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Title:
EQUIPMENT FOR CHARACTERISING A FOG OF DROPLETS, APPLICATION TO QUALITY-CONTROL AND TO THE DETECTION OF FROST
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/034821
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to equipment for physically and thermochemically characterising a fog of droplets of dimensions comprised between 1 and 500 µm, in a zone of measurement and comparison with a reference profile comprising illuminating means (1) that are capable of producing an illumination of said measurement zone and image-capturing means (2) including at least one camera (3) that is capable of taking at least one image of said measurement zone illuminated by said illuminating means, which illuminating means comprise at least one monochromatic source that emits in a direction D1 (8) and the image-capturing means (2) comprise a collimating optic and a camera, which is oriented in a direction D2 (7). It also relates to the applications, to a method and to a piece of equipment for controlling quality and for detecting frost.

Inventors:
SAENGKAEW, Sawitree (30 rue Eau de Robec, APT 11, Rouen, 76000, FR)
Application Number:
FR2018/052061
Publication Date:
February 21, 2019
Filing Date:
August 14, 2018
Export Citation:
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Assignee:
RAINBOWVISION (30 rue Eau de Robec, Rouen, Rouen, 76000, FR)
International Classes:
G01N15/14; B64D15/20; G01K11/00; G01S17/95
Foreign References:
CN105043946A2015-11-11
FR2768122A11999-03-12
CN105043946A2015-11-11
Other References:
MARIA OUBOUKHLIK ET AL: "Mass Transfer Evolution in a Reactive Spray during Carbon Dioxide Capture", CHEMICAL ENGINEERING AND TECHNOLOGY, vol. 38, no. 7, 1 July 2015 (2015-07-01), DE, pages 1154 - 1164, XP055470423, ISSN: 0930-7516, DOI: 10.1002/ceat.201400651
J. WILMS ET AL: "Determination of the composition of multicomponent droplets by rainbow refractometry", 12TH SYMPOSIUM ON APPLICATIONS OF LASER TECHNOLOGIES TO FLUID MECHANICS, 13 July 2004 (2004-07-13), pages 1 - 8, XP055471381, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180430]
SAWITREE SAENGKAEW ET AL: "Experimental analysis of global rainbow technique: sensitivity of temperature and size distribution measurements to non-spherical droplets", EXPERIMENTS IN FLUIDS ; EXPERIMENTAL METHODS AND THEIR APPLICATIONS TO FLUID FLOW, SPRINGER, BERLIN, DE, vol. 47, no. 4-5, 29 May 2009 (2009-05-29), pages 839 - 848, XP019759041, ISSN: 1432-1114, DOI: 10.1007/S00348-009-0680-Z
XUECHENG WU,L; HAOYU JIANG; YINGCHUN WU; JIN SONG; GÉRARD GRÉHAN; SAWITREE SAENGKAEW; LINGHONG CHEN; XIANG GAO; KEFA CEN, OPTICS LETTERS, vol. 39, no. 3, 1 February 2014 (2014-02-01)
MARIA OUBOUKHLIK; SAWITREE SAENGKAEW; MARIE-CHRISTINE FOURNIER-SALAUEN; LIONEL ESTEL; GERARD GREHAN: "LOCAL MEASUREMENT OF MASS TRANSFER IN A REACTIVE SPRAY FOR C02 CAPTURE", CHEMICAL ENGINEERING AND TECHNOLOGY, vol. 38, no. 7, 1 July 2015 (2015-07-01), pages 1154 - 1164
LEMAITRE ET AL.: "Quasi real-time analysis of mixed-phase clouds using interferometric out-of-focus imaging: development of an algorithm to assess liquid and ice water content", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, ISSN: 0957-0233
J. WILMS; N. ROTH; S. ARNDT; B. WEIGAND: "Détermination of the composition of multicomponent droplets by rainbow refractometry", INSTITUTE OF AEROSPACE THERMODYNAMICS (ITLR), UNIVERSITY OF STUTTGART
"Expérimental analysis of global rainbow technique: Sensitivity of temperature and size distribution measurements to non-spherical droplets dans la revue", EXPERIMENTS IN FLUIDS, vol. 47, no. 4, October 2009 (2009-10-01), pages 839 - 848
XUECHENG WU,L; HAOYU JIANG; YINGCHUN WU; JIN SONG; GÉRARD GRÉHAN; SAWITREE SAENGKAEW; LINGHONG CHEN; XIANG GAO; KEFA CEN: "One-dimensional rainbow thermometry system by using slit apertures", OPTICS LETTERS, vol. 39, no. 3, 1 February 2014 (2014-02-01), XP001587152, DOI: doi:10.1364/OL.39.000638
Attorney, Agent or Firm:
BREESE, Pierre (IP TRUST, 2 rue de Clichy, Paris, 75009, FR)
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Claims:
Revendications

