Réaliser un capteur d'opacité (opacimétre)

[Papi27]

Bonjour, je suis actuellement étudiant en deuxième année de DUT Mesures Physiques, dans le cadre du DUT j'ai à réaliser un projet dans lequel il m'est nécessaire de réaliser un système permettant de déterminer l'opacité des gaz d'échappement, le tout uniquement en utilisant un procéder optique.

A l 'heure actuel après de nombreuses recherches j'ai put récolter diverses information sur le sujet. Il s'avère que je connais les diverses longueur d'onde correspondant aux différents gaz comme le C02 environ 10nm.
Je sais aussi à quoi correspond l'opacité. Mon principal souci est comment mettre en place un système qui permette de déterminer l'opacité des gaz d'échappements sachant qu'ils seront relevées dans un tuyau qui sera une continuité de la sortie d'échappement du véhicule. Une solution à laquelle j'ai penser serais d'utiliser une fourche optique mais est ce qu'il est possible d'avoir simplement une atténuation du signal (tension) ou uniquement état bas , état haut.
Voici a peu près l'état d'avancement de mes recherches, donc si vous auriez d'autre solution pour réaliser le système je serais ravie de les entendre.

Cordialement, bonne soirée.
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[Teknic]

Bonjour,

à la première lecture je réagis déjà sur les 10nm du CO2, manifestement il s'agit d'une longueur d'onde non visible correspondant aux ultraviolets, il te faudra donc donc un système qui "voit aussi" les ultraviolets pour détecter une atténuation dans cette bande de fréquences, une source lumineuse générant des ultraviolets est évidemment nécessaire.

Les commutateurs optiques dont tu parles (en forme de fourche) sont plutôt du type tout ou rien.

Le circuit final devra t'il analyser de quel gaz il s'agit ou du moins analyser plusieurs longueurs d'onde? Dans ce cas le projet me semble complexe.

[Teknic]

Par ailleurs je ne suis pas spécialiste mais après recherche les raies d'absorption du C02 ont l'air plus proche du μm que du nm.. il s'agirait alors d'infrarouges....non?

[Papi27]

Bonjour, alors oui tout d'abord vous avait raison, je me suis tromper dans l'unité il s'agit bien d'infrarouges donc micromètre.

Justement le circuit final doit uniquement me permette d'obtenir l'opacité des gaz d'échappement ( absorbance ), un autre système se charge de déterminer la compositions des gaz d'échappement. Mon souci reste sur le fait de comment mettre un place un système (capteur) qui permette d'effectuer cette tache..

cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[Teknic]

Rebonjour,

je crois avoir dis de grosse bêtises par rapport aux longueurs d'ondes, unités et couleurs.... mais partons sur ton affirmation comme quoi il te faut tester de l'infrarouge.

Je ne connais pas les procédés habituellement mis en place dans un opacimétre, mais vu que tu voulais utiliser une fourche je pense que tu cherches à faire un simple circuit avec émetteur et capteur optoélectrique.

L'émetteur peut être une simple led (couleur blanche ou infrarouge en fonction du spectre que tu veux analyser) en série avec une résistance.

Comme capteur il te faudrait, si je comprends bien, plutôt un composant analogique qui te fourni une valeur proportionnelle.

Plusieurs composant peuvent avoir cette utilité:

-Les photoresistances:
https://fr.wikipedia.org/wiki/Photorésistance

-Les photodiodes et phototransistors: Elles se présentent sous forme de Leds, des modèles adaptés aux infrarouge sont très courants.

-En théorie on peut même utiliser des petites cellules photovoltaïques.

Il te faudra réguler la tension de ton circuit afin que la led émettrice émette toujours la même intensité lumineuse, aussi une alimentation par transformateur (genre 5V) semble approprié.

Côté optique pure il existe de nombreuses accessoires (réflecteurs) pour les Leds... l'utilisation de filtre (de couleur) peut aussi être utile.

[Papi27]

Bonjour et merci de votre aide ☺
Pour rester dans l'idée de départ les solutions que vous proposer sont très intéressante, mais après diverse recherche il semblerai qu'une lumière blanche soit la plus adapter hors après quelque recherche je ne sais pas si des capteurs tels les photoresistance peuvent détecté la lumière blanche ...
Je poursuit mes recherches .
Cordialement

[DAUDET78]

tels les photoresistance peuvent détecté la lumière blanche ...

Et pourquoi ?
Regarde le spectre de sensibilité d'une LDR sur une datasheet !

