Brevet FR2011194A1 — publié le 19700227

-i- 2011194 Comme cela est bien connu, l'analyse spectrophotométrique est un procédé d'analyse chimique basé sur l'absorption de-lumière d'une longueur d'onde particulière par une impureté particulière contenue dans l'échantillon d'essai. Des instruments utilisés 5 pour effectuer ces essais sont appelés spectrophotomètres et ils sont capables, par sélection de différentes longueurs d'ondes de lumière traversant l'échantillon d'essai, de mesurer le pourcentage de concentration de différentes impuretés connues dans l'échantillon. Un spectrophotomètre simple comprend par exemple une 10 source lumineuse et un dispositif de dispersion de lumière de façon qu'une bande sélectionnée de lumière soit dirigée au travers de l'échantillon. Il est prévu un photodétecteur pour produire un signal électrique analogique présentant une amplitude qui représente la quantité de lumière transmise par l'échantillon pour la 15 longueur d'onde sélectionnée. Cette valeur est appelée "transmission optique" de l'échantillon. Les valeurs de transmission optiques sont classiquement converties en une valeur logarythmique, par un moyen ou un autre, de façon à pouvoir obtenir des valeurs de la "densité optique" de l'échantillon. 20 Dans la demande de brevet français U° 168 567 du 3 Octobre 1968, au nom de la demanderesse, on décrit un appareil simple et relativement peu coûteux qui peut répondre au signal de sortie analogique d'un spectrophotomètre de façon à produire un signal de "transmission optique" ou bien à convertir ce signal de sortie en 25 un signal logarithmique en vue de produire une lecture de "densité optique". l'appareil décrit dans cette demande de brevet comprend des circuits pour convertir en valeur numérique les signaux analogiques de sortie du spectrophotomètre et pour convertir simultanément les lectures à l'échelle logarithmique désirée, L'appa-30 reil comprend également un compteur pour fournir les lectures de "transmission optique" ou de "densité optique". Comme indiqué plus haut, l'appareil selon l'invention est similaire à 'celui décrit dans la demande de brevet précitée. Cependant, l'appareil selon l'invention comprend une mémoire faisant 35 en sorte que le signal de sortie du spectrophotomètre n'ait pas besoin d'être appliqué au convertisseur numérique pendant toute la période de conversion. Le circuit et l'appareil selon l'invention permettent par exemple d'appliquer un échantillon ultérieur au spectrophotomètre pendant la période suivante de lecture de 40 "transmission optique" et pendant que se déroule effectivement 69 20055 -2- 2011194 1*opération de conversion numérique sur 1'échantillon précédent» L'invention sera mieux comprise dans la suite de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation 5 de l'invention. Sur les dessins : - la figo 1 est un schéma du circuit de l'appareil selon l'invention qui permet de convertir des signaux analogiques de "transmission optique" sortant d'un spectrophotomètre en une lecture 10 affichée de "transmission optique", ledit circuit comprenant une mémoire; la fig. 2 est un schéma d'un circuit comprenant certains composants de la figure 1. L'appareil de la figure 1 peut comporter un ensemble compteur/ 15 imprimante qui est désigné par 10. Oet ensemble peut par exemple être du type fabriqué par la Société "PRESIN Co», INC" de BRIDG-E-PORT, C0MECTITUT. Le compteur/imprimante 10 comprend par exemple un enroulement 12 qui réagit à des impulsions d'entrée pour faire tourner une roue d'impression d'"unités" d'une position angulaire 20 dans la suivante» Lorsque la roue d'impression des "unités" atteint la position "10" , un interrupteur 14 prévu dans l'ensemble 10 est fermé et il excite un électro-aimant 16 qui fait tourner la roue d'impression des "dizaines" de l'ensemble 10 d'une position angulaire dans la suivante. De même, lorsque la roue d'im-25 pression des "dizaines* atteint la position "100", un interrupteur 18 est fermé de manière à exciter un électro-aimant 20 qui fait à son tour tourner la roue d'impression des "centaines" de l'imprimante d'une position angulaire dans la suivante« L'ensemble compteur/imprimante 10 sert par conséquent à compter 30 les impulsions d'entrée et à imprimer le compte total en faisant tourner les roues d'impression commandées par les électro-aimants 12, 16 , 20 dans des positions angulaires correspondantes. L'imprimante comporte également toi électro-aimant d'impression 22 qui, lorsqu'il est excité, assure l'impression de l'information établie 35 par les roues à caractères sur une bande appropriée, comme décrit dans la demande de brevet précitée. On peut également prévoir des éléments de remise à zéro qui sont commandés de façon à ramener toutes les roues d'impression à zéro. Dans le circuit de la fig.l, il est prévu un transformateur 24 40 dont l'enroulement primaire est relié au secteur assurant l'ali 69 20055 2011194 mentation en courant alternatif classique à 110 volt s, 60 périodes. Un premier enroulement secondaire du transformateur 24 excite une source de courant continu 26 classique de manière à produire une tension continue de 24 volts ainsi que des tensions continues 5 réglées positive et négative de 20 volts. Il est prévu pour produire ces tensions des circuits redresseurs appropriés et connus# Un second enroulement secondaire du transformateur 24 est relié, par l'intermédiaire d'une diode redresseuse 28 et d'une paire de contacts A normalement ouverts d*un relais Kl à 1'électro-aimant 10 12 d*actionnement de la roue d'impression des unités de l'ensemble compteur/imprimante 10. La diode 28 sert à transformer le courant alternatif apparaissant aux bornes de 11 enroulement secondaire du transformateur 24 en impulsions et, lorsque les contacts A sont fermés par excitation du relais Kl, des impulsions à 60 périodes 15 sont appliquées à 11 électro-aimant 12. Ces impulsions font tourner la roue d'impression des" 'unités" d'une position angulaire dans la suivante pour chaque impulsion successive. Les impulsions sont également appliquées par l'intermédiaire de deux contacts B normalement fermés du relais El à un bus de remise à zéro d'imprimante 20 (non représenté )faisant partie de l'ensemble compteur/imprimante 10. Lorsque les impulsions sont appliquées au bus de remise à zéro toutes les roues d'impression de l'ensemble 10 sont ramenées à zéro. Un contacteur de démarrage 30 est prévu dans le circuit de la bobine d'excitation du relais Kl et il sert à brancher la bobine 25 entre la sortie de 24 volts de la source de courant 26 et" le fil de retour commun du circuit représenté sous forme d'un conducteur de masse. Lorsque le contacteur de démarrage 30 est fermé, le relais Kl est excité. Ce relais comporte deux contacts de maintien "C" normalement ouverts qui sont reliés, par l'intermédiaire de 30 deux contacts A normalement fermés d'un relais de temporisation thermique K3, à la sortie de 24 volts de la source de courant 26. Les contacts de maintien "C" du relais Kl sont également reliés par l'intermédiaire de l'élément d'excitation du relais thermique K3 à deux contacts A normalement ouverts d'un relais K2 ainsi qu'à 35 1'électro-aimant d'impression 22 de l'ensemble 10. Le contact mobi le de la paire A du relais K2 est mis à la masse. Le relais K2 com prend également deux contacts B normalement fermés .qui établissent une connexion entre la masse et l'électro-aimant 12 d ' actionnement de la roue d'impression "d'unités" de l'ensemble 10. 