FR2632401A1 - Dispositif d'asservissement energetique pour des appareils de mesure photometriques multi-faisceaux, et appareils equipes d'un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Dispositif d'asservissement énergétique pour des appareils de mesure de type photométrique multi-faisceaux, et appareils équipés d'un tel dispositif. Le dispositif consiste en une régulation énergétique basée sur des échantillonnages effectués sur plusieurs faisceaux lumineux afin que ceux-ci satisfassent chacun à des conditions prédéfinies. Dans un cas bien particulier, le dispositif peut être appliqué à un spectrophotomètre double-faisceau, sur lequel le faisceau le plus énergétique pourra par exemple être en permanence recherché et sélectionné, pour être ramené par un procédé mécanique, optique, électronique ou autre à une énergie dite de consigne tout en modifiant proportionnellement un ou plusieurs autres faisceaux de l'appareil. Ceci apporte de nombreux avantages en matière de sensibilité et de gamme de lecture, et permet d'éviter les risques de saturation.

Description

DISPOSITIF D'ASSERVISSEMENT ENERGETIQUE POUR DES APPAREILS DE MESURE PHOTOMETRIQUES MULTI-FAISCEAUX, ET APPAREILS EQUIPES D'UN TEL
DISPOSITIF
La présente invention concerne un dispositif de régulation de l'énergie sur les appareils de mesure photométriques multi-faisceaux, tels les dispositifs qui équipent en particulier les spectrophotomètres double-faisceaux.

On sait que ces appareils effectuent des mesures sur un ou plusieurs faisceaux, à l'aide soit de plusieurs récepteurs, soit d'un récepteur unique sur lequel arrivent successivement les différents faisceaux utilisés dans l'appareil. Or, les récepteurs, comme les circuits électroniques qui suivent, ont des gammes de fonctionnement limitées.

Comme toujours lorsque l'on effectue des mesures, il convient, pour obtenir des valeurs précises, d'adapter au mieux le dispositif de mesure à la grandeur à mesurer , ou de modifier la grandeur à mesurer afin de l'adapter au dispositif de mesure afin que la grandeur à mesurer soit contenue dans la gamme de mesure du dispositif de mesure, et dans des proportions les plus proches possibles de la gamme de mesure maximale du dispositif de mesure.

Dans les appareils effectuant des mesures de type photométrique, le flux lumineux peut avoir une énergie très variable d'une analyse à l'autre en fonction des réglages effectués et des produits analysés.

Les appareils utilisent habituellement une référence (souvent appelée "blanc") qui, lorsqu'on l'utilise, permet généralement à l'appareil de régler scn énergie à un niveau (ou dans une fourchette) usuellement dit "de consigne". Ce que l'on appelle usuellement "énergie" sur ce type d'appareils est l'énergie du flux lumineux, ou toute valeur variant de façon proportionnelle, comme l'intensité ou la tension en sortie du récepteur photoéléctrique, avant ou après amplification. Cette régulation d'énergie peut se faire par des procédés optiques, mécaniques, électroniques ou autres, et jouent généralement sur l'amplitude du signal définitif, et sur tous les faisceaux utilisés en même temps.

Cette régulation d'énergie peut avoir lieu avant les mesures d'échantillons si les conditions de mesure ne changent pas pendant l'analyse; elle peut également être effectuée er permanence à l'aide d'un faisceau dit "de référence", devant lequel reste en permanence un "blanc" (ce "blanc" pouvant d'ailleurs être le vide). On régule habituellement l'énergie de façon à ce que sur ce faisceau de référence, le signal final soit à environ 50 de la pleine échelle du dispositif de mesure. Ceci permet, par exemple si cn fait défiler les longueurs d'ondes des faisceaux pendant l'analyse, de s'adapter en permanence aux variations d'énergie de la source en foncticn de la longueur d'onde, et d'être toujours dans ure bonne gamme de mesure.

