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DES
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HELIUM NEON
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BUTANE
(2)
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PROPANE
(2)
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Gene Or Protein
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Etre
(11)
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DANS
(2)
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Generic
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alkanES
(3)
[15][_]
hydrocarbons
(3)
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PETROLEUM
(1)
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Polymer
(1/ 5)
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Rayon
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2518750A1
Family ID 8076890
Probable Assignee Utilisation Ration Gaz
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title INSTALLATION DE MESURE DE LA CONCENTRATION D'ECHANTILLONS
GAZEUX PAR EFFET PHOTOACOUSTIQUE, NOTAMMENT POUR DETECTION DES FUITES
DES RECIPIENTS DE GAZ DE PETROLE LIQUEFIES
EN Title LEAK DETECTOR FOR LIQUIDISED PETROLEUM GAS CYLINDERS - USES
ACOUSTIC FREQUENCY MODULATED IR RADIATION OF GAS ABSORPTION WAVELENGTH
PRODUCING MULTIPLE REFLECTION IN SEALED ENCLOSURE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INSTALLATION POUR LA DETECTION DE FUITES DE GAZ, NOTAMMENT DE GAZ DE
PETROLE LIQUEFIES, UTILISANT L'EFFET PHOTO-ACOUSTIQUE, COMPORTE: UNE
ENCEINTE 10 ETANCHE; UNE SOURCE LUMINEUSE 20 MONOCHROMATIQUE DONT LA
LONGUEUR D'ONDE CORRESPOND A UNE BANDE D'ABSORPTION DU GAZ A DETECTER;
DES MOYENS 30 POUR MODULER L'INTENSITE DU FAISCEAU LUMINEUX A UNE
FREQUENCE ACOUSTIQUE; DES MOYENS DE MESURE DES VARIATIONS DE LA
PRESSION DANS L'ENCEINTE A CETTE FREQUENCE.
SELON L'INVENTION, L'ENCEINTE, DE FAIBLE EPAISSEUR, COMPORTE DES
PAROIS LATERALES 13, 14, 15, 16 REFLECHISSANTES DE MANIERE A PERMETTRE
DES REFLEXIONS MULTIPLES DU FAISCEAU ET UNE ILLUMINATION HOMOGENE DU
VOLUME DE GAZ CONTENU DANS L'ENCEINTE.
AVANTAGEUSEMENT, LA SOURCE LUMINEUSE EST UN LASER HELIUM NEON
FONCTIONNANT A UNE LONGUEUR D'ONDE DE 3,39MM, VALEUR CORRESPONDANT A
LA BANDE D'ABSORPTION DES GAZ DE LA FAMILLE DES alkanES, NOTAMMENT LE
BUTANE ET LE PROPANE.
A sample of the atmosphere to be analysed is taken and brought to an
air-tight chamber (10). This chamber (10) has a reflective surface
(15,16) which produces multiple light reflections. A transparent or
semi-transparent input window (17) fitted in this wall (15,16) directs
a light beam towards the chamber. The light beam is an approximately
monochromatic infrared radiation which is modulated at an acoustic
frequency and whose wavelength corresponds to an absorption band of
the gas to be detected.A sensor (41) moves in response to the pressure
variations in the chamber (10). The movements of this sensor (41) are
transformed into an electrical signal.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne une installation pour la detection de
fuites de gaz, notamment de gaz de petrole liquefies.
L'invention trouve une application particuliere dans l'emplissage des
bouteilles de gaz liquefie, mais elle n'est aucunement limitee a ce
domaine, et de nombreuses autres applications peuvent etre envisagees.
I1 est en effet necessaire, une fois le remplissage effectue, de
verifier soigneusement l'etancheite et la fermeture correcte des
robinets dont sont pourvues ces bouteilles. Cette verification est
generalement operee par mise en place d'une cloche enfermant le
robinet de la bouteille et prelevement d'un echantillon de
l'atmosphere environnant le robinet. Ce prelevement peut etre opere,
par exemple, par circulation deux gaz de balayage, tel que de l'air
propre, dans la cloche. L'echantillon est alors analyse, et la
concentration en gaz comparee a un seuil donne. Le depassement de ce
seuil entrainera le rebut ulterieur de la bouteille en cause.
