Dispositif pour mesurer un coefficient caractéristique de l'absorption de rayons
par une substance, à l'aide d'un spectrophotomètre.
L'invention est relative à un dispositif pour mesurer un coefficient caractéristique de l'absorption de rayons par une substance, à l'aide d'un spectrophotomètre dont l'élément sensible aux rayons est impressionné par des rayons émis par une source lumineuse et commandés à l'aide d'un organe mobile de contrôle selon un cycle comprenant une période d'impression par des rayons ayant traversé la substance à examiner, une période d'im- pression par desrayonsnonaffaiblis par la traversée de la susdite substance, une période d'obscurcissement et une répétition d.
e l'une des périodes précitées, la tension modulée obtenue par ladite impression périodique de l'élément sensible aux rayons étant décompo- sée en deux impulsions, l'amplitude maximum de l'me desquelles, appelée ée impulsion de comparaisons, correspond à l'intensité des rayons non affaiblis, et l'amplitude maximum de l'autre desquelles, appelée impulsion de mesurer, est influencée par l'intensité des rayons ayant traversé la substance à examiner.
Le dispositif selon l'invention est caracté- risé par le fait que ledit organe mobile de contrôle commande encore un eommutateurredresseur qui charge deux condensateurs res- pectivement à la tension de crête de l'une et de l'autre des deux impulsions susvisées et que les tensions de charge de ces condensateurs après amplification commandent un instru- ment susceptible d'indiquer le rapport des amplitudes des deux impulsions.
L'application du dispositif établi selon l'invention est particulièrement utile lorsque les rayons émis par la source lumineuse sont des rayons infra-rouges. En effet, dans ce cas, l'élément sensible aux rayons a une inertie relativement grande. Grâce au fait que les condensateurs sont chargés à la tension de crête des impulsions, on peut se servir, malgré cette inertie, de fréquences de modulation dont l'amplification ne présente pas de difficultés particulières.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, une forme de réalisation du dispositif selon l'invention, avec quelques va. riantes de détail.
La fig. 1 montre schématiquement l'ensem- ble du dispositif.
La fig. 2 montre un détail de celui-ci.
Les fig. 3 et 4 montrent deux diagrammes correspondant l'un à la fig. 2 et l'autre à une variante, tandis que
la fig. 5 montre plus en détail le montage pour la décomposition de la tension modulée initiale et pour l'amplification et l'utilisation des impulsions obtenues par ladite déeom- position, avec une variante par rapport à la fig. 1.
Le gdispositif représenté sur la fig. 1 eom- porte une source de lumière infra-rouge 1, dont les rayons se propagent selon la direction des flèches 2 et 3, dans deux directions différentes et sont réfléchis par deux miroirs 4 et 5 pour se reneontrer, sous un angle de 90 , en un point 6. Les rayons de mesure aya. nt suivi le trajet 2 et étant réfléchis par le miroir 4, avant d'arriver au point d'intemsec- tion 6, traversent la substance S dont l'opa- cité est à mesurer et sont ainsi en partie ab sorbés, tandis que les rayons de comparaison ayant suivi le tra. jet 3 et étant réféchis par le miroir 5 arrivent non affaiblis au point d'intersection 6.
Le point 6 se trouve dans le plan m d'mu disque circulaire tournant 7 qui divise en deux parties égales le susdit angle de 90 et qui est entraîné par exemple au moyen d'un moteur électrique 8, par r l'intermédiaire d'lme démul tiplication non représentée. Ce disque, repré- senté à la fig. 2, eomporte quatre secteurs de 90 . Deux de ces secteurs sont constitués par des miroirs a susceptibles. de réfléchir de 90 les rayons de comparaison, un troisième sec- teur c est noirci, tandis que le quatrième secteur d est consticue pa. r une decaupure ou pa. r un élément transparent laissant librement traverser les rayons de mesure 2.
Les rayons de comparaison et de mesure tombent sur la fente d'entrée 9 du monoehro- mateur 10 d'un speetrophotomètre comportant un élément photosensible ou thermo- sensible 11, par exemple une pile thermo- électrique qui est impressionnée par les rayons d'une longueur d'onde déterminée qui tombent t sur la fente d'entrée 9, cette longueur d'onde pouvant être variée de façon connue dans le domaine du spectre fourni par la source de rayons 1.
On voit que le disque 7 ayant la construe- tion susmentionnée et représenté par la fig. 2 réalise le cycle suivant, qui permet de mesurer l'opacité de la substance à examiner S' :
1 impression par les rayons de comparaison (premier secteur a) ;
2 obscurcissement (secteur c) ;
3 impression par les rayons de comparai- son (second secteur a) ;
4 impression par les rayons de mesure (secteur d).
La modulation de la tension obtenue par l'impression de l'élément 11 est représentée par la eourbe de la fig. 3 dans laquelle les quatre périodes successives du cycle sont indi quées par les chiffres I, II, III et IV.