Cette régulation usuelle présente néanmoins des inconvénients: en effet, si le "blanc" absorbe moins de lumière que l'échantillon à mesurer, ce dernier va dépasser l'échelle maximale des 100 mesurables: on ne peut donc mesurer que des échantillons absorbant plus de lumière que le blanc, ou très légèrement moins (plage allant de O Ó à 200 de la lumière transmise par le blanc). A titre indicatif, les 200 correspondent à une absorbance très faible en valeur absolue (-0.3 Abs.) par rapport aux gammes de mesure habituelles des appareils (4 Abs.). (Abs. est l'abréviation de Absorbance, équivalent à Densité Optique).

Le dispositif usuellement utilisé satisfait donc à la mesure d'échantillons plus absorbants que le "blanc", ce qui correspond à la majorité des cas, mais interdit des mesures de produits absorbant moins de lumière que le "blanc" et dépassant les 100 préalablement cités. De plus, pour pouvoir aller jusqu'à ce 100, ó (correspondant à 200, ó de la lumière transmise par le "blanc"), la régulation doit se faire sur le "blanc" à 50 ,0 de la pleine échelle, ce qui, dans le cas général, fait perdre un coefficient 2 de sensibilité, les mesures d'échantillons d'absorbances usuelles (positives) allant de 0% à ce 50 de la pleine échelle, au lieu de s'étaler sur la pleine échelle de la gamme de mesure disponible.En outre, si on dépasse les 100 de la gamme de mesure, on place la chaîne de mesure en saturation, ce qui peut dans certains cas l'endommager.

Par la présente invention, on se propose de remédier à ces inconvénients, et l'invention a pour but de permettre l'utilisation d'un "blanc" d'absorbance lumineuse quelconque par rapport à l'échantillon, permettant également des mesures totalement symétriques en absorbance: par exemple un appareil classique mesurant de -0.3 à +4 d'absorbance (Densité Optique) pourra, avec ce dispositif, effectuer des mesures de -4 à +4 d'absorbance.

De plus, la régulation d'énergie se fera à une valeur de consigne proche de 100% de la pleine échelle du dispositif de mesure, faisant ainsi gagner un coefficient 2 en sensibilité.

On pourra en outre tester la symétrie des faisceaux, ce qui était jusqutici impossible; en effet, il suffira de placer l'échantillcn dans un faisceau dit "de référence" et le "blanc" dans un faisceau dit "de mesure't: on doit alors obtenir une valeur opposée à celle obtenue normalement (échantillon dans "mesure", blanc dans "référence").

Enfin, ce dispositif permettra d'éviter que l'un quelconque des faisceaux soit er. saturation (au delà de la plage de mesures autorisée par le dispositif de mesure), protégeant ainsi la chaîne de mesure.

L'invention a donc pour objet un dispositif de régulation de l'énergie sur un appareil de mesure -de type photométrique, caractérisé en ce que l'asservissement énergétique se fait par rapport à des mesures effectuées sur plusieurs des faisceaux présents dans l'appareil, et non sur un unique faisceau dit "de- référence".

Avantageusement, l'asservissement énergétique peut savoir pour but de faire satisfaire les faisceaux considérés à des conditions d'appartenance à des intervalles énergétiques prédéfinis.

Avantageusement, l'asservissement, suite à des échantillonnages sur les différents faisceaux, peut ramener le signal correspondant au faisceau de plus forte énergie à une tension de consigne, tout en modifiant les autres faisceaux de façon proportionnelle. - Si la valeur de consigne est Yo, on a alors la certitude que tous les autres faisceaux sont dans la plage (O,Yo).

Avantageusement, le dispositif peut être utilisé sur un spectrophotomètre double-faisceau, et suite à des échantillonnages sur les deux faisceaux, modifie l'expansion dc signal ou des signaux à traiter ou exploiter, afin de ramener le signal du faisceau de plus forte énergie à une valeur de consigne, que ce soit par modification du gain de l'amplification du signal, par modification de l'alimentation du récepteur, par fermeture ou ouverture des fentes, ou par tout autre procédé jouant sur le gain du signal ou des signaux à exploiter.

Avantageusement, le dispositif d'asservissement peut scruter en permanence les valeurs des deux faisceaux par échantillonnage synchronisé avec le signal de synchronisation, sélectionner le signal du faisceau de plus forte énergie lumineuse, et effectuer un asservissement tendant à ramener ce dernier signal à une valeur de consigne.