[Papi27]

Bonjour et bien merci, donc pour reprendre l'objectif initial si j'utilise une source de lumière blanche qui traverse mon gaz ( gaz échappement ) et qu'a l'autre bout je récupère le signal lumineux penser vous que les atténuation seront suffisante? Je vais réaliser l'essai dès que possible pour vous dire si cela fonctionne, en suivant l'idée de Teknik qui consiste à mettre une led émettrice de lumière blanche si je parvient a la trouver..... , dans le tuyau d'échappement ..., puis de mettre un phototransistor qui récupère la lumière blanche ( longueur d'onde du visible). Sauf que je crains que le câblage resistance, ... n'apprécie pas de ce trouver dans un pot d'échappement, donc si quelqu'un à une idée cela m'éviterais de retourner au point de départ.
Cordialement, bonne soirée.

[DAUDET78]

Bonjour et bien merci, donc pour reprendre l'objectif initial si j'utilise une source de lumière blanche qui traverse mon gaz ( gaz échappement ) et qu'a l'autre bout je récupère le signal lumineux penser vous que les atténuation seront suffisante?

Il faut tester.
Je vois un problème thermique aussi. Faut faire une mesure en différentielle avec un capteur dans un boitier étanche (air pur) et le même qui reçoit les gaz d'échappement
Je vois un gros problème de dépôts sur les optiques (huiles, particules, poussières etc) et honnêtement, je ne sais pas comment c'est fait dans les trucs du commerce.

Par contre, drôle d'idée de prendre de la lumière blanche. La diode LED infrarouge à un meilleur rendement et le phototransistor au silicium à son pic de sensibilité aussi dans l'infrarouge .

[Teknic]

Il faut tester.
Je vois un gros problème de dépôts sur les optiques (huiles, particules, poussières etc) et honnêtement, je ne sais pas comment c'est fait dans les trucs du commerce.

En injectant un filet d'air pur au niveau des capteurs ?
Mais bonjour la machinerie!

[DAUDET78]

En injectant un filet d'air pur au niveau des capteurs ?
Mais bonjour la machinerie!

Effectivement ! voir page 6 http://www.lne.fr/fr/metrologie/metr..._2006/1408.pdf

[Papi27]

Bonjour et encore merci de tout ces renseignements. Le système doit rester assez simple et je ne pense pas que les dépôts soit un problème car le système sera réellement utiliser une fois( hors essai, étalonnage etc.. )lors d'un concours de science.
Pour des souci de compatibilité avec mon collègues cela serais préférable d'utiliser une lumière blanche, hors est il possible de récupérer le signal analogique grâce à une photodiode, phototransistor etc...

cordialement.

[Papi27]

avec une source lumineuse blanche un capteur comme celui pourrais fonctionne
http://fr.rs-online.com/web/p/photodiodes/6548514/
Il me manque juste certaine longueur d'onde liée au gaz d'échappement, tel Nox, OH.

[Papi27]

Une autre question peut être bête, mais plus je cherche sur le net plus je trouve des informations différentes ....par exemple je n'arrive pas à savoir la plage de longueur d'onde de la lumière blanche tungstène ..

[Teknic]

Rebonjour,

ton capteur me semble très bien, comment envisages-tu de mesurer la sortie? Avec un multimètre?



Le problème d'encrassement soulevé par Daudet peut se révéler plus important que tu ne l'imagines. Il est possible que le capteur s'encrasse en quelques secondes ou minutes, j'ai en tête l'image d'une plaque de verre au dessus d'une bougie...


Pour être précis on ne parle pas de "plage de longueur d'onde" mais de spectre, des infos glanés ici et là:

"La lumière du jour dont le spectre contient plus de bleu que de rouge.
En éclairage tungstène c’est le contraire : beaucoup de rouge et peu de bleu"

XXXXXXXXXXXXXXXX

"Lampes à incandescence / tungstène

A: défini en 1931 comme un illuminant standard, l'illuminant A est destiné à représenter un éclairage typique, domestique, à filament de tungstène. Sa répartition spectrale relative de puissance est celle d'un corps noir de Planck à une température d'environ 2856K."

https://www.konicaminolta.eu/fileadm...141a66dad7.jpg

[DAUDET78]

avec une source lumineuse blanche un capteur comme celui pourrais fonctionne

C'est un capteur silicium comme les autres .....
Avec la même courbe de réponse
Voir page 4 en haut http://pdf.datasheetcatalog.com/data...ens/BPW34B.pdf

[Papi27]

Rebonjour, alors ce capteur sera reliée à une plaque Pic basic qui affichera sur un afficheur la valeur d'opacité. Pour ce faire il faut encore réaliser toutes la partie programmation... y'a du boulot. Merci des renseignements sur la lumière blanche, je vais donc réaliser le montage et faire l'essai dès que possible. Par contre j'ai une crainte liée à certaine longueur car sachant que le spectre de la lumière blanche se situe entre 400-800 nm. Mais certain des gaz se situe plutôt vers 600- 1000 nm voir un peut en dehors de la zone de la lumière blanche donc j'espère que cela ne faussera pas " énormément" les mesures.