L'invention se rapporte plus particulierement au systeme d'analyse de
l'echantillon, pour lequel une sensibilite elevee doit etre
recherchee. Jusqu'a present, les analyseurs de gaz par combustion
catalytique ou par spectrometrie infrarouge ont donne tout a fait
satisfaction. L'accroissement des cadences dtemplissage laisse
cependant de moins en moins de temps pour proceder au controle;
s'agissant de fuites la quantite de gaz liberee est proportionnelle a
la duree d'application de la cloche sur le robinet. Une reduction de
cette duree oblige donc a disposer d'un detecteur de sensibilite
accrue. Cette sensibilite accrue deviendrait encore plus necessaire en
cas d'instauration de nouvelles normes de securite, plus severes.
cette fin, l'installation selon l'invention comporte une cellule de
mesure de haute sensibilite, utilisant l'effet photoacoustique: cet
effet resulte de l'absorption, par le gaz a detecter, d'un rayonnement
monochromatique dont la longueur d'onde correspond precisement a une
bande d'absorption du gaz. Cette absorption engendre une augmentation
immediate de pression du gaz et, si l'on module le faisceau en
intensite, on pourra mesurer - par exemple au moyen d'un capteur
microphonique - une pression variable, modulee a la meme frequence; il
sera ensuite aise de mesurer l'amplitude de cette modulation et
d'obtenir, apres amplification et filtrage selectif, un signal
electrique representatif de la concentration du gaz etudie.
Selon l'invention, l'enceinte ou est confine le gaz pour y etre expose
au faisceau lumineux comporte une paroi a surface reflechissante
permettant des reflexions multiples du faisceau a l'interieur de
l'enceinte, ainsi qu'une fenetre d'entree du faisceau, transparente ou
semi-reflechissante, menagee dans cette paroi.
Avantageusement, l'enceinte comporte deux faces planes, paralleles, et
de grandes dimensions et de faible ecartement, reliees par une paroi
laterale, optiquement active, incluant la fenetre d'entree du
faisceau, cette fenetre etant traversee par le faisceau suivant une
direction normale a la paroi laterale, et parallele aux faces planes.
Cette paroi laterale comporte deux premieres faces planes et
paralleles, et deux secondes faces planes et non paralleles, la
fenetre d'entree etant situee sur l'une des secondes faces.
Cette disposition permet une illumination homogene du volume de
l'enceinte par"piegeage" du rayon lumi neux. Celui-ci, apres traversee
de la fenetre d'entree, estsoumis a des reflexions multiples a
l'interieur de 11 enceinte; les secondes faces, non paralleles,
empechent que le rayon ne ressorte par la fenetre d'entree.
Alors que les cellules classiques a traversee unique du volume du gaz
par le faisceau exigeaient des sources lumineuses de forte puissance
pour obtenir une sensibilite acceptable, la cellulede mesure selon
l'invention, grace auxpassages multiples du faisceau qu'elle permet,
assure une sensibilite tres elevee sans.augmen- tation prohibitive de
la puissance de la source lumineuse.
En outre, ces passages multiples sont obtenus avec une seule traversee
de la paroi, a l'endroit de la fenetre d'entree du faisceau, ou cette
paroi est transparente (ou meme semi-reflechissante). On-evite ainsi
les pertes d'energie lumineuse qui surviendraient a chaque traversee
de paroi, au cas ou les reflexions multiples seraient obtenues par des
miroirs disposes a l'exterieur du volume delimite par une enceinte
transparente.
D'autres avantages et caracteristiques de l'invention apparaitront a
la lecture de la description detaillee ci-dessous d'un mode de
realisation, faiteen reference aux figures annexees, ou la figure 1
est une vue schematique de l'ensemble de l'installation, la figure 2
est une vue en plan, a echelle plus reduite, de l'enceinte de la
figure 1.