1 — Equipement de caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence comprenant :

- des moyens d'illumination monodimensionnel (1) susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure (ZM) ;

- des moyens de prise de vue ( 2 ) comportant au moins une caméra ( 3 ) susceptible de prendre au moins une image de ladite zone de mesure (ZM) illuminée par lesdits moyens d'illumination ; et

- des moyens de traitement (4) susceptibles de déterminer les valeurs dudit paramètre de caractérisation physique et thermochimique, à partir de ladite image prise par la caméra ( 3 ) ,

caractérisé en ce que

- lesdits moyens d'illumination comprennent au moins une source monochrome émettant dans une direction Di ( 8 )

• lesdits moyens de prise de vue ( 2 ) comprenant une optique de collimation et une caméra, orienté selon une direction D2 (7)

o l'angle Gamma formé entre Di et D2 est égal à (Alpha ± Béta) + Thêta

o où

Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes

Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation

Thêta est une valeur comprise entre 0 et 20°

• l'équipement comportant en outre un circuit de traitement de l'image transmise par la caméra et un calculateur pour commander la numérisation et l'enregistrement les images dans une mémoire locale et pour commander :

o l'extraction d'une ligne transversale i de pixels Plfj représentative de 1 ' image numérisée

o établir une table [P±,j, Ij] de l'intensité des pixels de cette ligne

o affecter à chacun desdits pixels Plfj l'angle de diffusion Oj associé et construire une table [Oj, Ij] o caractériser à partir de cette table [Oj, Ij] les particules présentes dans la zone de mesure.

2 - Application de l'équipement de caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes selon la revendication 1 pour la détection de risque de givrage d'une surface exposée à un flux de gouttelettes caractérisé en ce que ledit centre de ladite zone de mesure (5) est situé à une distance comprise entre 50 et 2000 millimètres, et préférentiellement entre 50 et 750 millimètres, d'une surface à protéger du givrage.

3 — Equipement de détection de risque de givrage d'une surface exposée à un flux de gouttelettes par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (5) comprenant :

- des moyens d'illumination (1) susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure (5) ;

- des moyens de prise de vue ( 2 ) comportant au moins une caméra ( 3 ) susceptible de prendre au moins une image de ladite zone de mesure (5) illuminée par lesdits moyens d'illumination ; et

- des moyens de traitement susceptibles de déterminer les valeurs dudit paramètre, à partir de ladite image prise par la caméra (3),

caractérisé en ce que - le centre de ladite zone de mesure (5) est situé à une distance comprise entre 50 et 2000 millimètres, et préférentiellement entre 50 et 750 millimètres, d'une surface à protéger du givrage

- lesdits moyens d'illumination comprennent au moins une source monochrome émettant dans une direction Di ( 8 )

• lesdits moyens de prise de vue ( 2 ) comprenant une optique de collimation associée à ladite caméra, orientés selon une direction D2 ( 7 )

o l'angle Gamma formé entre Di et D2 est égal à (Alpha ±

Béta) + Thêta

o où

Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes

Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation

Thêta est une valeur comprise entre 0 et 20°

• L'équipement comportant en outre un circuit de traitement de l'image transmise par la caméra et un calculateur pour commander l'enregistrement des images dans une mémoire locale et pour commander :

o L'extraction d'une ligne transversale i de pixels Plfj représentative de 1 ' image numérisée

o Etablir une table [P±,j, Ij] de l'intensité des pixels de cette ligne

o affecter à chacun desdits pixels Plfj l'angle de diffusion Oj associé et construire une table [Oj, Ij] o caractériser à partir de cette table [Oj, Ij] les particules présentes dans la zone de mesure.

