Brevet FR2108048A1 — publié le 19720512

La présente invention concerne un dispositif pour la séparation et la réunion des rayons lumineux dans les photomètres à double faisceau lumineux avec compensation facultative du rayonnement propre de l'échantillon. Dans de nombreux cas, on effectue avec des spectrophotomètres infra-rouges des recherches dans lesquelles la température de l'échantillon étudié dans le trajet des rayons de mesure est différente de la température dans le trajet des rayons de comparaison. De cette façon, lorsqu'on procède à des mesures d'absorption il peut se produire dans l'infra-rouge à grande longueur d'onde des dénaturations des résultats de mesure qui sont d'autant plus importantes que la température ou l'absorption de l'échantillon est plus élevée. On connaet déjà un dispositif pour la séparation et la réunion des rayons lumineux dans les photomètres à double faisceau lumineux qui permet de compenser à volonté le rayonnement propre émis par l'échantillon. Les rayons lumineux émis par une source lumineuse sont divisés par un miroir rotatif semi-circulaire en deux faisceaux lumineux partiels. Les deux faisceaux lumineux partiels sont envoyés chacun par un miroir de renvoi fixe dans la chambre de mesure ou de comparaison et ensuite sont déviés chacun par un autre miroir fixe sur un deuxième miroir rotatif semi-circulaire où ils sont réunis. Les deux miroirs rotatifs possèdent la même fréquence de rotation. Suivant la façon dont fonctionne le photomètre, c'est-àdire suivant qutil travaille avec ou sans compensation du rayonnement propre de l'échantillon, les deux miroirs rotatifs tournent avec une différence de phase de 900 ou de 1800. L'inconvé- nient de ce dispositif est que, lorsqu'on change le mode de fonctionnement, il est nécessaire de modifier l'angle de phase entre les deux miroirs tournants, d'autant plus qu'avant tout la différence de phase de 900 doit être observée avec une très grande précision. On connaît de plus un dispositif pour la séparation et la réunion des rayons lumineux dans les spectrophotomètres à compensation du rayonnement propre dans lequel la réunion des deux faisceaux lumineux partiels s'effectue au moyen d' un miroir fixe semi-transparent. Etant donné que dans ce cas la modulation de la lumière se produit avant la séparation des rayons lumineux, le rayonnement propre de l'échantillon engendre sur le récepteur thermo-électrique une tension continue dont il n'est pas tenu compte lors de l'amplification des signaux de réception qui a lieu ensuite. L'inconvénient de ce dispositif est qu'on ne peut utiliser que 50 % du rayonnement de la source lumineuse mtme lorsqu'une compensation du rayonnement propre n'est pas nécessaire pour les mesures. La présente invention se propose de réaliser un système de miroirs pour la séparation et la réunion des rayons lumineux dans les photomètres à double faisceau lumineux qui permet en plus la compensation facultative du rayonnement propre de l'échan- tillon sans qu'il présente les inconvénients signalés ci-dessus des dispositifs connus de ce genre. Pour résoudre ce problème, l'invention part d'un système de miroirs déjà connu dont les miroirs sont disposés de telle façon qu'un des deux faisceaux partiels produits par séparation au moyen d'un miroir tournant semi-circulaire, après avoir traversé la chambre de mesure, est dévié sur un autre miroir tournant semi-circulaire et y est réuni avec l'autre faisceau lumineux partiel qui a traversé la chambre de comparaison. Suivant l'invention, ce problème posé est résolu par le fait que la fréquence de rotation de l'un des miroirs tournants est réglée de façon fixe tandis que la fréquence de rotation de l'autre miroir tournant peut être réglée suivant deux valeurs de fréquence. les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence au dessin annexé. La fig. 1 représente schématiquement le dispositif suivant l'invention pour la séparation et la réunion des rayons lumi neux. La fig. 2 est une représentation graphique de la variation de la tension de signal des récepteurs de rayonnement en fonction des positions successives dans le temps des deux miroirs tournants pour une période de rotation du miroir tournant qui effectue la séparation des rayons lumineux. Dans la fig. 1, le faisceau lumineux 3 émis par une source lumineuse 2 est divisé au moyen d'un miroir tournant semi- circulaire 1 en un faisceau lumineux de mesure 4 et un faisceau lumineux de comparaison 5. Dans le trajet du faisceau lumineux de mesure 4 est disposée la matière à mesurer 6.Le faisceau lumineux de comparaison 5 traverse, après avoir été dévié de 900 sur un miroir fixe 7, une matière de comparaison 8, tombe sur un miroir tournant semi-circulaire 9 et y est réuni avec le faisceau lumineux de mesure 4 qui est lui aussi dévié de 900 sur un miroir fixe 10 après avoir traversé la matière à mesurer 6. Be faisceau lumineux 11 formé par la