Brevet FR2043828A1 — publié le 19710219

2043-828 La présente invention est relative à un procédé et un appareil destinés à examiner des propriétés physiques ou chimiques de substances . L'invention vise en particulier à améliorer les propriétés j d'examen d'un objet examiné en combinaison avec un appareil pour mesurer les valeurs de mesure détectées variant avec le temps , et ' plus précisément à obtenir un enregistrement des résultats mesurés lorsqu'on mesure des phénomènes extrêmement rapides , une indication des valeurs mesurées étant obtenue au moyen d'une série de 10 dispositifs détectant la valeur à mesurer et emmagasinant une charge électrique qui représente cette valeur jusqu'à ce qu'elle soit mesurée . L'invention a pour but d'améliorer l'analyse cristallogra-phique aux rayons X , en relation avec laquelle l'invention est dé-15 crite ci-après , en vue de la spectrométrie de masse et pour d'autres examens similaires dans lesquels il est intéressant d'obtenir un enregistrement de phénomènes de durée extrêmement courts . Actuellement, l'examen cristallographique aux rayons X est une aide extrêmement précieuse lorsqu'on étudie l'architecture 20 atomique de composés chimiques et présente des applications importantes dans les domaines de la physique du solide et dé la biologie moléculaire .La technique en question est extrêmement intéres*-sante du fait qu'elle fournit non seulement une information univoque et exacte concernant la structure dans l'espace des composés exa-25 minés mais peut également révéler des détails concernant la distribution électronique des atomes dans les liaisons chimiques . Dans un procédé d'examen cristallographique, il faut enregistrer un très grand nombre de Réflexions des rayons X; 3 000 environ pour une molécule de dimension moyenne, ainsi que leur ■50 direction et leur intensité . Grâce à l'existence de machines très rapides de traitement de données, il a été possible d'effectuer das calculs cristallographiques basés sur un matériau aussi étendu qu'on le désire, la technique utilisée ayant été en outre facilitée par la disponibilité d'appareils automatiques d'enregistrement ejfc 35 d'évaluation des réflexions des rayons X . Actuellement, le procédé d'analyse le plus courant consiste à enregistrer les réflexions sur une pellicule et à évaluer ensuite la pellicule manuellement ou automatiquement.L'enregistrement sur pellicule photographique d'une information donnée nécessite souvent 40 une durée considérable , deux semaines entières par exemple, tan 70 19706 2 2043828 dis que l'évaluation de ces pellicules peut s'effectuer en une heure . Dans second procédé connu, l'enregistrement est assuré par un compteur à scintillations , le rayonnement émis par les rayons ^ X étant converti par fluorescence en quanta de lumière dans un cristal à scintillations, les quanta provoquant l'éjection de photo-électrons qui sont accélérés ensuite et multipliés dans un tube photo-multiplicateur comportant un certain nombre de dynodes. On obtient une amplification supérieure à 10^ et les impulsions 10 engendrées sont comptées par un compteur électronique d'impulsions. Avec ce procédé, on obtient une grande précision (1# avec de petites réflexions régulières ) . En raison du fait qu'une seule ou que quelques réflexions sont examinées à la fois, le nombre de déplacements du détecteur et du cristal est plus grand ainsi que 15 le nombre d'enregistrements .Pour une substance particulière, il faut ordinairement deux semaines pour recueillir les données . L'invention vise à fournir un procédé d'analyse en particulier un procédé d'analyse cristallographique aux rayons X et de spec-trographie de masse, qui combine les avantages de l'enregistracent 20 simultané au moyen d'une pellicule photographique à la sensibilité élevée d'un compteur à scintillations . L'invention est basée sur les points suivants . Une première condition qui doit être imposée aux détecteurs de la propriété physique devant être mesurée est qu'un circuit 25 parallèle d'éléments détecteurs accompagné d'un agejseèment destinés à convertir les signaux des détecteurs en information pouvant être utilisée pour uh calcul ultérieur nécessaire ne soit pas prohlbi-tivement coûteux . L'angle de sortie des rayons X diffractés doit être mesuré avec une résolution d'environ 1° . Pour détecter tou-^0 tes les réflexions, le pouvoir de résolution doit être tel qu'une réflexion soit mesurée par un certain nombre d'éléments détecteurs et que les valeurs de la réflexion , c'est-à-dire l'intensité et l'angle de sortie, soient calculés, à partir de l'information de mesure d'un certain nombre de points de mesure de la réflexion . 