69 20055 _4" 2011194 Lorsque le système de lecture de la figure 1 est utilisé ©a combinaison avec un spectrophotomètre, comme représenté par le "bloc 32 sur la figure 1, la tension continue réglée à 20 volts et produite par la source 26 peut être utilisée pour exciter le spectro-5 photomètre. Le spectrophotomètre produit, comme expliqué plus haut, une tension de sortie analogique lorsqu'un échantillon est traité à l'aide de cet appareil, la dite tension représentant par exemple la "transmission optique" , de l'échantillon d'essai.Cette tension est appliquée au système selon l'invention par fermeture 10 momentanée d'un contacteur 34 à bouton-poussoir et elle est transmise à une borne d'entrée 36 du système de la figure 1. Le système de la figure 1 comprend un comparateur 38 qui est muni de deux bornes d'entrée désignées par A et B. Un condensateur C mis à la masse est relié à la borne d'entrée A du comparateur et 15 il est également relié aux contacts mobiles d'une paire de contacte D normalement fermés et d'une paire de contacts E normalement ouverts associés au relais EL. Les contacts D normalement fermés sont reliés à une source de tension de référence-étalon,par exemple de 10 volts. Les contacts E sont reliés d'autre part à une ré-20 sistance de référence réglable E. mise à la masse. Lorsque le relais EL est désexcité, les contacts D relient le condensateur C aux bornes de la source de référence de 10 volts de manière quelle condensateur soit chargé à un niveau de référence. Cependant,lorsque le relais Kl est excité, les contacts E branchent le condensa-25 teur aux bornes de la résistance R de manière que le condensateur se décharge suivant sa courbe exponentielle classique. Le condensateur C fonctionne comme un générateur de dents de scie et il peut être remplacé par tout générateur linéaire de dents de scie de forme appropriée, lorsque le système doit être utilisé 30 pour produire des lectures de "transmission optique". Un amplificateur 40 qui est shunté par un potentiomètre 44 de réglage de gain relie la borne d'entrée 36 à la borne d'entrée B du comparateur 38. Une mémoire, se présentant sous forme d'un condensateur 46 mis à la masse, est reliée à la borne B du compara-35 teur. Dans le système de la figure 1, un échantillon "vierge" tel que de l'eau pure est d'abord essayé en premier. Cet échantillon présente par exemple une transmission optique de 100$. Le contacteur à bouton-poussoir 34 peut être maintenu fermé pendant le contrôle de l'échantillon "vierge" et le gain de l'amplificateur 40 40 est réglé à l'aide du potentiomètre 44 jusqu'à ce que le relais K2 69 20055 ~5~ 2011194 soit excité. A cet instant, le relais Kl est désexcité et l'excitation du relais K2 par le comparateur indique qu'une comparaison s'effectue entre la sortie analogique de transmission optique de lOOfo du spectrophotomètre et la tension à pleine charge de 10 5 volts du condensateur G. Le gain de l'amplificateur 40 est alors réduit légèrement à partir de cet instant, par réglage du potentiomètre 44, jusqu'à ce que le comparateur 38 ne soit plus actionné et que le relais K2 soit désexcité. Ensuite, un échantillon-étalon, présentant une transmission op-10 tique correspondant à un pourcentage connu, inférieur à 100$,est essayé. Pour cet essai, le contacteur 34 est momentanément action-. né et il en résulte que la mémoire formée par le condensateur 46 prend une charge correspondant à la sortie analogique du spectrophotomètre et par conséquent à l'échantillon-étalon. Du fait de 15 l'impédance élevée d'entrée du comparateur, il ne se produit pas de fuite appréciable dans le condensateur 46 pendant l'intervalle de conversion numérique. L'interrupteur de démarrage 30 est ensuite fermé et il en résulte un amorçage du compte par l'ensemble 10 du fait de la fermeture 20 des contacts A du relais EL. Egalement, les contacts E du relais Kl se ferment de sorte que le condensateur C se décharge dans la résistance R suivant sa courbe exponentielle. Cette décharge du condensateur C se poursuit jusqu'à ce que la tension exponentiel-lement décroissante appliquée à la borne A du comparateur 38 tom-25 be à la valeur analogique de la tension aux bornes du condensateur 46 foimant mémoire, cette