Avantageusement, le dispositif d'asservissement empoche en permanence l'un quelconque des signaux de dépasser une valeur maximale d'énergie, permettant ainsi de définir une énergie de consigne ou ure limite supérieure d'intervalle de consigne proche de la limite maximale admissible par la chaîne de mesure, sans affecter la gamme de mesure globale de l'appareil, et tout en améliorant sa sensibilité.

L'invention est également relative à un appareil de mesure photométrique équipé d'un tel dispositif d'asservissement.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui suit, donnée avec références aux dessins annexés, ces dessins et .ces descriptions étant relatifs à un mode de réalisation particulier, et n'étant nullement limitatifs.

La figure 1 de ces dessins est un schéma bloc d'un dispositif conforme à l'invention.

Les figures 2 à 7 sont représentées en fonction du temps (temps en abscisses): -la figure 2 est un diagramme de l'énergie lumineuse arrivant sur le
récepteur (que l'on peut aisément visualiser à l'aide d'un
oscilloscope placé sur la sortie de ce récepteur) et amplifiée par un
amplificateur à gain G variable, accompagné d'un diagramme
représentant le signal de synchronisation qui l'accompagne. Cette
figure représente ce signaL avant que l'asservissement ait eu le
temps d'agir.

-les figures 3 à 7 représentent le signal de la figure 2 après
asservissement dans différents cas de figure d'absorbances sur les
deux faisceaux; la figure 6 est spécifique à l'invention décrite,
alors que la figure 7 représente la forme de signal que l'on aurait
eu avec un asservissement classique.

Sur la figure 1, on peut voir que ce dispositif comprend une source lumineuse 1/ émettant un faisceau polychromatique 2/ transformé par un monochromateur 3/ en un faisceau monochromatique 4/ haché par un hacheur optique 5/ pour être envoyé alternativement sur un trajet dit "de mesure" 6/ et un trajet dit "de référence" 7/ en même temps qu'un signal électronique 16/ dit "de synchronisation'' est envoyé par le hacheur 5/ aux autres organes de l'appareil pour indiquer à tout instant quel est le trajet optique utilisé (6/ ou 7/).

Les faisceaux empruntant successivement les trajets 6/ et 7/ se réfléchissent sur des miroirs 8/ après être passéspar un compartiment de mesure pour arriver sur un récepteur 9/t Ce récepteur transforme l'énergie lumineuse incidente en un signal électronique 10/ préamplifié par un préamplificateur 11/ pour donner naissance au signal 12/ nommé "SgI".

Ce signal Sgl (12/) va être amplifié en un signal Sg2 (14/) par un amplificateur à gain variable 13/, le gain G de cet amplificateur étant lui-même déterminé par l'asservissement énergétique 21/ du système.

Ce signal Sg2 va être doublement utilisé: il est envoyé sur deux voies; une voie 23/ pour être exploité par les circuits de traitement du signal et calcul 15/ de l'appareil, et une voie 22/ destinée à l'asservissement 21/.

Le signal Sg2 (14/) a la forme décrite par la figure 2, et représente le signal amplifié avant que l'asservissement ait eu le temps d'agir. Les zones A et C correspondent respectivement aux faisceaux dits "de mesure" 6/ et "de référence" 7/, les zones B correspondent aux zones d'obscurité du hacheur optique. Si on suppose comme sur la, figure 2 que le signal le plus élevé est à une valeur Y, inférieure à la valeur de consigne Yo prédéfinie, le dispositif d'asservissement va alors faire croître le gain G sur la voie 20/ jusqu'à ce que l'énergie du faisceau représenté par C corresponde à l'énergie de consigne Yo pour 592 (14/). On a représenté ici un asservissement en boucle fermée.

Sur la figure 2, on a le cas d'une absorbance plus forte en A qu'en C (énergie plus forte en C qu'en A). Si on augmente progressivement l'absorbance du faisceau correspondant à C, on va passer progressivement par les phases correspondant aux figures 3, 4, 5 puis 6. Sur la figure 5, les signaux A et C ont des niveaux identiques, et si on continue à augmenter l'absorbance de C tout en utilisant un asservissement conforme à l'invention, c'est maintenant le niveau de C qui va diminuer, A restant à son tour au niveau de consigne Yo (figure 6).