35 A cet effet, un élément détecteur doit couvrir une zone angulaire d'environ 0,3 x 0,3° , et il faut donc disposer d'environ 500 000_ éléments détecteurs disposés suivant une sphère autour du cristal examiné . Pour obtenir un résultat désiré, un tel réseau d'éléments détecteurs doit être capable de fournir des mesures de tou-40 tes les intensités comprises entre 50 quanta par seconde é;fc 100 000 70 19706 3 043328 quanta par seconde avec une précision-, prédéterminée ecaprise entre 2.% et 10$, de mesurer les données devant être -"aiplifié-is et adaptées de manière à être appliquées à un calculateur classique et emmagasinées en voie d'un traitement ultérieur . 5 Une autre condition à laquelle doivent satisfaire les moyens détecteurs pour fournir une mesure simultanée des réflestîoœ rde toutes les intensités est qu:ils doivent comprendre des éléments intégrateurs de façon à obtenir une intégration de l'énergie représentant la valeur à mesurer s l'intégration de l'énergie des 10 rayons X par exemple, pendant une période , période d'intégration qui est suffisamment longue pour que l'énergie correspondant aux réflexions les plus faibles, soit basée sur au i3oîns 100 quanta de rayons X , la gagne d1intégration linéaire étant suffisamment grande pour que les réflexions fortes ayant une énergie basée sur 15 environ 200 000 quanta de rayons X puissent être mesurées . Si l'élément d'intégration est du type numérique , une condition à laquelle il doit satisfaire est qu'il puisse compter Jusqu'à 200 000 au «oins, ce qui conduit à un appareillage de traitement de l'information très élaboré en raison du fait que le nouïare d'é-20 léments d'intégration nécessaires est le même que le nombre d'éléments détecteurs . Des éléments d'intégration du„type analogique ne peuvent pas être utilisés dans la pratique, la précision devant être d'au moins 0,05 pour 1 000. 25 L'invention a pour but de supprimer la difficulté pour ne pas dire l'impossibilité de fournir actuellement des appareils permettant d'effectuer un tel enregistrement . Au lieu d'utiliser des intégrateurs ayant une gamme linéaire étendue comme dans la situation décrite ci-dessus, pour laquelle 30 les appareillages de mesure connus permettent d'assurer une rapidité désirée pendant la mesure tout en maintenant une précision requise, l'invention fournit un procédé grâce auquel on peut utiliser des intégrateurs présentant une gamme linéaire assez petite, les mesures étant effectuées de telle manière que, dans un appa-35 reil comprenant une série d'éléments détecteurs afin d'engendrer de la lumière en fonction de la valeur mesurée et émanant d'un objet examiné à l'emplacement de mesure , et comprenant des moyens pour intégrer la valeur reçue par les éléments détecteurs ,cette valeur servant à actionner les dispositifs détecteurs pendant une 40 série d'intervalles de temps déterminés avec précision et détermiBAD ORIGINAL 70 19706 4 2043828 nant à la fin de chaque intervalle d-actionnement ainsi dé?':3 ni •?eœr. das dispositifs d ' intégration d-s la série qui ont atteint un niveau particulier d'un ou de plusieurs niveaux prédéterminés de la valeur û * intégration représentant l'intensité de la val'swr 5 tioimant ?