical or para mirrors
boliques.
La figure 4 montre un détail de la mise en oeuvre de mi
roirs pyramidaux dans le cas ou l'on utilise plusieurs
conducteurs réfringents.Figure 4 shows a detail of the implementation of mi
pyramid lines in the case where more than one is used
refractive conductors.
Sur la figure 1, est représentée schématiquement une ins
tallation de type traditionnel pour l'analyse spectropho
tométrique à distance d'un fluide. Dans une armoire étan
che 1 se trouvent : un bloc optique 2 composé d'une
source à filament en tungstène 3 disposé au foyer-objet d'un condenseur à lentilles 4, un spectrophotomètre 5 et
une unité de traitement par ordinateur 6 Cette armoire
est reliée à distance à un point de mesure 7 d'un fluide
porté par un tube 8, s'écoulant par exemple selon la
flèche. Au foyer-image 9 du condenseur à lentilles 4 est
disposé la pupille d'entrée d'une fibre optique 10 qui achemine le rayonnement de la source vers le point de
mesure 7 situé à distance de l'armoire 1. La pupille de
sortie 11 de cette fibre est disposée au foyer-ob3et d'un
condenseur 12 à lentilles. In Figure 1 is shown schematically an ins
traditional type tallation for spectropho analysis
remote tomometric of a fluid. In a tin cupboard
che 1 are: an optical unit 2 composed of a
tungsten filament source 3 placed at the focal point of a lens condenser 4, a spectrophotometer 5 and
a computer processing unit 6 This cabinet
is remotely connected to a measurement point 7 of a fluid
carried by a tube 8, flowing for example according to the
arrow. At image focus 9 of the lens condenser 4 is
arranged the entrance pupil of an optical fiber 10 which routes the radiation from the source to the point of
measure 7 located at a distance from the cabinet 1. The pupil of
outlet 11 of this fiber is disposed at the hearth-ob3 and a
condenser 12 with lenses.
Un flux à rayons parallèles traverse le fluide, entrant et sortant par des fenêtres 13 et 14 transparentes. Le flux est ensuite concentré par le condenseur dans la pupille d'entrée 15 d'une autre fibre optique 16, laquelle achemine le rayonnement vers l'armoire située à distance, jusqu'à sa pupille de sortie 17 associée au spectrophotomètre 5.A flow with parallel rays crosses the fluid, entering and leaving through transparent windows 13 and 14. The flux is then concentrated by the condenser in the entrance pupil 15 of another optical fiber 16, which routes the radiation to the cabinet located at a distance, up to its exit pupil 17 associated with the spectrophotometer 5.
Sur la figure 2, est représenté schématiquement un exemple d'installation selon l'invention. Le dispositif comprend un boîtier 18 étanche, de préférence anti-déflagrant, contenant une source de rayonnement 19. Le critère retenu selon l'invention pour le choix de cette source est la valeur la plus élevée possible de son exitance.FIG. 2 schematically shows an example of installation according to the invention. The device comprises a sealed housing, preferably explosion-proof, containing a radiation source 19. The criterion used according to the invention for the choice of this source is the highest possible value of its exitance.
L'exitance d'une source (anciennement émittance) est le quotient du flux énergétique émis par l'aire du corps émissif de la source.Cette grandeur est en relation de proportionnalité avec la luminance. Dans le cas dont il s'agit présentement, l'aire de la pupille d'entrée du conducteur réfringent est plus petite que l'aire du corps émissif des sources dont on dispose. L'éclairement produit sur cette pupille dépend alors -uniquement de l'exitance de la source ,comme l'exige le principe de la conservation de la luminance. D'où l'importance de ce critère qui a été négligé jusqu' alors.Les sources à filament de tungstène ont une émessivité de l'ordre du tiers de celle du Corps Noir.The exitance of a source (formerly emittance) is the quotient of the energy flux emitted by the area of the emissive body of the source. This quantity is in relation to proportionality with the luminance. In the present case, the area of the entrance pupil of the refractive conductor is smaller than the area of the emissive body of the sources available. The illumination produced on this pupil then depends -only on the exit from the source, as required by the principle of conserving the luminance. Hence the importance of this criterion which has been neglected until now. Tungsten filament sources have an emessivity on the order of a third of that of the Black Body.
