Brevet FR2577045A1 — publié le 19860808

L'invention concerne un réfractomètre. Elle permet d'étudier un milieu par la mesure de l'indice de réfractipn de celui-ci et peut s'appliquer par exemple au contrôle de la maturité des fruits, de la qualité du lait ou de la charge d'une batterie d'accumulateurs. On utilise depuis longtemps, pour la mesure de l'indice de réfraction d'un milieu, des réfractomètres utilisant la méthode de l'angle limite: on met au contact du milieu dont on veut mesurer l'indice un prisme d'indice connu et on éclaire la surface de séparation de ces deux milieux dans le but de déterminer l'angle minimum d'incidence pour lequel la réflexion est totale, c'est-àdire l'angle limite. Four de terminer l'angle limite, on peut par exemple éclairer la surface séparant les deux milieux sous toutes les incidences à la fois et déterminer, par exemple en déplaçant une petite cellule devant le faisceau réfléchi, l'angle d'incidence pour lequel la quantité de lumière reçue par la cellule varie rapidement. On peut aussi utiliser une grosse cellule recevant tout le faisceau réfléchi à la fois et déterminer, sur l'image reçue par cette cellule la position de la séparatrice. On peut aussi, au lieu d'éclairer la surface séparant les deux milieux sous toutes les incidences à la fois, sélectionner un petit pinceau correspondant à une incidence et faire varier la position de ce pinceau. Ce pinceau peut être sélectionné au moyen d'une. fente mobile placée dans la pupille de l'objectif. Une cellule fixe de dimensions suffisantes pour être atteinte successivement par chacun des faisceaux réfléchis détermine la position de la fente pour laquelle l'éclairement de la cellule varie rapidement. Cependant, de tels réfractometres présentent des inconvénients: en particulier, puisque la lampe doit éclairer, soit sous toutes les incidences à la fois, soit une fente mobile dans un faisceau, il est nécessaire de choisir une lampe suffisamment puissante, donc de durée de vie limitée. En outre, ces réfractomètres supposent une position bien précise de la source lumineuse et une répartition d'éclairement homogène en direction. Or, si l'on est obligé de changer la lampe relativement souvent, on aura du mal à placer la nouvelle lampe dans la même position précise que la première. D'autre part, le déplacement de la cellule ou de la fente est coûteux et entraîne des imprécisions. Dans le mode de réalisation où l'on éclaire sous toutes les incidences à la fois, on a en outre une forte diffusion donc une présence de lumière parasite. I1 faut ajouter que ces réfractomètres sont asse-z- encombrants et ne permettent pas de mesurer facilement L'indice d'un milieu, soit en surface quand cette surface est de faible étendue ou d'accès difficile, soit en profondeur à moins d'endommager ledit milieu (un fruit contrôlé par de tels réfractomètres ne pourra plus être vendu, par.exemple). Le réfractomètre décrit dans la demande de brevet français n-80-24244 déposée le 14 novembre 1980 par la demanderesse tente de remédier aux inconvénients précités: dans ce réfractomètre, la source éclaire une fente-source qui a pour image par rapport à un système optique l'une des fentes d'une grille fixe perpendiculaire à l'axe optique et percée de fentes parallèles entre elles régulièrement espacées correspondant chacune à un angle d'incidence du faisceau optique sur- le prisme; des moyens sont prévus pour que l'image de la fente-source sur la grille puisse être successivement chacune des fentes de la grille; la pupille, située dans le plan de la source, est conjuguée avec la face de sortie du prisme et reste immobile lors du déplacement de l'image de la fente-source sur la grille. Ce réfractomètre nermet l'utilisation d'une source neu puissante. nar exemple d'une diode électrolumine & ente. nrésentant l'avantage de donner plus dè orécisions à l'appareil puisque la lumière est