En utilisant un disque muni de deux sec- teurs c et d'un seul secteur a, on pourrait impressionner l'élément 11 selon 1 cycle sui- vant :
1 impression par les rayons de comparaison ;
2 obscurcissement ;
3 impression par les rayons de mesure ;
4 obscurcissement.
Ce cycle correspondrait à la mesure de la transparence, la. modulation de tension étant celle représentée par la courbe de la fig. 4 dans laquelle les quatre périodes constituant ce dernier cycle soit indiquées par I', II', III' et IV'.
La tension modulée selon la fig. 3 ou 4 est., dans le dispositif représenté par la fig. 1, d'abord amplifiée par l'amplificateur 12 et ensuite décomposée dans deux modulations de tension partielles 111, Mg. La modulation Mi est la modulation d'impulsion de comparaison, tandis que la modulation Mg est la modulat. ion d'impulsion de mesure.
Pour mettre en évidence les deux tensions partielles obtenues par la décomposition, on redresse chacune des impulsions obtenues par ladite décomposition et on charge deux con- densateurs à la tension de crête de ces impulsions redressées, ces tensions de crête corres pondant. respectivement aux flèches et (fig. 3 et 4). On évite ainsi de devoir éliminer la modulation gênante des deux tensions con tinues correspondantes.
Pour charger les condensa-teurs a. vee les tensions de crête, on se sert d'un commuta teur-redresseur 13 qu'on peut faire comman- der par le disque tournant 7 d'une façon appropriée, par exemple par une cellule photo-électrique ou, avantageusement, par un dispositif mécanique.
Le commutateur-redresseur qui est relié au disque 7 peut avoir la forme représentée par la fig. 5. Selon cette figure, le commuta teur est-constitue par uji tambour 14, sur la surface cylindrique duquel est fixée mu couronne de contact fermé 15 qui se prolonge, parallèlement, à l'axe du tambour 14. par une languette longitudinale 16 de faible étendue dans le sens périphérique.
Un balai 17 relié à l'une des bornes de sor- tie de l'amplificateur 12 est constamment en contact avec la couronne 15, tandis que deux halais l 8 et 19 qui touchent le tambour 14. sur des génératrices diamétralement opposées sont alternativement en contact, pour un court instant, avec. la languette 16, lorsque le ta. mbour 14 tourne avee le disque 7, le balai 1. 8 étant relié à l'une des électrodes d'un conden- sateur 20, l'autre balai 19 étant relié à l'une des électrodesd'undeuxièmecondensateur 21, tandis que les autres électrodes de ces deux condensateurs sont reliées à. l'autre borne de sortie de l'amplificateur 12.
La position de la languette 16 et des ba- lais 18 et 19 par rapport au disque 7 doit être choisie de façon telle que les condensateurs soient reliés à la sortie de l'amplificateur juste au moment où les impulsions de mesure et de comparaison passent par leur valeur maxima.
Par ledit commutateur-redresseur, on ob- tient à la fois la décomposition désirée en une impulsion de mesure correspondant à la mo dulation de tension partielle N3 et en une impulsion, de comparaison correspondant à la, modulation de tension partielle Mi (voir fig. 3), le redressement de ces impulsions et la charge des deux condensateurs 20, 21 à la tension de crête indiquée dans la fig.
3 res pectivement par les flèches t, et t2. Bien entendu, les constantes de temps de charge et de décharge des condensateurs 20 et 21 doi- vent être choisiesdefaçonà permettre la charge des condensateurs à une valeur corres- pondant aux tensions. de crête des impulsions considérées et pour maintenir constante, au moins approximativement, la charge des condensateurs entre deux impulsions de charge consécutives.
Si la modulation initiale est celle indiquée par la fig. 3, la tension de charge de l'un des condensateurs correspond à la différence entre les impulsions de mesure et de comparaison, tandis que la tension de charge de l'autre condensateur correspond à l'impulsion de comparaison.
Pour faire apparaître le rapport entre ces deux eharges, on peut procéder de plusieurs façons. Selon un mode d'exécution avantageux repréisenté sehématiquement par la fig. 1, on utilise la tension de comparaison ayant servi à la charge de l'un des condensateurs 20 et 21, après l'avoiramplifiéedansunamplificateur 22, pour le réglage de l'amplificateur 12, ce e réglage étant analogue au. réglage dit de fading et étant exécuté de façon telle que la tension de comparaison à la sortie de l'am- plificateur 12 reste constante., quelle que soit la.
valeur de l'impulsion de comparaison lumineuse qui agit sur l'élément photosensible ou thermosensible 11 et qui est généralement fortement variable avec la longueur d'onde de lumière qui, dans le monochromateur, impressionne l'élément 11. En outreetseloncemême mode de réalisation, on détermine la tension de mesure ayant servi à la charge de l'autre condensateur par un instrument de mesure 23, après avoir amplifié cette dernière tension par un amplificateur 24. Vu le réglage de l'amplificateur 12 par la tension de campa- raison, l'indication de l'instrument de mesure 23 donne immédiatement le rapport entre les deux tensions et, par conséquent, une indics- tion pour l'opacité de la substance à examiner S.