Selon l'invention, on utilisera de préférence une source à incandescence dopée aux halogénures métalliques dont l'émissivité peut être plus élevée, ou une source à décharge à arc court de très haute luminance, ou des sources laser.According to the invention, an incandescent source doped with metal halides, the emissivity of which may be higher, or a short-arc discharge source of very high luminance, or laser sources, will preferably be used.
Le boîtier 18 est disposé à proximité d'un conduit 20 transportant le fluide à analyser, lequel, par exemple, s'écoule selon le sens de la flèche. Ledit boîtier et ledit conduit sont raccordés de manière étanche. Dans l'exemple représenté, ce sont des organes optiques qui constituent eux-mêmes ce raccord étanche. Un tronc de cône réfringent 21, en verre plein, verre par exemple fluoré, raccorde le boîtier 18 au conduit 20. Ce tronc de cône réfringent constitue un miroir tronconique à réflexions totales.The housing 18 is disposed near a conduit 20 carrying the fluid to be analyzed, which, for example, flows in the direction of the arrow. Said housing and said conduit are tightly connected. In the example shown, these are optical members which themselves constitute this sealed connection. A refractive truncated cone 21, made of solid glass, for example fluorinated glass, connects the housing 18 to the conduit 20. This refractive truncated cone constitutes a frustoconical mirror with total reflections.
I1 présente comme petite section un dioptre 22 qui capte le rayonnement de la source concentrée par un miroir concave 23, sphérique ou elliptique. I1 has as a small section a diopter 22 which captures the radiation of the source concentrated by a concave mirror 23, spherical or elliptical.
I1 achemine le rayonnement par des réflexions totales jusqu'à sa plus grande section qui est un dioptre 24, lequel constitue une fenêtre étanche s'ouvrant optiquement vers l'intérieur du conduit 20. It routes the radiation by total reflections to its largest section which is a diopter 24, which constitutes a sealed window opening optically towards the interior of the conduit 20.
':n autre tronc de cône réfringent 25 est combiné optiquement avec le premier. Sa grande section est un dioptre 26 qui constitue une fenêtre étanche s'ouvrant optiquement vers l'intérieur du conduit 20 et située en face de la fenêtre 24. Ce tronc de cône réfringent achemine le rayonnement par des réflexions totales jusqu' à sa plus petite section qui est un dioptre 27. Celui-ci est en contact optique avec la pupille d'entrée d'un conducteur réfringent 28 qui est par exemple une fibre optique en verre fluoré, présentant une ouverture numérique de préférence supérieure à 0,3. Si l'ouverture numérique est, par exemple, de l'ordre de 0,4, l'énergie rayonnante admise à être acheminée par la fibre a une valeur quatre fc;s plus grande qu'une fibre d'ouverture numérique de Q,2. ': n other refractive cone trunk 25 is optically combined with the first. Its large section is a diopter 26 which constitutes a watertight window opening optically towards the interior of the duct 20 and located opposite the window 24. This refractive truncated cone conveys the radiation by total reflections up to its smallest section which is a diopter 27. This is in optical contact with the entrance pupil of a refractive conductor 28 which is for example an optical fiber made of fluorinated glass, having a digital aperture preferably greater than 0.3. If the numerical aperture is, for example, of the order of 0.4, the radiant energy admitted to be conveyed by the fiber has a value four fc; s greater than a numerical aperture fiber of Q, 2.
De cette manière, le rayonnement capté à partir de la source 19 traverse le fluide à analyser, est transmis et concentré jusqÜ' la pupille d'entrée du conducteur réfringent 28, ces opérations s'effectuant sur une très courte distance, dans des conditicns qui occasionnent le minimum de pertes notamment du fait que les réflexions dans le cône sont totales.In this way, the radiation captured from the source 19 passes through the fluid to be analyzed, is transmitted and concentrated up to the entrance pupil of the refracting conductor 28, these operations being carried out over a very short distance, in conditions which cause the minimum loss, in particular because the reflections in the cone are total.