tension représentant la valeur d'échantillon-étalon. Lorsque le point d'égalité est atteint, le relais K2 est excité de manière à arrêter l'opération de comptage par ouverture de ses contacts B et en assurant 11 enregistrement de la va-30 leur qui apparaît sur les roues d'impression par excitation de 1'électro-aimant 22 par l'intermédiaire de ses contacts A. Deux contacts C normalement ouverts peuvent être prévus en combinaison avec le relais K2 et ils peuvent être branchés aux bornes du condensateur 46. Lorsque le relais K2 est excité à la fin de 35 l'opération de conversion numérique, comme décrit plus haut,les contacts C peuvent se fermer pour supprimer la charge du condensateur 46. Cependant, ces contacts C ne sont pas absolument essentiels du fait que le condensateur prend une charge correspondant au signal de sortie de l'amplificateur 40 à un instant donné. Si 69 20055 -6- 2011194 la valeur fournie par l'ensemble compteur/imprimante 10 n'est pas égale à la densité optique connue de l'échantillon-étalon, la résistance R est réglée et des mesures successives sont effectuées jusqu'à ce que la valeur imprimée correspondant à 1'échantillon-5 étalon soit égale à la densité optique connue de l'échantillon. L'appareil selon l'invention est maintenant étalonné et prêt à fonctionner» Ensuite, les échantillons d'essai peuvent être successivement traités par. le spectrophotomètre 32. Dans chaque cas, lorsqu'un 10 échantillon d'essai est traité par le spectrophotomètre,l'interrupteur 34 est momentanément fermé de façon à placer le condensateur 46 formant mémoire au niveau de tension analogique correspondant. Ensuite, l'interrupteur de démarrage 30 est momentanément fermé pour amorcer le processus de conversion numérique et l'é-15 chantillon suivant peut être placé en position en vue d'être essayé par le spectrophotomètre pendant que le processus de conversion numérique s'effectue pour l'échantillon précédent, ^'incorpo-ration de la mém&ire 46 à l'appareil de la fig.l accélère par conséquent le processus lorsqu'une série d'échantillons doivent être 20 essayés. Il est à noter que l'interrupteur 34 peut être remplacé par une paire de contacts de relais normalement fermés et actionnés par KL . Dans ce cas, l'amorçage de l'opération de conversion numérique supprime la tension de l'amplificateur appliqué au condensateur 46 et permet par conséquent au circuit d'enregistrer la 25 tension d'entrée qui existait lorsque l'interrupteur de démarrage 30 a été actionné. Le circuit du comparateur 38 et de ses composants associés est représenté de façon plus détaillée sur la figure 2 ,ce circuit pouvant être similaire à celui décrit dans la demande de brevet 30 précitée. Gomme indiqué sur la figure 2 par exemple, l'amplificateur 40 peut être du type opérationnel. Le signal de sortie du spectrophotomètre 32 est appliqué à deux bornes d'entrée 100 de l'amplificateur dont une est reliée à la masse. La borne d'entrée 100 non reliée à la masse de l'amplificateur est connectée par 35 l'intermédiaire de deux résistances 102 et 104 à la borne d'entrée de l'amplificateur opérationnel 40. La résistance 102 peut par exemple avoir une valeur ohmique de 2,2 Kilohms tandis que la résistance 104 peut avoir une valeur ohmique de 2,8 kilohms. La jonction des résistances 102 et 104 est reliée à la masse par 40 l'intermédiaire de deux diodes 106 et 108 branchées symétriquement 69 20055 2011194 et shuntées par un condensateur 110 de cinq microfarads. Les résistances 102, 104 et le condensateur 110 forment un filtre approprié de 60 Hz de sorte que tout parasite de 60 Hz est éliminé du circuit amplificateur. Les diodes 106 et 108 empêchent des cou-5 rants de surcharge d'arriver à l'amplificateur 40 et de l'endommager. I>e gain de l'amplificateur est réglé à l'aide de la commande de potentiomètre 44 décrite en référence à la figure 1B Cette commande comprend un potentiomètre 111 de