4 — Equipement de détection de risque de givrage selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'étape de caractérisation des particules consiste à comparer ladite table [Oj, Ij] avec une collection de tables associées à des classes de particules.

5 — Equipement de détection de risque de givrage selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'étape de caractérisation des particules consiste à calculer à partir de cette table [Oj, Ij] l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules. 6 — Equipement de détection de risque de givrage selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite étape de calcul de l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules comprend.

o une étape d'estimation d'un indice de référence INDref, déterminé en fonction de ladite distribution mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique

o on calcule, pour N classes Cy de tailles de particules, le nombre de particules Px appartenant à la classe Cy par une inversion matricielle [I±] = [OiCy] .

7 — Procédé d'étude des phénomènes de givrage d'une pièce caractérisé en ce que l'on place ladite pièce dans une soufflerie givrante produisant un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, et en ce que l'on réalise la caractérisation physique et thermochimique de ladite pièce à l'aide d'un équipement de détection de risque de givrage d'une surface exposée à un flux de gouttelettes conforme à l'une au moins des revendications 1 à 4.

8 — Procédé d'alerte des risques de givrage du bord d'attaque d'une aile d'un aéronef caractérisé en ce que l'on réalise la caractérisation physique et thermochimique d'une partie dudit bord d'attaque à l'aide d'un équipement de détection de risque de givrage d'une surface exposée à un flux de gouttelettes conforme à l'une au moins des revendications 1 à 4.

9 — Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser une l'étape de caractérisation des particules consiste à comparer ladite table [Oj, Ij] avec une collection de tables associées à des classes de particules.

10 - Application de l'équipement de caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes selon la revendication 1 pour le contrôle de qualité.

11 — Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence comprenant :

- des moyens d'illumination monodimensionnel (1) susceptibles de réaliser une illumination de ladite zone de mesure (ZM) ;

- des moyens de prise de vue (2) comportant au moins une caméra ( 3 ) susceptible de prendre au moins une image de ladite zone de mesure (ZM) illuminée par lesdits moyens d'illumination ; et

- des moyens de traitement (4) susceptibles de déterminer les valeurs dudit paramètre de caractérisation physique et thermochimique, à partir de ladite image prise par la caméra ( 3 ) ,

caractérisé en ce que

- lesdits moyens d'illumination comprennent au moins une source monochrome émettant dans une direction Di ( 8 ) • lesdits moyens de prise de vue ( 2 ) comprenant une optique de collimation et une caméra, orienté selon une direction D2 (7)

o l'angle Gamma formé entre Di et D2 est égal à (Alpha ± Béta) + Thêta

o où

Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes ■ Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation

Thêta est une valeur comprise entre 0 et 20°

• l'équipement comportant en outre un circuit de traitement de l'image transmise par la caméra et un calculateur pour commander la numérisation et l'enregistrement les images dans une mémoire locale et pour commander :

o l'extraction d'une ligne transversale i de pixels Plfj représentative de 1 ' image numérisée

o établir une table [P±,j, Ij] de l'intensité des pixels de cette ligne

o affecter à chacun desdits pixels Plfj l'angle de diffusion Oj associé et construire une table [Oj, Ij] o caractériser à partir de cette table [Oj, Ij] les particules présentes dans la zone de mesure.

12 - Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser une étape de caractérisation des particules consistant à calculer à partir de cette table [Oj, Ij] l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules. 13 — Equipement de contrôle de qualité par caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, dans une zone de mesure (ZM) et comparaison avec un profil de référence selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour réaliser une étape de calcul de l'indice de réfraction et la distribution de taille des particules comprenant :

o une étape d'estimation d'un indice de référence INDref, déterminé en fonction de ladite distribution mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique

o on calcule, pour N classes Cy de tailles de particules, le nombre de particules Px appartenant à la classe Cy par une inversion matricielle [!±] = [OiCy].