monochromaticue . En outre le fait que la ouille reste immobile annote une bonne orécision à l'appareil Toutefois, ce réfractomètre est assez encombrant, comme les réfractomètres cités nlus haut, et ne oermet sas de mesurer I indice d'un milieu en surface quand cette surface est de faible étendue ou d'accès difficile ni en Drofondeur C'est pourquoi, la orésente invention a nour but un réfractomètre très neu encombrant qui nermette d'effectuer la mesure de l'indice d'un milieu. aussi bien en surface qu'en Drofondeur et auelle aue soit la difficulté d'accès à ce milieu;l'invention vise également un réfractomètre très orécis et très sensible. Plus oarticulièrement, l'invention concerne un réfractomètre. destiné à la mesure de l'indice de réfraction d'un milieu et caractérisé Na le fait qu'il comnorte: -une fibre ontique dont l'une des extrémités, dite oremière extrémité.est destinée à être mise en contact avec le milieu à étudier -une source lumineuse;; -des movens de focalisation sur l'autre extrémité de la fibre dite deuxième extrémité.du faisceau lumineux issu de la source -des movens de mesure du flux lumineux issu de la deuxième extrémité de la fibre Dans un mode Dréférentiel de réalisation de I' invention, la première extrémité est terminée Dar deux facettes en biseau oui de oréférence.se couvent à anle droit En outre selon une caractéristiaue additionnelle de l'invention, l'un des biseaux constitue un miroir totalement réfléchissant. De préférence, l'intçrsection des deux biseaux est située en dehors de l'axe de la fibre. Mais, afin d'être mieux comprise, l'invention va maintenant être décrite de façon plus précise, en référence à un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d'exemple et représenté par les dessins annexes. - la Fig. 1 représente schématiquement, en coupe longitudinale, un réfractomètre à fibre optique selon l'invention; - Fig. 2 représente une vue agrandie de la fibre optique du réfractomètre de la Fig. 1. Le réfractomètre selon l'invention comporte une fibre optique 1 dont l'une des extrémités 2 a été mise en contact avec un milieu 3 à étudier. Ce milieu 3 est par exemple constitué par un fruit. L'autre extrémité de la fibre, repérée par 4, est sertie dans un boîtier 5 qui contient en outre une source lumineuse 6, constituée d'une diode électroluminescente émettant un faisceau lumineux 7 et des moyens, constitués de deux lentilles 8 et 9, de focalisation sur l'extrémité 4 du faisceau lumineux 7. Le boitier 5 comporte en outre des moyens de mesure du flux lumineux issu de l'extrémité 4 de la fibre 1. Ces moyens sont constitués d'une cellule photoélectrique 10 sur laquelle est focalisé ledit flux lumineux au moyen de la lentille 9, d'un miroir semi-transparent 11, d'un miroir totalement réfléchissant 12 et d'une lentille convergente 13. Alors que l'extrémité 4 de la fibre 1 est terminée de façon classique par une section plane perpendiculaire à l'axe x'x (Fig. 2), de la fibre 1, l'extrémité 2 est terminée par deux biseaux 14 et 15 se coupant à angle droit. L'un des biseaux, 15, est constitué d'un miroir totalement réfléchissant. De Dréférence, les deux biseaux 14 et 15 ne sont Das svmétriaues nar ranoort à l'axe x'x de la fibre I mais leur intersection 16 est située en dehors de cet axe x'x . En outre.le biseau 14,Dlacé du même côté de l'axe x'x que l'arête 16 sera avantaeeuse- ment Dlus incliné nar rannort à l'axe aue l'autre biseau 15. Parmi les ravons lumineux tombant sur le biseau 14, certains, tels le ravon 17,sont réfractés et entrent dans le milieu 3,selon la direction 17' ,alors que d'autres ravons,tel les ravons 18 ou 19 ,se réfléchissent sur le biseau 14,tombent sur le biseau b5 sur leouel ils sont éale- ment réfléchis nuisque celui-ci est un miroir totalement réfléchissant. Les biseaux 14 eet 15 se couoant à anale droit, les ravons réfléchis 18', 19' empruntent les mêmes directions de orooaaation