réglage précis qui peut pré-10 senter une résistance de 500 kilohms par exemple et qui est branché en série avec une résistance 112 de 1 mégohm.L'entrée et la sortie de l'amplificateur opérationnel sont shuntées par un condensateur 114 de 0,002 microfarad . La commande de potentiomètre comprend également un système de 15 réglage grossier de gain formé par exemple d'une série de résistances 116, 118, 119 , 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, la dernière résistance étant mise à la masse. Ces résistances sont sélectivement branchées dans le circuit par des contacts de commutateur appropriés, comme indiqué sur les figures. 20 La résistance 116 peut avoir une valeur ohmique de 1,5 kilohm par exemple, la résistance 118 une valeur de 1 kilohms, la résistance 119 une valeur de 680 ohms, la résistance 120 une valeur de 470 ohms, la résistance 121 une valeur de 330 ohms, la résistance 122 une valeur de 220 ohms, la résistance 123 "une valeur de 160 25 ohms, la résistance 124 "une valeur de 110 ohms, la résistance 125 une valeur de 75 ohms et la résistance 126 une valeur de 160 ohms. Le signal de sortie de l'amplificateur 40, comme décrit en référence au circuit de la figure 1, est appliqué à la borne d'entrée B du comparateur 38, tandis que la tension exponentiellement dé-30 croissante de sortie du condensateur C de la fig. 1 est appliquée à la borne d'entrée A. Le comparateur 38 du circuit de la fig. 2 est réalisé sous forme d'un amplificateur différentiel constitué de deux transistors 128 et 130 de type P-H-P. La borne d'entrée B du comparateur est 35 reliée à la grille d'un transistor à effet de champ 132 tandis que la borne d'entrée A du comparateur est reliée à la grille d'un transistor à effet de champ 134. Les sources des transistors à effet de champ soht reliées au collecteur d'un transistor 136 de type N-P-ÎT à effet de stabilisation de courant, dont l'émetteur est 40 relié par l'intermédiaire d'une résistance 138 de 3,8 kilohms à 69 20055 -8- 2011194 la "borne de sortie d'une source de tension continue négative réglée à 20 volts. Les émetteurs des transistors 128 et 130 sont reliés aux collecteurs d'un transistor 140 de type P-If-P de stabilisation de courant, dont l'émetteur est connecté par l'intermédiai-5 re d'une résistance 142 de 2,7 kilohms à la source de courant de 20 volts désignée par 26 sur la figure 1. Une chaîne de résistance 144, 146 et 148 présentant respectivement des valeurs ohmiques de 4,7 kilohms, 33 kilohms et 4,7 kilohms, sont "branchées entre les bornes de sortie positiveset néga-10 tives des sources de tension positives et négatives de 20 volts. La jonction des résistances 144 et 146 est reliée à la base du transistor 140 tandis que la jonction des résistances 146 et 148 est reliée à la base du transistor 136. Ce circuit fonctionne comme un circuit de commande de courant de façon que des courants in-15 variables soient utilisés pour exciter les transistors 128, 130, 132 et 134 du comparateur 38. Les transistors à effet de champ 132 et 134 produisent une impédance d'entrée élevée dans le circuit de comparateur de sorte que la charge appliquée aux deux entrées est réduite à un niveau négligeable. 20 Les transistors 128 et 130 sont reliés par leur base aux drains respectifs des transistors à effet de champ 132 et 134 ainsi' qu'à la borne de sortie de la source de tension positive de 2o volts par l'intermédiaire des résistances 150 et 152 qui ont chacune me valeur ohmique de 15 kilohms .Les collecteurs des transistors 128 25 et 130 sont reliés respectivement aux résistances 154 et 156 mises à la masse. Ces résistances peuvent avoir chacune une valeur de 10 kilohms. Le collecteur du transistor 128 est également relié à la base d'un transistor 160 de type N-P-N d'excitation de relais.Le collecteur du transistor 160 est relié à la bobine d'exci-30 tation du relais K2. L'émetteur du transistor 160 est relié à la masse. Les transistors à effet de champ 132 et 134 peuvent être incorporés à un circuit intégré du type connu dans le commerce sous le nom de "SU 2080". Les transistors 128, 130 et 140 de type P-N-P 35 peuvent être du type connu dans le commerce sous le nom de "2N 3638". Le transistor 160 d'excitation de relais peut être du type connu dans le commerce sous le nom de "2N 3417" , de même que le transistor 136. 