_ss dispositifs déteeteiirs respectifs et eng3E.dre'r ^e^r-l©s dispositifs déte-cteurs par la valeur intégrée . D1 autres caractéristiques et avantages ds 1 * invention raîtront su cours de la description suivante, donnée à titra d'exemple et faite en référence - aux dessins annexés, dans Xss-10 Qiels § la Fig.l représente un mode de réalisation d'un appareil ff-loa l'Invention sous forme de «ehéaa synoptique j la Fig.2 représente un détail de l'appareil selon la ^ig,.l qui @st destiné à détecter le rayonnement émis dans différentes 15 directions par un cristal lorsqu'il sst exposé à un rayonnement 1 principal . L'3 seîjésa synoptique de la Fig.X représente un appareil- gsl'ja X'iwention en combinaison avec ou comprenant un calculâtes âe traitement de l'information 1 auquel des signaux représentant 20 le résultat de mesure sont appliqués en vue d'une évaluation ultérieure , le calculateur étant programmé commodément de façon à engendrer des signaux de cowande ou pour recevoir des signaux de o©amande d'une source de rayons X 2 utilisée pour la mesure par diffraction des rayons X par l'intermédiaire d'une ligne d® 25 signaux de commande 3 .Selon le cas, des signaux de commande peuvent aussi bien actionner des filtres désirés destinés à filtrer un rayonnement X principal R utilisé pour examiner un objet 0. Dana le mode de réalisation représenté à la Fig.l, l'appareil e««prend une table-objet 4 tournante destinée à faire tourner 30 l'objet G de mesure à des positions différentes successives par rapport à la source 2 de rayons X et un transducteur de rayons X, un écran fluorescent 5 disposé de manière à recevoir le rayonœr-ment CR diffracté par l'objet , La table-objet tournante 4 comprend un dispositif tel quHm 35 moteur pas à pas 4 A par exemple pour faire tourner l'objet pas à pas entre des mesures successives du rayonnement X diffracté par l'objet . La rotation de la table-objet s'effectue sous la commande de signaux de commande provenant du calculateur 1 par l'intermédiaire d'une ligne à signaux de commande 6. 40 L'image Ar-T^yenrwBent émis par le cristal C et frappant le BAD ORIGINAL L- i ' tzit v*Li fJ \ LU" À* s'. É3 - i.- * -. "ri. * -: 0(3 1 î ' " _ 1. f:fr- 7 d'un dispositif 8 de balayage d'images et d'amplification des signaux d'images de grande sensibilité . 3ien qu'un transfert d'images engendrées sur l'écran fluorescent 5 ver:: la fenêtre ^ d'entrée 7 du dispositif de balayage et d'amplification 6 puisse en général être assuré par un système optique de lentilles, on obtient des avantages particuliers en utilisant des fibres optiques à cet effet, de telles fibres optiques qui sont bien connues dans la technique étant représentées schématiquement par les 10 droites parallèles 10, du fait qu'un système à filtres optiques assure un rendement meilleur et chaque fibre du système représente une zone discrète de l'écran fluorescent 5 et une photo-mosaîque ou un dispositif correspondant représente la fenêtre d'entrée 7 du dispositif 8 de balayage et d'amplification . 15 Dans le.dispositif 8 de balayage d'images et l'amplifica tion des signaux d'image , l'image transférée de l'écran fluorescent 5 à la fenêtre d'entrée 7 est intégrée par la photo-mosaïque pendant une période d'intégration avant d'être balayée pour convertir l'image en un signal électrique vidéo qui est modulé en 20 fonction de l'amplitude et de la position de la lumière incidente. Dans un mode de réalisation préféré, les composants qui font partie du dispositif 8 comprennent un amplificateur d'image 15, bien connu dans la technique, qui assure une amplification 25 dite parallèle et simultanée de tous les éléments de l'image , un dispositif de transfert optique 16, qui est constitué commodément par un système optique à lentilles ou à fibres optiques , qui transfère l'Image amplifiée à un appareil de prise de vues de télévision 17, du type vidicon SEC ou IS0C0N , par exemple, 30 dans lequel l'image est encore amplifiée , intégrée et balayée au moyen d'un circuit électronique de balayage 19 et convertie en un signal électrique vidéo d'une manière bien connue . Le signal vidéo ainsi obtenu est de nouveau amplifié dans un amplificateur classique de signaux vidéo lé avec un faible 3--.: niveau de bruit .Le- signaux de sortie ainsi obtenus au dispositif de balayage d'images sont ainsi -s signaux qui ~cnt bien connu.