Les troncs de cône réfringents jouant ici le rôle de miroirs coniques à réflexions totales, sont avantageusement optimisés selon les dimensionnements proposés antérieurement par l'un des présents inventeurs, notamment dans les brevets 2.224.769 et 2.224.770 du 3.04.1973.The refractive cone trunks playing here the role of conical mirrors with total reflections, are advantageously optimized according to the dimensions previously proposed by one of the present inventors, in particular in patents 2,224,769 and 2,224,770 of 3.04.1973.
L'avantage est d'obtenir un rendement énergétique optimal et en outre d'homogénéiser la répartition du rayonnement dans la pupille d'entrée 27 du conducteur réfringent.The advantage is to obtain an optimal energy yield and in addition to homogenize the distribution of the radiation in the entrance pupil 27 of the refractive conductor.
L'ensemble des deux cônes réfringents, opposés par leurs grandes sections, et de la colonne du fluide à analyser, constitue un système optique à immersion. The assembly of the two refractive cones, opposed by their large sections, and the column of the fluid to be analyzed, constitutes an optical immersion system.
Un des avantages de l'immersion optique est la possibilité de pouvoir bénéficier d'un facteur supplémentaire de concentration des flux égal au carré de l'indice de réfraction des milieux d'immersion. Soit un facteur d'un peu plus de 2 dans le cas d'un verre fluoré (indice 1,5) et d'un fluide à base d'hydrocarbures (indice voisin de 1,5). Ceci, sous réserve bien entendu, de réunir les conditions de l'immersion optique d'un bout à l'autre de la chaine optique.One of the advantages of optical immersion is the possibility of being able to benefit from an additional flux concentration factor equal to the square of the refractive index of the immersion media. Or a factor of a little more than 2 in the case of a fluorinated glass (index 1.5) and a fluid based on hydrocarbons (index close to 1.5). This, of course, subject to meeting the conditions of optical immersion from one end to the other of the optical chain.
On peut aussi utiliser deux miroirs tronconiques creux, par exemple en aluminium poli ou en or poli (pour l'infrarouge proche). Le système ne ferait alors intervenir aucune réfraction entre la source et la pupille du conducteur réfringent. Des fenêtres transparentes tanches seraient disposés dans les pupilles 24 et 26.Two hollow frustoconical mirrors can also be used, for example in polished aluminum or in polished gold (for near infrared). The system would then not involve any refraction between the source and the pupil of the refractive conductor. Tight transparent windows would be placed in pupils 24 and 26.
Dans ces exemples, l'étanchéité de l'ensemble est assurée par les organes optiques eux-mêmes. On peut, si on le juge utile, leur adjoindre des armatures renforçant l'étanchéité, et raccordant, d'une part, le conduit du fluide au boîtier de la source et, d'autre part, le conduit du fluide à la pupille d'entrée du conducteur réfringent 28. Ce dernier achemine dans tous les cas le rayonnement vers une pupille de sortie 29 débouchant dans une armoire 30 située à distance, contenant les organes de mesure spectrophotométriques 31 et l'unité de traitement par ordinateur 32.In these examples, the tightness of the assembly is ensured by the optical members themselves. We can, if we deem it useful, to add reinforcements reinforcing the tightness, and connecting, on the one hand, the fluid conduit to the source housing and, on the other hand, the fluid conduit to the pupil d the input of the refracting conductor 28. The latter in all cases routes the radiation towards an exit pupil 29 opening into a cabinet 30 located at a distance, containing the spectrophotometric measuring members 31 and the computer processing unit 32.
Dans tous les cas où l'analyse spectrophotométrique s'opère dans un milieu non dangereux, le dispositif selon l'invention conserve tous ses avantages. La pupille de sortie 27 du miroir tronconique 25 est alors directement introduite dans l'armoire 30, la fibre 28 devenant inutile.In all cases where the spectrophotometric analysis takes place in a non-hazardous medium, the device according to the invention retains all of its advantages. The exit pupil 27 of the frusto-conical mirror 25 is then directly introduced into the cabinet 30, the fiber 28 becoming useless.
La figure 3 montre le détail d'un dispositif selon l'invention mettant en oeuvre des miroirs sphériques ou paraboliques. Dans le boîtier étanche 18, la source 19 est disposée au foyer d'un miroir 33 sphérique ou parabolique qui réfléchit un faisceau 34 de rayons parallèles vers une fenêtre transparente étanche 35 ménagée dans la paroi du conduit 20 transportant le fluide à analyser. FIG. 3 shows the detail of a device according to the invention using spherical or parabolic mirrors. In the sealed housing 18, the source 19 is placed at the focal point of a spherical or parabolic mirror 33 which reflects a beam 34 of parallel rays towards a transparent sealed window 35 formed in the wall of the conduit 20 transporting the fluid to be analyzed.