Sur la figure 1, on peut voir l'enceinte 10 recevant l'echantillon de
gaz a analyser, et eclairee par une source lumineuse 20 au travers
d'un modulateur d'intensite 30. Un capteur de pression 40 analyse les
variations de pression du gaz a l'interieur de l'enceinte.
La source lumineuse 20 peut etre une source a large spectre telle
qu'une lampe a incandescence ou a decharge, pourvue d'un filtre de
bande selectif, par exemple de type interferentiel.
La source 20 peut etre egalement une source monochromatique telle
qu'un laser, soit un laser a gaz tel qu'un laser helium neon emettant
a 3,39 pra de longueur d'onde ou un laser a C02 dont on utilise une
des longueurs d'onde d'emission dans la bande 9 a lun, soit un laser
solide comportant une structure multicouche semiconductrice.
L'utilisation d'un laser helium neon est parti culierement
avantageuse, car la longueur d'onde d'emission de celui-ci (3,39 pm)
est comprise dans la bande d'absorption des corps constituant les gaz
de petrole liquefies: butane, propane,... et de la plupart des
hydrocarbons-gazeux, notamment des alkanes: le fait que les gaz ayant
servi a l'emplissage soient des melanges de composition variable de
differents hydrocarbons n'est pas en soi un inconvenient, la bande
d'absorption etant une caracteristique commune-a tous les corps
constituant le melange.
La modulation du faisceau lumineux peut etre obtenue par tout moyen
connu: soit un appareil mecanooptique d'occultation ou deviation (roue
dentee perforee; miroir- oscillant ou tournant,...), soit un
dispositif electro-optique (cellule de Kerr, obturateur a cristaux
liquides,...), soit meme par l'emploi d'un laser directement modulable
en intensite.
Le capteur de pression 40 peut etre de tout type connu. Ce peut etre
notamment un capteur microphonique, une capacite ou inductance
variable, ou tout autre dispositif approprie permettant de transformer
les mouvements d'un element sensible 41 mobile en reponse aux
variations de pression dans l'enceinte consecutivesa l'absorption du
faisceau module, en un signal electrique fonction de ces variations de
pression.
Le signal issu du capteur de pression 40, apres amplification par un
circuit 42,est traite par un filtre a bande etroite 43 accorde sur la
frequence de modulation du dispositif 30; on elimine de ce fait tout
signal parasite pouvant interferer sur la mesure. Le signal ainsi
obtenu est transmis a un analyseur 44, qui compare le signal
electrique representatif de la concentration du melange a un seuil
predetermine, de maniere a estimer le taux de fuite de la bouteille en
question.
Les fonctions de traitement et analyse du signal, d'exploitation des
resultats de l'analyse, et de pilotage de la modulation du faisceau
peuvent etre avantageusement coordonnees par un dispositif a
microprocesseur (non represente).
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, l'enceinte 10 comporte
une face superieure 11 et une face inferieure 12, toutes deux planes,
de grandes dimensions et de faible ecartement Ces faces superieure et
inferieure sont reliees par une paroi laterale, par exemple composee
de quatre faces 13, 14, 15, 16 traitees de maniere a pouvoir reflechir
les rayons lumineux qui les frappent de l'interieur. Le rayon lumineux
issu de la source 20 et du modulateur 30 est introduit dans la chambre
par une fenetre d'entree 17 menagee sur l'une des parois laterales,
par exemple la paroi 14.L'incidence du rayon est telle que celui-ci
entre dans l'enceinte parallelement aux faces superieures 11 et 12, et
-perpendiculairement a la face 14: avec une direction parallele aux
faces-ll et 12, les reflexions multiples vont se produire seulement
sur les parois laterales - qui seront les parois optiquement actives -
et non sur les parois superieure et inferieure.