*? dans les techniques de la télévision , c'est-à-dire xm signal vidée -ur la ligne à signaux video un signal impul-sionnel de uéealage d'images sur la ligne à impulsions d'images **0 12 et un signal impulsionnel de décalage de ligne sur la ligne ? BAD ORIGINAL La ligne de;; .signaux vi-ir-. y ;,r.:-l:qur- le vid^o à un dispositif de mesure d1 intensité 11 afin de mesurer l'amplitude du signal au moyen d'un réseau de discrimineur de niveau des signaux .Le signal impulsionnel d'image et le signal impulsionnel de ligne sont appliqués par l'intermédiaire de la ligne 12 et de la ligne 13 respectivement à un dispositif de mesure de la position 14 qui mesure les coordonnées du faisceau d'électrons en fonction des impulsions au moyen de compteurs électroniques . Le dispositif 11 de mesure de l'intensité des signaux vidéo comporte un conducteur de sortie 20 qui est connecté à une entrée du dispositif de mesure de position 14 afin de lui appliquer un signal de coordination de mesure lorsque l'amplitude du signal vidéo est supérieure à un niveau prédéterminé .L'information de position et 11 information d'intensité étant engendrées dans ce cas, sur une ligne de signaux de sortie 22 provenant du dispositif de mesure de position 14 et une ligne de sortie d'information de l'intensité 21 provenant du dispositif 11 et connectée à un combinateur de données 23 dans lequel les données de position et d'intensité sont combinées en une forme destinée au calculateur. Lorsque le balayage du dispositif de balayage d'image est effectué selon les normes de télévision, le balayage s'effectue si rapidement que le calculateur peut ne pas 'être capable de recevoir immédiatement les mots d'information engendrés par le combinateur de données 23, de sorte que les motfe d'information sont transférés de la sortie du combinateur 23 à un dispositif de mémoire 25, constitué par une mémoire rapide de petite dimension . Le calculateur 1 est programmé au moyen de signaux de commande de transfert des données par l'intermédiaire de la ligne de signaux de commande de transfert de données 24 afin de commander la circulation des données entre la mémoire 25 et le calculateur prr une ligne de transfert de données 26. De plus, le calculateur 1 est programmé de manière à commander la séquence des durées d'intégration d'une manière telle que la durée d'intégration est transférée .-ous forme codée numérique par l'intermédiaire d'une ligne •3e données d'expositior 28 à un circuit électronique d'exposition 30. Lorsqu'un signal impulsionnel d'images provenant du dispositif de balayage 19 apparaît sur la ligne d'impulsion d'images 12, un signal de blocage est engendré par le circuit d'exposition 30 et est appliqué par l'intermédiaire d'un conducteur 31 de sortie I bad ORIGINAL 70 19706 7 2043828 des signaux de blocage à un dispositif de balayage 19 dans lequel le signal bloque le faisceau électronique de balayage de l'appareil de prise de vue de télévision aL& durée du signal de blocage dépend de la durée de la période ù. ' intégration codée numériquement 5 et, à la disparition du signal de blocage , une iâtipuision de déclenchement du balayage est engendrée sur le conducteur de sortie 31 du circuit d'exposition 30 et est appliqué au calculateur par l'intermédiaire d'une ligne 29 de sortie «tes impulsions de déclenchement du balayage du circuit d'exposition 30. 10 Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le trans ducteur 5 de rayons X , le système optique à fibres 10 et le dispositif 8 de balayage et d'sasplifieatioa g3 images sent combinés en un seul élément, c came représenté h la Fig*2. Cette Fig.2 représente ainsi à titre d'exemple im dispositif générateur d5Ima-15 ges et de balayage qui comprend un ensemble coEïporfcant un ou plusieurs transducteurs 5 de rayons X qui peuvent être combinés, le cas échéant, dans une chambre cubique entourant ifobJet à examiner et disposés sur une table-objet 4, tous les transducteurs éclairant par l'intermédiaire des fibres optiques conductrices 20 de lumière la fenêtre d'entrée photo-aoaalque 7 du