Description:
EQUIPEMENT DE CARACTERISATION D'UN BROUILLARD DE GOUTTELETTES, APPLICATION POUR LE CONTRÔLE DE QUALITE ET LA DETECTION DE

GIVRAGE

Domaine de 1 ' invention

La présente description concerne le domaine de la caractérisation physique et thermochimique d'un brouillard de gouttelettes de dimensions comprises entre 1 et 500 μπι, notamment pour des applications de contrôle de qualité dans des procédés industriels mettant en œuvre des flux de particules liquides, notamment dans le domaine agroalimentaire, cosmétique ou pharmaceutique ou de détection de givrage.

Un premier domaine d'application concerne le contrôle de qualité.

Le but est de vérifier en temps réel la constance des caractéristiques thermochimiques et physiques des particules liquides, notamment la constance de la température des particules liquides dans un brouillard ou dans une brumisation ainsi que la constance de la nature chimique des particules liquides et la dispersion des tailles des particules.

Un deuxième domaine d'application concerne la détection des conditions de givrage et, en particulier, les conditions de givrage pour un équipement, notamment un avion.

Le givrage a été identifié comme un danger important dès le début de l'aéronautique. L'accrétion de givre sur les ailes d'avion, due à la présence de gouttelettes surfondues dans les nuages, cause parmi d'autres conséquences néfastes une dégradation des performances aérodynamiques pouvant conduire au décrochage.

Dans l'aviation, un givrage sur un avion peut se produire lorsque les conditions atmosphériques conduisent à la formation de glace sur les surfaces de l'avion. En outre, cette glace peut également se produire dans le moteur. La formation de glace sur les surfaces de l'avion, sur les entrées d'un moteur et d'autres endroits n'est pas souhaitable et potentiellement dangereuse pour l'utilisation de l'avion.

La formation de givre constitue un phénomène dangereux pour les aéronefs, pris en compte au sol comme en vol. Il a été constaté ces dernières années que lors du vol en altitude, ce phénomène était plus fréquent du fait peut-être du changement climatique et sûrement de l'augmentation du trafic aérien dans des régions du globe où le climat est favorable à la formation de givre en altitude.

Le givre présente un danger tout d'abord pour le moteur de l'aéronef. Il peut se former à l'entrée du compresseur. Si la glace s'accumule et se rompt, elle peut endommager le moteur. Le givre est aussi susceptible de s'accumuler sur certaines parties de la cellule : attaque d'aile, fuselage, empennage, cockpit, etc. Cette accumulation peut avoir pour conséquence l'augmentation de la masse de l'appareil et 1 ' altération de 1 ' aérodynamique qui peut entraîner le décrochage de l'avion. Sur les dérives et les volets la formation de glace peut réduire leur navigabilité ; sur le cockpit, la visibilité sera réduite.

Les pilotes disposent de techniques pour procéder au dégivrage. La technique mécanique consiste à alternativement gonfler et dégonfler des boudins pneumatiques situés au bord d'attaque des ailes. La technique thermique utilise l'air chauffé par les moteurs ou l'électricité. Les moyens électriques sont grands consommateurs d'énergie et leur usage est réservé à quelques équipements tels que les antennes anémométriques , les entrées d'air, les glaces des pare-brise et les pales. L'air chauffé est quant à lui utilisé pour les bords d'attaque d'ailes et d'empennages mais aussi pour les entrées d'air des réacteurs.

L'imprécision des systèmes de détection actuels rend difficile la prise de décision par le pilote de la mise en œuvre de tel ou tel système de dégivrage. Le capteur peut être pris par le givre alors que le reste de la cellule n'est pas affectée. Un autre type de capteur détecte les conditions où se forme le givre .

Les systèmes de détection détectent la présence de gouttelettes susceptibles de former du givre au contact de la surface de l'appareil ou dans le réacteur. Ces systèmes visent à mieux gérer 1 ' activation du dégivrage et permettront l'économie d'énergie.

Des conditions de givrage peuvent se produire lorsque des gouttes d'eau liquide surgelée sont présentes. Dans ces exemples illustratifs , l'eau est considérée comme étant super-refroidie lorsque l'eau est refroidie au-dessous du point de congélation indiqué pour l'eau mais qui est encore sous forme liquide. Les conditions de givrage peuvent être caractérisées par la taille des gouttes, la teneur en eau liquide, la température de l'air, de l'eau, et d'autres paramètres. Ces paramètres peuvent affecter le taux et l'étendue à laquelle se forme la glace sur un avion.