Ce faisceau de rayons parallèles traverse le fluide, sort du conduit par une fenêtre transparente étanche 36 et poursuit son trajet optique dans un caisson 37 raccordé de manière étanche au conduit 20. Dans ce caisson est placé un miroir 38 sphérique ou parabolique au foyer duquel est disposée la pupille d'entrée 39 du conducteur réfringent 28 relié comme précédemment à une armoire située à distance contenant les organes de spectrophotométrie et de traitement numérique.This beam of parallel rays passes through the fluid, leaves the conduit through a transparent watertight window 36 and continues its optical path in a box 37 connected in a sealed manner to the conduit 20. In this box is placed a spherical or parabolic mirror 38 at the focus of which is arranged the entrance pupil 39 of the refractive conductor 28 connected as previously to a cabinet located at a distance containing the spectrophotometry and digital processing organs.
La figure 4 montre un détail d'un dispositif mettant en oeuvre des miroirs pyramidaux dans le cas ou l'on utilise plusieurs conducteurs réfringents. Dans ce cas, en effet, le grave inconvénient des dispositifs existants est que la répartition du rayonnement capté par les multiples conducteurs réfringents est inhomogène à l'arrivée dans le plan des pupilles d'entrée de ces conducteurs réfringents.FIG. 4 shows a detail of a device using pyramidal mirrors in the case where several refractive conductors are used. In this case, in fact, the serious drawback of the existing devices is that the distribution of the radiation picked up by the multiple refractive conductors is inhomogeneous on arrival in the plane of the entrance pupils of these refractive conductors.
La présente invention apporte comme solution la mise en oeuvre de miroirs pyramidaux optimisés.The present invention provides as a solution the use of optimized pyramidal mirrors.
Les miroirs pyramidaux peuvent être préférés aux miroirs coniques de révolution dans le cas où les pupilles d'entrée des conducteurs réfringents (dans la pratique, les fibres optiques) sont inscrites dans un rectangle, comme représenté sur la figure 4. Ces pupilles, ici au nombre de neuf, sont inscrites dans un rectangle 40. Ce rectangle colncide avec la petite section de sortie de flux 40 d'un miroir pyramidal optimisé 41, lequel est associé à un autre miroir pyramidal optimisé 42. Les grandes sections 43 et 44 de ces miroirs pyramidaux sont situées face à face, devant des fenêtres transparentes, de manière analogue à ce qui est représenté sur la figure 2, encadrant le conduit transportant le fluide à analyser.Pyramidal mirrors may be preferred to conical mirrors of revolution in the case where the entrance pupils of refractive conductors (in practice, optical fibers) are inscribed in a rectangle, as shown in FIG. 4. These pupils, here at number nine, are inscribed in a rectangle 40. This rectangle coincides with the small flow exit section 40 of an optimized pyramidal mirror 41, which is associated with another optimized pyramidal mirror 42. The large sections 43 and 44 of these Pyramidal mirrors are located face to face, in front of transparent windows, in a similar manner to that which is shown in FIG. 2, framing the duct carrying the fluid to be analyzed.
La petite section 45 du miroir pyramidal 42 capte le flux de rayonnement concentré à partir de la source.The small section 45 of the pyramidal mirror 42 captures the flux of concentrated radiation from the source.
Des optimisations convenablement choisies permettent d'obtenir un éclairement homogène dans le rectangle 40.Appropriately chosen optimizations make it possible to obtain a uniform illumination in the rectangle 40.
Un dispositif similaire peut s'appliquer aux systèmes utilisant un multiplexage avec une seule source de rayonnement.A similar device can be applied to systems using multiplexing with a single radiation source.
On peut tout aussi bien mettre en oeuvre des miroirs tronconiques de révolution à la place des miroirs pyramidaux 41 et 42. It is equally possible to use frustoconical mirrors of revolution in place of the pyramidal mirrors 41 and 42.