Selon un autre mode de réalisa. tion ava. n- tageux, représenté dans la fig. 5, on fait agir les tensions de charge des deux condensateurs 20 et 21, après les avoir amplifiées dans les amplificateurs 22 et 24 sur un instrument de mesure de rapports ayant, par exemple, deux bobines croisées 25 et 26, instrument analogue à ceux qui sont connus pour des mesures de température. Dans la fig. 5, les bobines 25 et 26 ne sont pas dessinées en eroix, l'ensem ble dudit instrument n'ayant pas été repré- senté.
Dans ce dernier cas, il peut également être intéressant de régler en même temps encore l'amplificateur 12, en fonction de la tension de comparaison (voir conducteur 27 de la fig. 5) et cela notamment lorsque les valeurs des impulsions de comparaison sont variables dans de larges limites.
La fig. 5 indique, en outre, certains détails du montage entre les condensateurs 20 et 21 et les amplificateurs 22 et 24 qu'on utilise avantageusement également au cas où l'indication du rapport des deux tensions de eompara. ison et de mesure a lieu par réglage de l'amplificateur r seulement, ainsi que cela a été indiqué par la fig. 1.
Ainsi qu'il résulte de la fig. 5, chaeun des condensateurs 20 et 21 est relié à l'entrée de son amplificateur eorrespondant 22 et 24, par l'intermédiaire de condensateurs 28, 29 à capacité variable périodiquement, de résis- tances de charge 30 et 31 et de résistances de compensations 32 et 33.
Les condensateurs 28, 29 servent à la transformation de la tension continue des condensateurs 20 et 21 en une tension alternative modulée, susceptible d'être amplifiée par les amplificateurs 22 et 24. C'est pourquoi la fréquence auxiliaire de la variation de la capacité des condensateurs 28, 29 doit être bien plus grande que la fréquence de la modulation provoquée par la rotation du disque 7 et égale au double du nombre de tours de ce disque. Si, par exemple, ce nombre de tours est de 6 et, par conséquent, la fréquence de modulation obtenue par ce disque est égale à 12, la fréquence auxiliaire avec laquelle la capacité des condensateurs 28 et 29 devra être modifiée périodiquement doit être de l'ordre de 1000.
Pour obtenir la variation de la capacité des condensateurs 28, 29, on peut, par exemple, agencer l'une des électrodes de ces condensateurs sous forme de membrane, les deux membranes des deux condensateurs étant soumises, à l'aide d'une troisième membrane com- mune, à des variations de pression périodi- ques;poiu.réviterque les condensateurs 28, 29 ne réagissent pas sur la tension de charge des condensateurs 20, 21, les condensateurs 28 et 29 doivent avoir une capacité bien inférieure à celle des condensateurs 20 et 21.
Lorsque le condensateur 21 est chargé par une tension de crête correspondant à l'impul- sion de mesure, le condensateur 29 est également chargé à cette valeur à travers les résistances 31 et 33. Si la résistance 31 est plus grande que la résista. nee à des cour-ants--alter- natifs du condensateur 29, pour la fréquence auxiliaire envisagée, on obtient, aux extrémités de la résistance 31, par suite de la va. ria- tion périodique J C de la capacité C, une ten sion alternative ayant l'amplitude
iI V = C V (V = tension de charge).
C
Cette tension alternative est amplifiéeà l'aide de l'amplificateur 24 ; elle est redressée et filtrée. Le courant redressé passe pa. r la résistance ou la bobine 25 de l'instrument de mesure, ainsi que par la résistance de com pensation 33. La chute de tension dans la résistanee 33 est dirigée de façon qu'elle agisse contre la tension de charge du condensateur 21. Si l'amplification de l'amplificateur 94 est suffisamment élevée, on obtient une compen- sation complète, c'est-à-dire que la chute de tension dans la résistance 25 correspond entièrement à la tension de charge du condensateur 21, c'est-à-dire à l'impulsion de mesure.
Les mêmes considérations sont vraies pour la chute de tension qui se produit dans la deuxième résistance ou bobine 26 de l'instrn- ment de mesure de rapport, chute de tension qui correspond à la tension de charge du con- densateur 20 ou à l'impulsion de comparaison.
L'exactitude de la mesure décrite du coef- ficient de transparence ou d'opacité dépen- dra de la linéarité de l'amplificateur 12. Cet inconvénient est toutefois plus que compensé par le grand avantage que les dispositifs dé- crits n. e nécessitent aucun organe d'affaiblissement lumineux, indispensable dans le méthodes de zéro basées sur la compensation optique des deux faisceaux.
Un affaiblissement lumineux exactement défini à l'aide de la lumière polarisée n'étant pas possible dans le domaine infra-rouge, par suite de l'absorption des substances utilisées, il serait indispensable d'employer des écrans dont la linéarité est très difficile à obtenir.
De plus, l'emploi d'écrans mobiles limiterait d'une façon gênante la rapidité des mesures.