réunion des deux-faisceaux lumineux partiels 4 et 5 -arrive, après avoir subi une décomposition spectrale dans un monochromateur 12, sur un élément thermo-électrique 13. Be miroir tournant 1 est fixé sur un arbre 14 qui est monté dans des paliers 15 et tourne autour d'un axe X - X. le miroir tournant 9 est fixé sur un arbre 16, supporté dans des paliers 17 et effectuant des rotations autour d'un axe Y - Y parallèle à l'axe X - X.Un moteur 18 actionne par l'intermédiaire d'un arbre 19 et d'un accouplement magnétique 20 un arbre 21 qui est maintenu par un palier 22. A l'extrémité libre de l'ar- bre 21 est calée une roue conique 23 qui s'engrène avec une roue conique 24 disposée sur l'arbre 14. Be moteur 18 provoaue de plus la rotation d'un arbre 25 sur lequel sont calées des roues dentées 28 et 29 et qui tourne dans des paliers 26 et 27. Parallèlement à l'arbre 25 est disposé un arbre 30 avec un palier 31. L'une des extrémités de l'arbre 30 porte une roue dentée 32 qui lui est assemblée solidairement; l'autre extrémité de l'arbre 30 fait saillie à l'intérieur d'un arbre creux 33 qui traverse une paroi du bâti 34. L'arbre creux 33 est monté sur l'arbre 30 mobile dans le sens longitudinal de celui-ci mais calé en rotation, par exemple par une rainure et un ressort. La course de déplacement de l'arbre creux 33 avec les roues dentées 35 et 36 calées sur lui est limitée par une butée 37 et par le palier 31. Selon la position de butée de l'arbre 33, les roues dentées 28 et 35 ou bien les roues dentées 29 et 36 s'engrènent ensemble. 'les roues dentées 28, 29, 35 et 36 sont par exemple réalisées de facon que le rapport de transmission est de il à 1. La roue dentée 32 s'engrène avec une roue dentée 38 calée sur l'arbre 16. Sous l'action de l'arbre 21 mû par le moteur 18, et sous celle de sa roue conique 23, le mouvement de rotation est transmis par l'intermédiaire de la roue conique 24 à l'arbre 14 assemblé solidairement avec le miroir tournant 1. Grâce à l'une des deux roues dentées 28 ou 29 disposées sur l'arbre rotatif 25 et en liaison respectivement avec l'une des deux roues dentées 35 ou 36, l'arbre 30 est mis en rotation. La transmission de ce mouvement de rotation au miroir tournant 9 assemblé solidairement avec l'arbre 16 s'effectue par l'intermédiaire des roues coniques 32 et 38. Pour les mesures photométriques sans compensation du rayonnement propre, le dispositif fonctionne de façon connue en soi. Les miroirs tournants 1 et 9 tournent dans ce cas avec la même fréquence ou avec une différence de phase de 1800. C'est pourquoi l'accouplement magnétique 20 a été au préalable débrayé afin de déplacer les deux miroirs tournants de 1800 l'un par rapport à l'autre. De plus, il faut choisir la position de l'arbre creux 33 telle que les roues dentées 28 et 35 s'engrènent l'une dans l'autre. Lorsque les miroirs tournants sont disposés de cette façon, l'élément thermo-électrique 17 est atteint alternativement par le faisceau lumineux de mesure 4 et par le faisceau lumineux de comparaison 5. Lorsqu'on veut effectuer des mesures photométriques tout en procédant à la compensation du rayonnement propre, on modifie en déplaçant l'arbre creux 33 le long de l'arbre 30 la position des roues dentées 35 et 36 de telle façon que, comme le représente la fig. 1, les roues dentées 29 et 36 s'engrènent ensemble. De cette façon la fréquence de rotation du miroir tournant 9 est supérieure à celle du miroir tournant 1. Avec le dispositif suivant l'invention, deux modes de réalisation sont possibles pour les mesures avec compensation du rayonnement propre. Suivant un premier mode de réalisation, le miroir tournant 9 reçoit une fréquence de rotation qui est sensiblement supérieure à celle du miroir tournant 1. A titre d'exemple, pour une constante de temps du récepteur d'environ 30 ms, la fréquence de rotation du miroir tournant 1 peut être de 10 Hz et la fréquence de rotation du miroir tournant 9 de 110 Hz. De plus, la fréquence de rotation du miroir tournant 9 doit être suffisamment élevée pour que l'élément thermo-électrique ne puisse pas séparer dans le temps les impulsions-lumineuses qui se succèdent. Dans ce mode de réalisation, le miroir tournant 9 joue le rôle d'un miroir semi-transparent dans lequel le rayonnement propre venant du trajet des rayons de mesure et du trajet des rayons de comparaison arrivent en même temps au récepteur. Etant donné que la modulation de la lumière s'effec- tue déjà avant la division des rayons sous l'action du miroir tournant 1, le rayonnement propre n'engendre sur l'élément thermo-électrique 13 qu'une tension continue qui n'est pas amplifiée et n'entre donc pas non plus dans la valeur mesurée indiquée. Dans un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, le miroir tournant 9. tourne à une fréquence de rotation f2 qui est un multiple entier de la fréquence de rotation f1 du miroir tournant 1. f2 = 2.n.f1 relation dans