La présente invention permet d'effectuer des analyses spectrophotométriques à un haut niveau en énergie et en rapport signal / bruit, grâce à la combinaison syncrétique caractérisant son procédé et son dispositif. On peut évaluer un ordre de grandeur du gain énergétique qui peut être attendu d'une telle combinaison syncrétique.The present invention makes it possible to perform spectrophotometric analyzes at a high level of energy and in signal / noise ratio, thanks to the syncretic combination characterizing its process and its device. We can evaluate an order of magnitude of the energy gain that can be expected from such a syncretic combination.
On a noté au cours de la présente description les facteurs de gain suivants - Avec une source présentant une exitance supérieure à la moitié de celle du Corps Noir, par exemple de l'ordre de 0,6 , un facteur 2 est possible. Beaucoup plus avec une source à arc dans son domaine d'émission ou avec un laser.The following gain factors have been noted during the present description - With a source having an exitance greater than half that of the Black Body, for example of the order of 0.6, a factor 2 is possible. Much more with an arc source in its emission domain or with a laser.
- Grâce à la suppresion de toute fibre entre la source et le fluide à analyser et la mise en oeuvre d'optiques optimisées, un facteur de 2 à 3 , soit 2,5.- Thanks to the removal of any fiber between the source and the fluid to be analyzed and the implementation of optimized optics, a factor of 2 to 3, or 2.5.
- Grâce à une mise en oeuvre judicieuse d'une immersion optique, un facteur de 2.- Thanks to a judicious implementation of an optical immersion, a factor of 2.
- Avec une ouverture numérique de l'ordre de 0,4 pour le conducteur réfringent de sortie, un facteur de 4.- With a numerical aperture of the order of 0.4 for the refractive output conductor, a factor of 4.
- Avec neuf conducteurs au lieu d'un, un facteur de 9.- With nine conductors instead of one, a factor of 9.
Une combinaison syncrétique optimale de ces divers moyens mis en oeuvre peut conduire à un facteur élevé
2 x 2,5 x 2 x 4 X 9 = 360
Le facteur ci-dessus n'ayant bien entendu d'autre prétention que de donner une évaluation indicative.An optimal syncretic combination of these various means used can lead to a high factor
2 x 2.5 x 2 x 4 X 9 = 360
The above factor of course having no other claim than to give an indicative evaluation.
Enfin, selon une autre variante de l'invention, le système optique à miroirs utilisé comporte au moins un laser1 source de rayonnement à émission stimulée comportant deux miroirs du type Pérot-Fabry face à face. Ce ou ces lasers sont choisis pour émettre un rayonnement dans des longueurs d'onde appropriées pour l'analyse spectrophotométrique. Finally, according to another variant of the invention, the optical system with mirrors used comprises at least one laser1 source of stimulated emission radiation comprising two mirrors of the Pérot-Fabry type facing each other. This or these lasers are chosen to emit radiation at wavelengths suitable for spectrophotometric analysis.
Leurs flux sont réunis dans la section d'entrée telle que 27 d'un conducteur réfringent tel que 28 (figure 2) après avoir traversé le fluide à analyser. Les principaux avantages de l'utilisation des lasers dans les dispositifs selon l'invention sont les suivants - la faible divergence du faisceau émis, particulièrement bien adaptée à la mise en oeuvre de fibres optiques.Their flows are combined in the inlet section such as 27 of a refractive conductor such as 28 (FIG. 2) after having passed through the fluid to be analyzed. The main advantages of the use of lasers in the devices according to the invention are the following - the low divergence of the emitted beam, particularly well suited to the use of optical fibers.
- la très grande exitance de ces sources totalement affranchies des limitations inhérentes en particulier aux sources à incandescence. - the great exitance of these sources completely freed from the inherent limitations in particular of incandescent sources.
Claims (14)
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| FR8901864A FR2643147B1 (en) | 1989-02-14 | 1989-02-14 | METHOD FOR THE SPECTROPHOTOMETRIC ANALYSIS OF A FLUID, PARTICULARLY IN A DANGEROUS AREA BY CELL WITH INTEGRATED HIGH-ENERGY SOURCE, AND OPTICAL DEVICE FOR IMPLEMENTING IT |
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| FR2643147B1 (en) | 1991-05-31 |
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