Etat de la technique

On connaît dans l'état de la technique l'article

« One-dimensional rainbow thermometry System by using slit apertures » dont les auteurs sont Xuecheng Wu,l,* Haoyu Jiang, Yingchun Wu, Jin Song, Gérard Gréhan, Sawitree Saengkaew, Linghong Chen, Xiang Gao, and Kefa Cen paru dans OPTICS LETTERS / Vol. 39, No. 3 / February 1, 2014.

Cet article, dont les inventeurs sont les auteurs auteurs, concerne un système de thermométrie arc-en-ciel utilisant des ouvertures à fentes et une feuille de lumière laser, c'est-à-dire un plan lumineux et non pas un faisceau linéaire. Ce système est destiné à effectuer des mesures de la taille et de l'indice de réfraction des gouttelettes dans l'espace de pulvérisation.

On connaît aussi un autre article, dont les inventeurs sont également auteurs, publié avec le titre « LOCAL MEASUREMENT OF MASS TRANSFER IN A REACTIVE SPRAY FOR C02 CAPTURE » (Maria Ouboukhlik, Sawitree Saengkaew, Marie-Christine Fournier-Salauen, Lionel Estel, Gérard Grehan) paru dans Chemical engineering and technology, vol. 38, n° 7, 1 juillet 2015 pages 1154 à 1164.

On connaît encore la demande de brevet chinois CN105043946 concernant un procédé de mesure d'arc-en-ciel à champ entier à auto-étalonnage et procédé de fabrication de dispositif basé sur un angle de diffusion à double longueur d'onde se rapportant à un écoulement à deux phases gaz-liquide.

On connaît également l'article «Quasi real-time analysis of mixed-phase clouds using interferometric out-of- focus imaging: development of an algorithm to assess liquid and ice water content » (Lemaitre et al.) paru dans Measurement Science and Technology (ISSN : 0957-0233, ESSN : 1361-6501) présentant un algorithme optimisé pour accélérer le traitement d'image. L'algorithme proposé est basé sur la détection de chaque interférogramme avec l'utilisation de la méthode du vecteur de paires de gradient. Cette méthode s'avère être 13 fois plus rapide que la transformée de Hough conventionnelle. L'algorithme est validé sur des images synthétiques de nuages de phases mixtes, puis testé et validé en laboratoire. Cet algorithme devrait avoir des applications importantes dans la mesure de la taille des gouttelettes et des particules de glace pour la sécurité des aéronefs, l'étude microphysique des nuages et plus généralement dans l'analyse en temps réel des écoulements triphasiques par imagerie interférométrique .

Pour les application de la détection de givrage, on connaît l'article « Détermination of the composition of multicomponent droplets by rainbow refractometry by J. Wilms*, N. Roth*, S. Arndt**, B. Weigand* *Institute of Aerospace Thermodynamics (ITLR), University of Stuttgart » accessible par le lien http Î //Itces . dem. ist . utl . t/LXLASER/lxlaser2004

/pdf/paper .11 6.pdf qui décrit un exemple de solution de détermination de la composition de gouttelettes multi-composants par réfractométrie arc-en-ciel pour des gouttelettes n-alcanes à faible volatilité.

On connaît aussi la publication de l'article Expérimental analysis of global rainbow technique: Sensitivity of température and size distribution measurements to non- spherical droplets dans la revue »Experiments in Fluids 47 ( 4 ): 839-848 · October 2009 » décrivant le principe de la technique de l'arc-en-ciel global (GRT) pour mesurer la température des gouttelettes liquides avec quelques degrés de précision. La technique fournit également une estimation de la distribution de la taille des gouttelettes. Cet article vise à quantifier expérimentalement la précision de la GRT lorsqu'elle est appliquée à des gouttelettes sphériques et non sphériques. La distribution de taille extraite des signaux globaux arc-en- ciel est également comparée à l'imagerie de l'ombre et aux mesures de PDA.

Inconvénients de l'art antérieur

Les différents dispositifs connus présentent divers inconvénients gênants pour l'application précitée de contrôle de processus industrielle. En particulier, les solutions de l'art antérieur ne permettent pas de déterminer en temps réel la température des gouttelettes.