dispositif 8 de balayage et d'amplification „ En appliquant l'invention à la spectrométrie de massef qui est un autre domaine d'investigations des propriétés des matériaux, auquel l'invention peut être appliquée avantageusement, la 25 seule modification de meulage représenté à la Figol est qu'au lieu de la source 2 à rayons X, de la table 4 et de l'écran détecteur 5 d'écrits ci-dessus , on utilise un appareillage de spectro-graphie de masse classique en combinaison avec un détecteur pour convertir les impulsions ioniques en impulsions lumineuses, comme 30 il est bien connu dans la technique , les dispositifs détecteurs étant dans ce cas particulier disposés linéairement afin de recevoir les ions engendrés et déviés pendant les mesures en ligne, les éléments discrets des dispositifs détecteurs alignés étant connectés à la fenêtre d'entrée 7 du dispositif 8 de balayage et 35 d'amplification et disposés selon une surface à balayer , les coordonnées d'un point image de la fenêtre 7 représentant les coordon® nées des éléments correspondants des moyens détecteurs alignés 5' 70 19706 8 2043828 REVENDICATIONS 1-Froaëdë d'enregistrement d'un résultat de mesure lorsqu'on mesure des phénomènes rapides au moyen d'un dispositif détecteur* -convertiissant la valeur à mesurer en signaux luminvtm 5 d'intensité correspondante, en particulier pour une analyse -_»ri£ -t&llograpîiique aux rayons X ou la spectrographi® cle masse ,©arc.o-térisé en m qu'il consiste, dans un apparei 1 comprenant une. série de tels éléments détecteurs destinés à engendrer de la l*ia£«*r -ocr'£^spoMait>; à la valeor à -Easîirer si des glspasitiis aasuLltiêsi 10 individuellement à chacun des détecteurs pour intégrer le ôigzï&l qui en provient , à actionner au isoyen de ladite valeur , hz se-rie d'él^eats détecteurs pendant uns série d2intervalles de temps déterminés avec précision et à déterminer à la fin des iiv- ' tervalles ainsi définis , ceux des dispositifs d'intégration £.e 15 la série ayant atteint aa M veau particulier gfvmt un ou plusieurs k ^eaïasup^déter-ainês de la valeur d'intégration représentant intensité de la valeur qui. actionne les éléments détecteurs respectifs . 2-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en es 20 l'intégration est interrompue à plusieurs instants déterminés avee-préoision après le début des mesures et un enregistrement est effectué pour les éléments d'intégration ayant atteint ou 3-lpass* un niveau prédéterminé à la suite de quoi l'intégration reprend jusqu'à une nouvelle période d'interruption. 25 3-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'intégration est effectuée pluslem'% fois pendant des périodes de temps différentes et déterminées avec précision . 4-Appareil d'enregistrement de résultats de mesure lorsque des phénomènes rapides sont mesurés au moyen d'un dispositif dé-30 tecteur convertissant en signaux lumineux l'action d'une valeur à mesurer pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quel conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il coraprtiîa une séEie de dispositifs détecteurs qui engendrent un signal en fonction de l'action de la valeur à mesurer, des moyens combinés 35 individuellement avec chacun des détecteurs afin d'intégrer le signal engendré par le détecteur correspondant, des moyens permettant à la valeur à mesurer d'actionner les moyens détecteurs pendant une série de périodes déterminées avec précision, des moyens pour déterminer à la fin.de chaque période déterœinée avec 40 précision les moyens d'intégration de la série ayant atteint un 70 19706 9 2043828 niveau particulier d'un ou de plusieurs niveaux prédéterminés de la valeur d'intégration représentant l'intensité de la valeur actionnant un moyen de détection particulier , des moyens destinés à emmagasiner les données représentant la position du moyen 5 détecteur pour lequel l'intégration de la valeur intégrée représentant la valeur à mesurer a atteint un niveau particulier et prédéterminé pour chaque période d'actionnement et des moyens pour enregistrer les données emmagasinées .