Cordialement

[Papi27]

Rebonjour, alors ce capteur sera reliée à une plaque Pic basic qui affichera sur un afficheur la valeur d'opacité. Pour ce faire il faut encore réaliser toutes la partie programmation... y'a du boulot. Merci des renseignements sur la lumière blanche, je vais donc réaliser le montage et faire l'essai dès que possible. Par contre j'ai une crainte liée à certaine longueur car sachant que le spectre de la lumière blanche se situe entre 400-800 nm. Mais certain des gaz se situe plutôt vers 600- 1000 nm voir un peut en dehors de la zone de la lumière blanche donc j'espère que cela ne faussera pas " énormément" les mesures.

Cordialement

[Teknic]

Si tu parles toujours de lumière blanche au tungstène, saches qu'elle génère beaucoup d'infrarouges donc pas de problème.

[Papi27]

Bonjour,


Alors tout d'abord je m'excuse de mettre aussi longtemps à répondre mais j'ai eu une grosses périodes d'examens et pas mal de soucis personnel. Enfin bref j'ai donc réaliser le test avec une led émettrice et une photorésistance sauf que la gros problème....Je me suis rendu compte que le monoxyde Carbonne un des principaux polluant des gaz d'échappement à une longueur d'onde de 4.5 µm soit 4500 nm or je ne trouve aucune source de lumière pouvant faire cela , ni aucun capteur ... donc gros problème, j'avoue ne pu trop savoir quoi faire...
Donc je suis à la recherche d'une lampe à incandescence ou autre système lumineux) qui puisse émettre dans l'infrarouge avec un spectre "très " large, c'est à dire je voudrais qu'il aille de IR proche ( à partir de 800 nm) et ceux jusqu'à environ 4500-4600 nm. Apparemment cela ne doit pas exister car je ne parvient pas à en trouver... Donc si cela n'existe vraiment pas j'aimerais avoir vos avis et idées concernant une source lumineuse me permettant d'obtenir cela.

Cordialement

[chatelot16]

l'opacité est due au particule de fumé , rien a voir avec l'absorbtion du CO2

il faut donc une certaine longueur de tuyaux , avec emetteur et recepteur a chaque bout

bien sur que l'emetteur et le recepteur vont se faire noircir , donc mesure rapidement fausse : la solution de remplacer les fenêtre transparente par des trous avec flux d'air propre continu est la meilleur , et pas si compliqué que ça

le flux d'air par ce trou va diluer un peu le gaz d'echappement a mesurer , mais peu importe le diametre du trou sera faible

le flux d'air dans les capteur a un autre avantage : ça evite leur echauffement si on veut mesurer un gaz d'echappement chaud

[Papi27]

Bonsoir,
Quand vous dite que l'opacité est due au particule de fumé cela signifie si je comprend bien que cela n'as rien à voir avec les longueurs d'ondes d'absorption des différents gaz composants les gaz d'échappement ?
Si oui mais alors quelle type d'émetteur et récepteur utiliser? La j'avoue ne pu tout comprendre. Des éclaircissement serais les bienvenue !!

Pour le problème de noircissement en effet une solution à déjà était envisagée bien que la votre semble plus appropriée.

Merci de votre aide,

[Papi27]

Après vérification si je comprend bien les particules de fumé représente les particules fines (PM10) soit les particules allant de environ 500 nm à 10 000 nm est ce bien cela ?