Avec une régulation classique, on aurait eu en revanche un signal du type de celui de la figure 7, entraînant une saturation pour un échantillon absorbant moins de la moitié de ce qu'absorbe la référence. Dans ce cas, C resterait en permanence au niveau de consigne Yo, et A monterait en saturation, entraînant les inconvénients évoqués précédemment.

Selon l'invention, au contraire, avec le dispositif d'asservissement 21/, on ne peut plus avoir de saturation. Ce dispositif d'asservissement comprend un séparateur de voies 17/ qui, selon le signal de synchronisation 16/, extrait du signal Sg2 22/ les valeurs de A et de C; un deuxième module 18/ sélectionne la plus grande de ces deux valeurs; cette valeur supérieure est enfin envoyée à un asservissement 19/ qui la compare à la tension de consigne Yo prédéfinie et fait évoluer en conséquence le gain G 20/ jusqu a avoir égalité.

En résumé, le plus grand des deux faisceaux A et C est maintenu én permanence- à un niveau de consigne Yo. Jamais aucun de ces deux signaux ne doit donc dépasser la valeur de consigne Yo; non seulement il n'y àura pas saturation, mais en plus on peut placer la valeur de consigne Yo très proche de la valeur correspondant à la- pleine échelle de la chaîne de mesure: on gagne ainsi un facteur proche de deux en sensibilité pour l'appareil, tout en élargissant la gamme de mesure (A peut aller jusqu'à Om de C, et C peut aller jusqu'à O:o de A, alors qu'avec un dispositif classique, C ne peut généralement pes représenter moins de 50% de la valeur de A).

Claims (8)

REVENDICATIONS

1)Dispositif de régulation de l'énergie sur un appareil de mesure de type photométrique, caractérisé en ce que l'asservissement énergétique se fait par rapport à des mesures effectuées sur plusieurs des faisceaux présents dans l'appareil, et non sur un unique faisceau dit "de référence".

2)Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'asservissement énergétique se fait sur le signal ou les signaux électroniques en sortie du ou des récepteurs, avant ou après amplification de ceux-ci.

3)Dispositif selon les revendications 1) ou 2), caractérisé en ce que l'asservissement énergétique a pour but de faire satisfaire certains faisceaux à des conditions d'appartenance à des intervalles énergétiques prédéfinis.

4)Dispositif selon les revendications 1) ou 2), caractérisé en ce que l'asservissement, suite à des échantillonnages sur les différents faisceaux, ramène le signal correspondant au faisceau de plus forte énergie à une tension de consigne, tout en modifiant les autres faisceaux de façon proportionnelle.

5)Dispositif selon les revendications 1),2),3) ou 4), caractérisé en ce que le dispositif est utilisé sur un spectrophotomètre double-faisceau, et suite à des échantillonnages sur les deux faisceaux, modifie l'expansion du signal ou des signaux à traiter ou exploiter, afin de ramener le signal du faisceau de plus forte énergie à une valeur de consigne, que ce soit par modification du gain de l'amplification du signal, par modification de l'alimentation du récepteur, par fermeture ou ouverture des fentes, ou par tout autre procédé jouant sur le gain du signal ou des signaux à exploiter.

6)Dispositif selon la revendication 5), caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement scrute en permanence les valeurs des deux faisceaux par échantillonnage synchronisé avec le signal de synchronisation, sélectionne le signal du faisceau de plus forte énergie lumineuse, et effectue un asservissement tendant à ramener le signal à une valeur de consigne.

7)Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1) à 6), caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement empêche en permanence l'un quelconque des signaux de dépasser une valeur maximale d'énergie, permettant ainsi de définir une énergie de consigne ou une limite supérieure d'intervalle de consigne proche de la limite maximale admissible par la chaîne de mesure, sans affecter la gamme de mesure globale de l'appareil, et tout en améliorant sa sensibilité.

8)Appareil de mesure utilisant un dispositif d'asservissement énergétique tel que l'un des dispositifs décrit dans l'une des revendications 1) à 7).