La solution décrite dans l'article « One-dimensional rainbow thermometry System by using slit apertures » dont les auteurs sont Xuecheng Wu,l,* Haoyu Jiang, Yingchun Wu, Jin Song, Gérard Gréhan, Sawitree Saengkaew, Linghong Chen, Xiang Gao, and Kefa Cen paru dans OPTICS LETTERS / Vol. 39, No. 3 / February 1, 2014. concerne des travaux antérieurs des inventeurs, pour une mesure le long d'un parcours d'une goutte dans le plan de la feuille laser, et par l'observation à travers de deux fentes croisées par un système de thermométrie arc-en-ciel utilisant des ouvertures à fentes et une feuille de lumière laser, c'est- à-dire un plan lumineux et non pas un faisceau linéaire. Ce système est destiné à effectuer des mesures de la taille et de l'indice de réfraction des gouttelettes dans l'espace de pulvérisation .

La caméra CCD capte une image résultant de l'interaction du faisceau diffusé avec un filtre à fentes croisées et deux lentilles. Le but est de caractériser des gouttes sur une trajectoire contenu dans la feuille laser.

L'image formée sur la caméra ne permet pas de procéder à une analyse satisfaisante lorsque la goutte imagée se trouve dans un état intermédiaire entre l'état liquide et l'état solide, au moment de la formation de micro-cristaux à l'intérieur de la goutte liquide. Dans ce cas, l'image observée à travers l'optique décrite et le système de deux fentes croisées est inexploitable .

Pour l'application à la détection du givrage, les différentes solutions connues sont, en général, mal adaptées aux contraintes métrologiques et opérationnelles envisagées, en raison en particulier des difficultés suivantes : une installation longue et difficile dans un aéronef, un encombrement très important, une exploitation difficile des résultats, ... De plus, la plupart de ces dispositifs connus présentent une gamme de mesure de la taille des gouttelettes, qui est réduite, et ne sont notamment pas en mesure de détecter et analyser en même temps les petites et les grosses gouttelettes surfondues (eau à température inférieure à 0°C) et connues sous l'expression anglaise "Super Cooled Large Droplet", qui, comme on le sait, favorisent l'apparition de givre.

Enfin, les solutions de l'art antérieur ne permettent pas de déterminer en temps réel la température des gouttelettes dans la zone critique correspondant à quelques centimètres de la surface à préserver du givrage. Solution apportée par l'invention

Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un équipement destiné à déterminer en temps réel l'indice de réfraction des gouttelettes liquides, avec une précision suffisante pour permettre d'en déduire la température.

A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un équipement, des applications et des procédés objet de l'une au moins des revendications.

Pour remédier aux inconvénients de l'art antérieur, l'invention prévoit, selon son acception la plus générales, les traitements suivants :

o Extraction d'une ligne transversale i de pixels Pi,j représentative de l'image numérisée

o Établissement d'une table [Pi,j, Ij] de l'intensité des pixels de cette ligne

o affectation à chacun desdits pixels Pi,j l'angle de diffusion Oj associé et construire une table [Oj, Ij]

o caractérisation à partir de cette table [Oj, Ij] les particules présentes dans la zone de mesure.

On entend par « angle de diffusion» l'angle formé entre l'axe du faisceau lumineux incident et l'axe du faisceau diffusé

Ces étapes non connues de l'art antérieur permettent un traitement en temps réel, à partir d'un ordinateur embarqué par exemple, alors que les solutions de l'art antérieur nécessitent des temps de calcul particulièrement important et sont très sensibles au réglage de l'installation.

Ce choix technique permet notamment de réduire le nombre d'informations à traiter sans dégrader les performances de la caractérisation des gouttelettes.

Par ailleurs, les solutions de l'art antérieur ne permettent pas de déterminer en temps réel la température des gouttelettes dans la zone critique correspondant à quelques centimètres de la surface à préserver du givrage. Description détaillée d'un exemple non limitatif de

1 ' invention

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :

- la figure 1 représente une vue schématique d'un équipement selon l'invention.

L'équipement selon l'invention est constitué par une source lumineuse monochromatique (1), dans l'exemple décrit un laser et un ensemble optique de prise de vue (2) comportant une caméra ( 3 ) .