Les parois laterales sont disposees de telle sorte que la paroi
contenant la fenetre d'entree (paroi 14) et la paroi opposee (paroi
16) ne soient pas paralleles, pour produire les reflexions multiples
(sinon le rayon lumineux serait renvoye vers la fenetre d'entree apres
-reflexion unique). En d'autres termes, si les parois 13 et 15 sont
paralleles, l'enceinte 10 aura la forme d'un prisme a base
trapezoidale et de faible epaisseur, l'entree du faisceau se faisant
par le cote oblique du trapeze (ou le cote oppose).La geortietrie
d'une telle enceinte permet, meme avec un tres faible volume de
gaz(d'autant plus faible que l'espacement entre les parois 11 et 12
est reduit) de provoquer quand meme une multiplicite de reflexions du
faisceau, et ainsi d'assurer le balayage homogene de tout le volume
defini par l'enceinte. Avantageusement, les canalisations
d'alimentation et de vidange de la chambre 50 et 51 communiquent
avec.l'enceinte par des raccords 52 et 53 disposes sur l'une des deux
faces 11 ou 12; en menageant ces raccordements sur une de ces faces,
on elimine toute perturbation qui pourrait resulter de leur presence.
La meme remarque vaut pour l'element sensible 41 du capteur de
pression 40, qui ne cree ainsi aucune perturbation, tout en conservant
la possibilite de le disposer a l'emplacement le plus approprie.
Bien entendu, ni le mode de realisation decrit, ni l'utilisation
envisagee n'ont de caractere limitatif, et de nombreuses variantes ou
applications peuvent etre envisagees sans sortir du domaine de
l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Installation pour la detection de fuites de gaz, notamment de gaz
de petrole liquefies, pour mesurer la concentration d'un echantillon
de gaz par absorption infrarouge, du type comportant: une enceinte
(10) etanche, des moyens pour prelever un echantillon de l'atmospherea
analyser, et pour amener cet echantillon dans l'enceinte etanche,
caracterisee en ce que l'enceinte comporteune paroi a surface
reflechissante, aptea produire des reflexions lumineuses multiples,
une fenetre d'entree transparente ou semi-reflechissante,menagee dans
cette paroi, pour diriger vers l'enceinte un faisceau sensiblement
monochromatique derayonnement infrarouge module a frequence
acoustique,et dont la longueur d'onde correspond a une
banded'absorption du gaz a detecter, un element sensible. (41), mobile
en reponse aux variations de pression dans l'enceinte, et place dans
celleci, des moyens (40, 42, 43, 44) pour transformer les mouvements
de l'element mobile--en un signal electrique representatif de la
concentration du melange.
2. Installation selon la revendication 1, caracterisee en ce que
l'enceinte comporte deux faces planes- (11, 12), paralleles, de
grandes dimensions et de faible ecartement, reliees par une paroi
laterale optiquement active incluant la fenetre d'entree du faisceau,
cette fenetre etant traversee par le faisceau suivant une direction
normale a la paroi laterale et parallele aux faces planes.
3. Installation selon la revendication 2, caracterisee en ce que la
paroi laterale comporte deux premieres faces (13, 15) planes et
paralleles, et deux secondes faces (14, 16) planes et non paralleles,
et en ce que la fenetre d'entree est situee sur l'une (14) des
secondes- faces.
4. Installation selon l'une des revendications 2 et 3, caracterisee en
ce que les moyens pour prelever l'echantillon et l'amener dans
l'enceinte comportent des raccordements d'entree (52) et de sortie
(53) de gaz, debouchant dans l'enceinte sur l'une (11) des deux faces
de grandes dimensions.
5. Installation selon l'une des revendications 2 a 4, caracterisee en
ce que l'element sensible [41) est dispose sur l'une (12) des deux
faces de grandes dimensions.
6. Installation selon l'une des revendications precedentes,
caracterisee en ce que la longueur d'onde du rayonnement
monochromatique est voisine de 3,39 P et en ce que l'installation est
utilisee pour mesurer les concentrations d'hydrocarbons gazeux,
notamment d'alkanes.
7. Installation selon la revendication 6, caracterisee en ce que le
rayonnement monochromatique est engendre par un laser helium neon.
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