laquelle n est un nombre entier. La fig. 2 dans laquelle on a représenté la variation de la tension S en fonction du temps T va permettre d'expliquer le fonctionnement du dispositif suivant la fig. 1 pour n = 3. Pour simplifier les choses, on admettra que, sur l'élément thermo-électrique 13, tombent des impulsions lumineuses qui engendrent des impulsions de tension rectangulaires. A la tension Q correspond l'énergie de rayonnement propre dans le trajet des rayons de mesure et à la tension SEV correspond l'énergie de rayonnement propre dans le trajet des rayons de comparaison. La tension X est égale à la tension engendrée par la totalité de l'énergie de rayonnement du trajet des rayons de mesure moins la tension BEM. De façon analogue, la tension SV est égale à la tension produite par la totalité de l'énergie de rayonnement du trajet de rayons de comparaison moins la tension SEV. Pendant une période de commutation T1, le miroir tournant 1 interrompt la marche des rayons de comparaison et l'élément thermo-électrique 13 délivre pendant trois périodes de commutation du miroir tournant 9, par exemple t1, t3 et t5 une tension égale à SEM + X et pendant les trois périodes de commutation intermédiaire t2 , t4 et t6 une tension SEV. Dans une période de commutation T2 faisant immédiatement suite à la période de manoeuvre T1, le miroir tournant 1 bloque le trajet des rayons de mesure. Pendant la période de commutation t7, tg et t11 la tension SEM est produite et, pendant les périodes de commutation t8, t10 et t12, la tension SEV + S est produite.Lorsque la période de commutation T2 est terminée, le miroir tournant 1 interrompt à nouveau le trajet des rayons de comparaison et le processus décrit recommence périodiquement. les périodes de commutation T1 et T2 du miroir tournant 1 sont égales entre elles, de même que les périodes de commutation t1 à t12 du miroir tournant 9. Comme on peut le voir facilement, la somme des valeurs de tension produites par le rayonnement propre pendant les périodes de commutation T1 et T2 est la même et il n'en est donc pas tenu compte lors de l'amplification de tension alternative qui a lieu ensuite. Seules les tensions SM et SV servent, après leur application, à déterminer la valeur mesurée. Be deuxième mode de réalisation est particulièrement avantageux à utiliser lorsqu'on désire éviter d'avoir de trop grandes fréquences de rotation pour le miroir tournant servant à réunir les rayons lumineux. il va de soi que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation du dispositif comportant un miroir de déviation fixe dans chacun des trajets de rayons lumineux de mesure et de comparaison. De même, au lieu de la transmission mécanique pour modifier la fréquence de rotation de l'un des miroirs rotatifs, on peut aussi utiliser par exemple des moyens électriques. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour séparer et réunir les rayons lumineux dans les photomètres à double faisceau lumineux avec chambre de mesure et de comparaison et compensation facultative du rayonnement propre de l'échantillon, constitué d'un système à miroirs dont les miroirs sont disposés de telle façon que l'un des deux faisceaux lumineux partiels obtenus par séparation au moyen d'un miroir tournant semi-circulaire est dévié après traversée de la chambre de mesure et arrive sur un autre miroir tournant semicirculaire où il est réuni avec l'autre faisceau lumineux partiel qui a traversé la chambre de comparaison, caractérisé en ce que la fréquence de rotation de l'un des miroirs tournants est fixe et que la fréquence de rotation de l'autre miroir tournant peut être réglée sur deux valeurs de fréquence. 2 - Dispositif pour la séparation et la réunion des rayons lumineux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour les mesures photométriques sans compensation du rayonnement propre de l'échantillon, la fréquence de rotation du miroir tournant réglable sur deux valeurs de fréquence est égale à la fréquence de rotation de l'autre miroir tournant. 3 - Dispositif pour la séparation et la réunion des rayons lumineux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour les mesures photométriques avec compensation du rayonnement propre d'échantillon, la fréquence de rotation du miroir tournant réglable sur deux valeurs de fréquence, est élevée par rapport à la fréquence de rotation de l'autre miroir tournant, la modulation du rayonnement produite par le miroir tournant réglable n'étant pas résolvable dans le temps dans le photomètre à double faisceau lumineux. 4 - Dispositif pour la séparation et la réunion des rayons lumineux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que dans les mesures photométriques avec compensation du rayonnement propre de l'échantillon, la fréquence de rotation du miroir tournant réglable sur deux valeurs de fréquence est un multiple entier de la fréquence de rotation de l'autre miroir tournant.