[chatelot16]

bin oui CO CO2 NOx on beau etres polluant il sont parfaitement transparent donc aucune influence sur l'opacité

l'opacité est surtout due aux particules de carbone , qui sont opaque a toutes les longueur d'onde , donc la source de lumiere n'a aucunne importance

le plus simple est donc la led rouge

je me mefie des led blanche dont le procedé est plus compliqué genre led bleue avec couche fluorescente qui fait le reste du spectre blanc et dont le rendement peut changer avec le vieilisement ... la led rouge est plus simple et meilleure pour de la mesure

autre qualité des led : elle sont rapide : on peut moduler l'emission et recevoir par le recepteur uniquement la modulation donc etre insensible a une lumiere non modulé qui entre dans le tuyaux ... ce principe de led modulé est utilisé dans toutes les cellule photo electrique industriellle

lumiere modulé utilisé aussi dans les detecteur de fumé ... sauf que dans les detecteur de fumé on ne mesure pas l'opacité , mais on mesure l'inverse : la transmision de lumiere dans un canal en zig zag grace a la diffusion due a la fumé : si l'air est clair aucun signal ne passe de l'emeteur au recepteur , si c'est enfumé le signal passe un peu

[Papi27]

Bonjour et merci
Dans mon cas les gaz circuleront dans un tuyau qui sera connecter en sortie d'échappement le diamètre du tuyau sera de 25 cm, je pense donc que cette longueur est suffisante pour réaliser la mesure . qu'en pensez vous ?
Si j'utilise une LED émettrice infrarouge d'un côté du tuyau et de l'autre coter un récepteur type photodiode ou photo transistor dans la gamme spectrale correspondant à l'émetteur cela fonctionnera logiquement . ?
De plus l'intérieur de mon tuyau sera non éclairer ( il n'y aura pas la lumière du jour ) cela ne sera pas un problème !?
Et enfin est ce qu'il serait nécessaire d'utiliser une lentille !? Je ne sais pas si la lumière de la LED sera bien récupéré par mon capteur ( dispersion de la lumière )

[DAUDET78]

Effectivement ! voir page 6 http://www.lne.fr/fr/metrologie/metr..._2006/1408.pdf

A priori, ma réponse en #11 est passée aux oubliettes ......

[chatelot16]

pour commencer : tu veux mesurer une opacité , cette opacité se mesure en quelle unité ?

tu est etudiant en mesure physique n donc quand on veut mesurer il faut savoir avec quelle unité , et dans quelle gamme on veut mesurer

je connais le principe de l'opacité , mais n'ai jamais vu de resultat de mesure avec une unité ... donc je ne peux pas faire de calcul theorique du systeme pour mesurer

a priori il n'y a pas besoin d'optique ... une led , et une photo diode ... il est evidant que plus c'est opaque moins ça passera ... le seul risque , c'est que si la gamme de mesure d'opacité visé est faible l'atenuation soit trop faible donc difficile a mesurer : dans ce cas il suffit d'augmenter la longueur de passage dans la fumé pour avoir une atenuation plus forte plus facile a mesurer

dans un message precedent j'ai l'impression que tu confond diametre du tuyau et distance a parcourir entre emeteur et recepteur : le rayaon lumineux ne traverse par forcement le tuyau en travers , il peut parcourir le tuyau dans le sens de la longueur

[Papi27]

Bonjour, et bonne année !!
Encore une fois désoler du temps réponse j'ai eu pas mal de travail et le projet à plutôt bien avancer merci chatelot16 pour c'est renseignement utiles !
J'ai donc acheter une ampoule de type phare de voiture , le choix de l'ampoule est du au fait que je pense que la puissance des LED ne serais peut être pas suffisante dans le cas d'une forte opacité.
Sauf que après avoir rèaliser diverses essai il s'avère que les variations obtenues sont très faibles .
J'ai donc envie de suivre l'idée d'avoir une longueur de mesure plus importante. je suis en train de travailler de façon à installer correctement les différents éléments.
Le souci principal réside surtout dans le fait que la photodiode j'ai choisi celle ci mais : (j'en possède plusieurs en cas ou vous diriez que celle ci ne convient pas)
http://fr.rs-online.com/web/p/products/7730418/

je cherche une solution ou bien meme si des supports peuvent exister car je ne peux pas placer ma plaque pic basic ou meme carte électronique dans le tuyau..
En gros ceci est mon problème majeur pour le moment....

Cordialement

[DAUDET78]

C'est une photo diode http://images.vnsky.com/upfile/pdf/2...b63777c95f.pdf
Il faut un phototransistor .
Et elle a un filtre

Daylight blocking filter matched with 850 nm to 950 nm emitters

qui coupe la lumière visible .....

[Papi27]

Bonjour DAUET78 en effet je me suis rendu compte du souci occasionner apr le filtre quelques jours plus tard , par contre je ne comprend pas pourquoi il faudrait obligatoirement utiliser un photransistor ?

Cordialement