Principe de la détection infrarouge
La
détection infrarouge utilise le principe de l'absorption de certaines
longueurs d'onde du rayonnement infrarouge par
les
gaz combustibles. Il n'y
a donc
aucune réaction physico-chimique.
En
général, la longueur d'onde d'absorption est caractéristique
de
la liaison C-H des hydrocarbures (bande spectrale de 3.3 à 3.4 µm).
En
pratique, le principe de
mesure
utilise une méthode
d'absorption
différentielle qui compare le rayonnement
absorbé à
un rayonnement de référence dans la bande des 3.0 µm. Cette méthode
permet de s'affranchir des interférences telles que l'humidité, les
poussières et la température. Cependant, les gaz qui absorbent dans la
bande des 3.0 µm (par exemple l'acétylène) peuvent conduire à des
dérives.
D'autre part, l'hydrogène n'est pas détecté en IR.
Selon
la loi de Beer-Lambert, l'intensité du rayonnement absorbé est une
fonction de la concentration du gaz. Ces variations d'intensité sont
ensuite converties en un signal proportionnel à la concentration du gaz.
La
sélectivité de la détection en IR dépend de l'étroitesse de la bande de
mesure. La plupart des gaz combustibles sont détectés mais avec des
sensibilités différentes. A l'inverse des détecteurs catalytiques, un détecteur IR est généralement plus
sensible aux hydrocarbures ayant plus de carbones dans leur molécules, qu'au méthane.
Avec un détecteur calibré avec du méthane, on évaluera à 50%
la LIE pour:
• 48 % LIE hexane
• 43 % LIE pentane
• 37 % LIE butane
• 31 % LIE propane
• 15 % LIE éthane
On distingue
deux types de détecteurs : les détecteurs ponctuels (single point
detector) et les détecteurs barrière (open path detector).
Les détecteurs ponctuels
Le
faisceau IR parcourt un chemin optique de l'ordre de quelques cm à l'intérieur du capteur. Comme
les détecteurs catalytiques, ce type de détecteur ne
donne des indications que sur le point où il est implanté. Il mesure
des concentrations de gaz (CH4, C2H6, etc.) qui sont traduites en %
LIE, % volume ou ppm.
Les détecteurs barrières
Le faisceau
IR traverse la zone à surveiller (5 à 200 m). Il existe plusieurs types
de détecteurs barrières selon la distance à surveiller, la disposition
du système émetteur-récepteur et la sensibilité de la barrière:
• Pour des distances à surveiller comprises entre 5 et 60 m,
l'émetteur et le récepteur sont côte à côte.
Le
faisceau lumineux est renvoyé
par
un miroir de réflexion
situé à
l'autre extrémité de la
zone à surveiller.
•
Pour des distances comprises
entre
60 et 200 m, l'émetteur
et le
récepteur sont situés de
part et d'autre
de la zone à surveiller.
Les barrières IR
mesurent une absorption dans
la
bande 2,3 a 2,4 µm.
Elles mesurent
des concentrations de gaz (CH4, C2H6, etc.) qui sont traduites en %
LIE.m ou LIE.m. Les barrières IR haute sensibilité mesurent une
absorption dans la bande 3.3-3.4 µm. Elles mesurent des ppm.
Réponse des détecteurs IR à un mélange de gaz
Les
détecteurs calibrés en usine donnent une réponse linéaire pour le gaz
avec lequel ils sont calibrés. Pour les
autres
gaz, la réponse n'est
pas linéaire.
La réponse d'un mélange
de gaz
n'est donc pas linéaire par rapport à la LIE du
mélange.
Toutefois, l'écart à la linéarité reste faible et peu significatif
pour une détection.
Temps de réponse
Comme
pour les détecteurs catalytiques, les parties optiques des détecteurs
IR ponctuels sont protégées mais seulement pour
éviter
leur encrassement. L'obtention
d'une
durée de réponse qui
reste dans les
spécifications des normes est
un
compromis entre la vitesse
de
diffusion du gaz au
travers de la
protection et l'efficacité de cette protection.
La durée de réponse
des détecteurs barrière, déjà beaucoup plus courte que celle des autres
principes de détection, n'est pas affectée par l'encrassement des
optiques. Dans ce cas, seule la sensibilité de la réponse peut être
affectée.
A
l'inverse des détecteurs catalytiques, le signal du capteur est en
permanence à son maximum en l'absence de combustible à mesurer. Ainsi,
un dysfonctionnement du capteur génèrera une alarme analogue à la
présence de gaz.