Le faisceau laser monodimensionnel (4) est dirigé vers une zone de mesure (5) située dans un conduit (6) de circulation des particules à contrôler ou située en avant d'une surface (6) à protéger du givrage, par exemple le bord d'attaque d'une aile d'avion

L'axe optique (7) de l'ensemble optique de prise de vue (2) forme avec l'axe optique (8) un angle Gamma égal à (Alpha ± Béta) + Thêta

• où

o Alpha correspond à 180° moins l'angle d'arc en ciel principal correspondant à l'indice de réfraction du composant desdites gouttelettes

o Béta correspond à l'ouverture de l'optique de collimation

o Thêta est une valeur comprise entre 0 et 20°.

L'ensemble optique de prise de vue comprend un objectif (9) focalisé dans la zone de mesure (5), un diaphragme (10) formant une fente perpendiculaire au plan défini par les axes optiques (7, 8) et une lentille de sortie (11), ainsi qu'une caméra ( 3 ) .

Le terme « arc en ciel principal » désigne l'arc en ciel formé par une seule réflexion à l'intérieur de la goutte et qui produit de ce fait l'arc en ciel dit « principal » qui présente la plus forte intensité.

L'arc en ciel principal est celui résultant d'une première réfraction du rayon incident, correspondant au changement d'indice entre l'air et le liquide formant la goûte, une réflexion à l'interface liquide-air résultant d'un angle d'incidence supérieur à l'angle limite, et une deuxième réfraction à l'interface liquide-air résultant d'un angle d'incidence du rayon réfracté à l'intérieur de la goutte inférieur à l'angle limite.

Il se distingue des arcs en ciel secondaires, formés par de multiples réflexions du rayon à l'intérieur de la goutte, produisant des arcs en ciel décalés angulairement par rapport à l'arc en ciel principal et présentant une moindre intensité lumineuse.

Pour une application et un dispositif de détection de givrage, le plan focal de l'ensemble optique est situé à une distance comprise entre 50 et 750 millimètres de la zone à protéger du givrage de façon à mesurer la température des particules incidentes, et fournir une information en temps réelle sur le risque de givrage, permettant de commander la mise en fonction des équipements de chauffage ou d'excitation mécanique . L'image acquise par la caméra résulte de la réfraction du faisceau laser (4) dans les gouttelettes. L'angle de réfraction à l'intérieur de chaque gouttelette est fonction principalement de la section de la gouttelette, de la longueur d'onde et de l'indice de réfraction, qui dépend de la température de la gouttelette. Toutefois, la variation de l'indice de réfraction en fonction de la température est très faible, et nécessite une mesure de grande précision. A titre d'exemple, pour des particules d'eau : Longueur d'onde

Température 226,5 nm 589,0 nm 1 013,98 nm

0 °C 1,39450 1,33432 1,32612

20 °C 1,39336 1.33298 1,32524

50 °C 1,38854 1,32937 1,32145

100 °C 1,37547 1,31861 1,31114

L'image observée par la caméra (3) présente des franges d'interférence avec une alternance de bandes sombres et de bandes claires.

Pour extraire 1 ' information permettant de caractériser les particules dans la zone de mesure, on procède à un premier traitement pour extraire une ligne j de pixels P lfj représentative de l'image, parallèle au plan défini par l'axe (8) du laser et l'axe (7) de l'ensemble optique.

La ligne j représentative sélectionnée est celle présentant le plus grand contraste.

On enregistre la courbe d'intensité correspondant à cette ligne pour déterminer un profil en forme de cloche, dont la position du pic détermine l'indice de réfraction et le facteur de forme dépend de la distribution de tailles des particules présentes dans la zone de mesure.

L'analyse de cette courbe peut être réalisée par différentes méthodes.

Elle peut être réalisée par comparaison avec une base de courbes associées à des classes de particules, par exemple par des solutions de moindres carrées ou par un réseau bayésien.

Elle peut aussi être réalisée par un traitement consistant à procédé à une étape d'estimation d'un indice de référence IND ref , déterminé en fonction de ladite distribution mesurée et la loi théorique d'optique générique associant un indice et une distribution théorique et une étape de calcul pour N classes C y de tailles de particules, le nombre de particules P x appartenant à la classe C y par une inversion matricielle [I ± ]

= [OiCy] .