à l'intérieur de la fibre 1 et sortent ensuite de celle-ci nar l'extrémité 4. Ces ravons 18" ,19" issus de l'extrémité 4 constituent le flux lumineux mesuré nar la cellule 10. Ainsi, le flux mesuré nar la cellule 10 est.reorésentatif de l'indice du milieux 3: suivant la valeur de l'angle limite relatif à la surface du biseau 14,cet anale déDendant, comme nous l'avons exoliaué olus haut ,de l'indice du milieu 3 à étudier, un nombre olus ou moins im oortant de rayons lumineux est réfléchi sur le biseau 14 et ressort de la fibre ontique I Dar l'extrémité 4 avant d'être focalisé sur la cellule 10.Dans le cas de la fiure 2,l'ansle d'incidence du ravon 17 est inférieur à l'anale limite alors que l'anale d'incidence des faisceaux 18 et 19 est suDérieur à cet anale limite Un étalonnasse du réfractomètre oermet de déduire directement du flux lumineux mesuré sur la cellule 10 l'indice du milieu 3. Le réfractomètre selon l'invention présente de arands avantages: il est en oarticulier très neu encombrant puisque la oartie de celui-ci qui est mise en contact avec le milieu 3 est constituée d'une fibre ontique; le diamètre d'une telle fibre ne dénassant Das quelques centaines de microns,on comprend qu'un tel réfractomètre permette de mesurer oar exemnle,la maturité d'un fruit sans endommaaer celui-ci ou d'accéder facilement à l'électrolyte d'une batterie d'accumulateurs En outre, I'utilisation d'une fibre ontique, éclairée oar une diode électroluminescente, aDoorte, bien, sûr,une très grande précision au réfractomètre.Le fait aue l'intersection 16 des biseaux 14 et 15 soit située en dehors de l'axe x'x de la fibre I Dermet de olus un excellent couDlaee d'énergie donc une très bonne sensibilité de la mesure . En effet, râce à cette confi7uration,aucun rayon n'est réfracté dans la gamme ontique 21 de la fibre 1 agrès réflexion sur les biseaux,même dans le cas des rayons d'incidences extrêmes et dont les points d'imoact au niveau du biseau 14 se situent à l'interface coeur 22-oaine 21-biseau 14. Bien entendu,l'invention ne se limite Das au mode de réalisation qui vient d'être décrit, uniquement à titre d'exemgle,mais elle couvre étalement tous les modes de réalisation qui n'en diffèreraient que nar des détails, Dar des variantes d'exécution ou Dar l'utilisation de moyens équivalents,dans le cadre des revendications. Ainsi,l'extrémité 2 de la fibre ontique 1 Dourrait être terminée non Dar deux biseaux mais nar trois biseaux constituant un trièdre.Elle pourrait éalement être terminée nar un cône REVENDICATIONS 1. Réfractomètre, destiné à la mesure de l'indice de réfraction d'un milieu, caractérisé par le fait qu'il comporte: - une fibre optique (1) dont l'une des extrémités, dite première extrémité (2), est destinée à être mise en contact avec le milieu (3) à étudier; - une source lumineuse (6); - des moyens (8, 9) de focalisation sur l'autre extrémité de la fibre (1), dite deuxième extrémité (4), du faisceau lumineux (7) issu de la source (6); - des moyens (10) de mesure du flux lumineux issu de la deuxième extrémité (4) de la fibre (1). 2. Réfractomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première extrémité (2) est terminée par deux biseaux (14, 15). 3. Réfractomètre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les deux biseaux (14, 15) se coupent à angle droit. 4. Réfractomètre selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'un des biseaux (15) constitue un miroir totalement réfléchissant. 5. Réfractomètre selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que l'intersection (16) des deux biseaux (14, 15) est située en dehors de l'axe x'x de la fibre optique. 6. Réfractomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première extrémité (2) est terminée par trois biseaux constituant un trièdre. 7. Réfractomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première extrémité (2) est terminée par un cône.