FR2915804A1 - Cellule spectroscopique a double paire de lentille - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une cellule de mesure du spectre d'absorption d'un échantillon de produit, comprenant une paire de lentilles (8,9) présentant chacune une face convexe (10) et une face plane (11), lesdites faces planes (11) desdites lentilles (8,9) étant disposées en regard l'une de l'autre, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins deux lentilles (12,13) complémentaires situées de part et d'autre desdites lentilles (8,9).
Description
La présente invention entre dans le domaine du traitement d'échantillon de
produit, en particulier dans le cadre de la mesure optique du spectre d'absorption lumineux dudit échantillon.
L'invention concerne plus particulièrement une cellule de mesure du spectre d'absorption d'un échantillon de produit. Une telle cellule trouvera son application dans l'analyse du flux d'échantillon de liquides, plus spécifiquement dans le domaine de l'échantillonnage de produit organique, notamment au sein des métiers du raffinage et de la pétrochimie. De manière connue, une telle cellule comprend une source lumineuse émettrice d'un faisceau lumineux au travers d'un ensemble de lentilles jusqu'à un récepteur, l'échantillon à mesurer circulant entre les lentilles. Généralement, l'émetteur et le récepteur sont constitués de fibres optiques. Ces émetteur et récepteur sont disposés de telle sorte que le dispositif optique fonctionne au grandissement transversal unitaire. Un dispositif de mesure spectroscopique d'absorption de l'état de la technique comprend un couple de lentilles dont chacune comprend une face convexe et une face plane, les faces planes des deux lentilles étant disposées parallèlement en regard l'une de l'autre. Un tel dispositif est schématiquement représenté sur la 25 figure A. L'inconvénient d'une telle cellule réside dans l'aberration sphérique. Pour une lentille sphérique, les rayons se trouvant au bord de la lentille focalisent à une place légèrement différente des rayons se trouvant au centre : 30 l'image d'un point est donc une tache floue. Ceci est dû au fait qu'une surface sphérique n'est pas la forme idéale pour réaliser une lentille. Il s'agit cependant de la forme la plus simple à polir, et elle reste très souvent utilisée. Par conséquent, une tâche d'aberration apparaît au niveau 35 du récepteur et dont la dimension est supérieure à la taille de la fibre optique en sortie. Le couplage de la lumière est donc imparfait. C'est pourquoi il a été imaginé de remplacer le matériau constituant lesdites lentilles par du saphir. Même si ce matériau présente un indice de réfraction élevé, permettant d'atténuer l'amplitude de l'aberration sphérique, il pose néanmoins des problèmes liés à un usinage difficile pour un coût nettement plus important. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant une cellule ayant recours à 10 des couples de lentilles en silice. Pour ce faire, la présente invention concerne une cellule de mesure du spectre d'absorption d'un échantillon de produit, comprenant une paire de lentilles présentant chacune une face convexe et une face plane, lesdites faces planes desdites 15 lentilles étant disposées en regard l'une de l'autre. Un avantage d'une telle cellule réside dans le fait qu'elle comprend au moins deux lentilles complémentaires situées de part et d'autre desdites lentilles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 20 ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure A représente une vue en coupe du schéma d'une cellule selon l'état de la technique ; 25 - la figure 1 est une représentation d'une cellule selon l'invention ; - la figure 2 est une représentation en coupe d'un détail d'une telle cellule ; et - les figures 3 et 4 montrent la différence d'énergie 30 lumineuse captée en sortie entre le dispositif à 2 lentilles et l'état de la technique et la cellule optique selon l'invention. La présente invention concerne une cellule optique 1 de mesure du spectre d'absorption d'un échantillon de produit. Une telle cellule 1, visible sur la figure 1, comprend une 35 enceinte 2 sous forme d'un boîtier hermétiquement clos au sein duquel circule un produit. Ce dernier traverse l'enceinte 2 depuis une entrée 3 vers une sortie 4. Transversalement à l'axe des entrée 3 et sortie 4 du produit, l'enceinte 2 comprend une entrée 5 et une sortie 6 optiques connectées à des fibres 7. L'entrée optique 5 est reliée à une source spectroscopique tandis que la sortie optique 6 est reliée à une cellule spectroscopique. Il convient de noter que, selon un mode préférentiel de réalisation, la source spectroscopique est un spectromètre émettant une longueur d'onde comprise entre 2000 et 2500 nanomètres. Les fibres 7 se présentent sous toute forme, mais selon le mode préférentiel de réalisation, ces fibres 7 optiques sont constituées en chalcogénure de 200 pm de coeur. Ces fibres 7 en chalcogénure peuvent aussi recevoir un traitement par dépôt d'un produit anti-reflet, diminuant les pertes dites de Fresnel . Les fibres 7 en chalcogénure offrent les meilleures performances pour les transmissions dans la plage de longueurs d'ondes 2 à 6 pm. Elles comblent ainsi le gap entre les fibres de silice qui transmettent des longueurs d'onde de 0,2 à 2,4 pm et les fibres polycristallines qui couvrent la zone de transmission de 4 à 16 pm. On notera que, pour des longueurs d'ondes de 2 à 2,5 pm, des fibres en verre fluoré peuvent également être utilisées.
Dans l'axe des entrées 5 et sortie 6 optiques, sont alignées une paire de lentilles 8 et 9. Chacune desdites lentilles 8 et 9 présente une face convexe 10 et une face plane 11. Les faces planes 11 desdites lentilles sont disposées en regard l'une de l'autre, préférentiellement parallèle l'une par rapport à l'autre selon l'axe d'alignement des entrées 3 et sortie 4 du produit. Ce dernier circule entre lesdites faces planes 11 des lentilles 8 et 9. Les faces convexes 10 sont disposées de part et d'autre du côté opposé aux faces planes 11.