69 -20055 -9- 2011194 Le circuit du comparateur 38 agit de façon qu'un courant d'excitation passe dans le transistor 160 lorsque l'instant de comparaison entre les signaux appliqués aux bornes d'entrée A et B est atteint. Le comparateur fonctionne comme un amplificateur différen-5. tiel classique et il est inutile de donner une explication détaillée de son fonctionnement. Les transistors à effet de champ 132 et 134 présentent une impédance d'entrée élevée, comme cela est bien connu. L'impédance élevée d'entrée du transistor à effet de champ 132 produit une 10 fuite négligeable dans le condensateur 46 de sorte que ce dernier peut servir de mémoire d'enregistrement de la sortie de l'amplificateur 40, pour les raisons décrites plus haut. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nom-15 breuses variantes ,accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. 69 20055 -10- 2011194 - EEVENDICATIOIfS - 1.- Appareil électronique de lecture, pour produire des signaux de sortie en réponse à des signaux analogiques d'entrée, qui comprend un circuit d'entrée pour recevoir les signaux analogiques d'entrée; un générateur produisant un train d'impulsions; un comp- 5 teur actionné par impulsions pour produire des lectures correspondant aux comptes d'impulsions; une porte placée entre ledit générateur et le compteur de façon à contrôler l'introduction des impulsions du générateur dans le compteur; un générateur de signaux en dents de scie; un circuit d'amorçage relié au générateur de si-10 gnaux en dents de scie de façon à l'exciter et à amorcer simultanément l'application des dites impulsions au compteur par l'intermédiaire de la porte; un circuit comparateur relié au circuit d'entrée et au générateur de signaux; en dents de scie de manière à produire un signal de sortie lorsque le signal en dents de scie 15 atteint une valeur prédéterminée par rapport au signal analogique d'entrée reçu par le circuit d'entrée; et un circuit reliant le comparateur à la porte de manière à arrêter l'application des impulsions fournies par le circuit de conversion numérique au compteur lorsque le signal en dents de scie atteint la dite valeur 20 prédéterminée par rapport au signal analogique d'entrée, ledit appareil comprenant en outre, dans le circuit d'entrée, une mémoire ainsi que des moyens pour appliquer un signal analogique d'entrée reçu à la dite mémoire de manière qu'elle produise une tension analogique correspondant au dit signal d'entrée et qu'elle 25 emmagasine la dite tension après suppression du signal d'entrée. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mémoire comprend un condensateur relié au circuit comparateur» 3.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de signaux en dents de scie produit un signal en dents 30 de scie variant exponentiellement. 4.- Appareil électronique de lecture pour fournir des signaux de sortie en réponse à des signaux analogiques d'entrée et qui comprend un circuit d'entrée pour recevoir les signaux analogiques d'entrée, des moyens de conversion numérique pour afficher les si-35 gnaux de sortie et un comparateur pour commander les moyens de conversion numérique,appareil caractérisé en ce qu'il est prévu dans le circuit d'entrée une mémoire ainsi que des moyens pour introduire un signal analogique d'entrée dans la mémoire en vue d'établir dans celle-ci une tension analogique qui correspond au si-40 gnal analogique d'entrée et qui est emmagasinée par la mémoire après suppression dudit signal.