Un avantage de la présente invention réside dans le fait que la cellule 1 comprend au moins deux lentilles complémentaires 12 et 13 situées de part et d'autre desdites lentilles 8 et 9. Préférentiellement, comme visible sur la figure 2, lesdites lentilles 8,9 et lentilles complémentaires 12,13 sont alignées selon un axe longitudinal A-A'.
Les lentilles 8,9 et les lentilles complémentaires 12,13 sont constituées de silice, plus particulièrement en silice fondue à faible teneur en eau. La silice présente un indice de réfraction beaucoup plus faible mais le dédoublement des lentilles améliore l'efficacité du couplage.
Les lentilles complémentaires 12,13 comprennent chacune une face convexe 14 et une face plane 15. La face convexe 14 de chaque lentille complémentaire 12,13 est disposée en regard de la face convexe 10 d'une desdites lentilles 8,9. La face plane 15 de chaque lentille complémentaire 12,13 est alors disposée du côté opposé, face à l'entrée 5 ou à la sortie 6 optiques. Avantageusement, afin de diminuer l'aberration sphérique, la cellule 1 selon l'invention comprend des moyens aptes à basculer au moins une desdites lentilles 8,9 ou au moins une desdites lentilles complémentaires 12,13. Ces moyens, non représentés, permettent de mettre en pivotement une desdites lentilles 8,9 ou lentille complémentaire 12,13. Plus particulièrement, ces moyens visent le basculement d'une seule des lentilles 8 ou 9.
L'orientation de cette lentille 8 ou 9 s'opère en rotation selon un axe orthogonal à l'axe A-A' d'alignement des lentilles 8,9 et des lentilles complémentaires 12,13. Ce décalage élimine les interférences dues aux images parasites générées par les réflexions sur les faces planes 11 et 15. En effet, la rotation d'une lentille 8 ou 9 déplace l'image parasite qui se forme alors en dehors de la fibre 7. Ce basculement peut être réalisée selon n'importe quel angle. Plus particulièrement, une angle de 1,5 décale suffisamment l'image parasite.
L'assemblage optique de cette cellule 1 est réalisé au travers d'un support en PolyVinylidine DiFluoride (PVDF), qui est un fluoropolymère thermoplastique fortement non-réactif et pur. L'avantage d'un tel support réside dans le fait qu'il est usiné en une seule pièce, de façon monobloc, et sans reprise d'usinage. Il est indépendant du corps, ce qui permet d'obtenir la reproductibilité requise dans la tolérance des cottes fonctionnelles, notamment le trajet optique, le basculement de lentille et surtout l'alignement des fibres. En entrée, le rayon de la source lumineuse se divise en plusieurs faisceaux ayant chacun une longueur d'onde donnée. La cellule 1 est donc couplée à un interféromètre de Fourier qui traite de l'étendue spectrale et recalcule l'absorption par longueur d'onde de chaque faisceau. A la lecture des deux figures 3 et 4, on remarque que l'éclairement relatif de la fibre 7 en sortie de cellule 1 selon l'invention est plus important figure 4 que pour une cellule de l'état de la technique pourvue uniquement de 2 lentilles. Environ 89% d'énergie passe en sortie tandis qu'une fibre connue ne reçoit que 50%. La largeur de la zone, hachurée afin de mettre en évidence l'énergie captée, est déterminée par une largeur de fibre 7 de 340 micromètres. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims (6)
1. Cellule (1) de mesure du spectre d'absorption d'un échantillon de produit, comprenant une paire de lentilles (8,9) présentant chacune une face convexe (10) et une face plane (11), lesdites faces planes (11) desdites lentilles (8,9) étant disposées en regard l'une de l'autre, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins deux lentilles (12,13) complémentaires situées de part et d'autre desdites lentilles (8,9).
2. Cellule (1) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdites lentilles complémentaires (12,13) comprennent chacune une face convexe (14) et une face plane (15), ladite face convexe (14) de chaque lentille complémentaire (12,13) étant disposée en regard de la face convexe (10) d'une desdites lentilles (8,9).
3. Cellule (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que lesdites lentilles (8,9) et lentilles complémentaires (12,13) sont alignées selon un axe longitudinal (A-A').
4. Cellule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que lesdites lentilles (8,9) et lentilles complémentaires (12,13) sont constituées de silice.
5. Cellule (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens aptes à basculer au moins une desdites lentilles (8,9) ou au moins une desdites lentilles complémentaires (12,13).
6. Cellule (1) selon les revendications 3 et 5, caractérisée par le fait que lesdits moyens de basculement sont aptes à orienter ladite lentille (8,9) ou lentille complémentaire (12,13) orthogonalement audit axe longitudinal (A-A') . 6
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Citations (2)
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| EP0300965A1 (fr) * | 1987-07-22 | 1989-01-25 | Ciba-Geigy Ag | Cuvette à circulation |
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2007
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Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (2)
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| ANON: "Fundamentals Optics: Lens Optics", MELLES GRIOT OPTICS GUIDE, 2002, pages 1 - 2, XP002461706, Retrieved from the Internet <URL:http://www.mellesgriot.com/products/optics/fo_4.htm> [retrieved on 20071212] * |
| HECHT, E: "Optics", 1987, ADDISON-WESLEY PUBLISHING COMPANY, WOKINGHAM, XP002461707 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449259C2 (ru) * | 2010-06-24 | 2012-04-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенская государственная сельскохозяйственная академия" | Оптический анализатор дизельного топлива |
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