Brevet FR2590979A1 — publié le 19870605

DISPOSITIF PERMETTANT DE MESURER QUASI-SIMULTANENENT DEUX SIGNAUX SPECTROSCOPIQUES VOISINS La présente invention se rapporte à un dispositif permettant de mesurer quasi-simultanEment deux signaux spectroscopiques voisins l'aide de la même channe de détection. Ce dispositif trouve une application dans l'analyse d'éléments sous forme de traces au moyen d'appareils mono-canaux ou multi-canaux, c'est- -dire de monochromateurs ou de polychromateurs. Dans l'analyse d'éléments traces par spectroscopie, le problème à résoudre, comme on le voit sur la figure 1 du dessin annexé, est de mesurer avec suffisamment de précision la hauteur ou la surface d'un pic correspondant à une raie caractéristique de l'élément trace, à ctté d'une surface ou d'une hauteur considérablement plus importante, correspondant, elle, au "fond spectral" qui n'est pas causé par l'élément chimique à analyser. Outre le fait qu'on risque d'avoir à évaluer des pics voisins de surface totalement dissemblables, avec des chevauchements possibles, la difficulté réside dans le fait que le pic de l'élément trace est plus ou moins noyé dans le fond spectral. L'exercice est du même ordre de grandeur que de vouloir mesurer à distance la hauteur d'une bougie placée sur une colline. Mais il y a plus grave encore. L'intensité du signal "fond" est influencée par 1 'émission spectroscopique de l'échantillon à mesurer, de même que par le bruit de fond électronique de la channe de mesure 5 et d'amplification. Ce signal de fond fluctue avec le temps, soit assez rapidement, soit par dérive lente et continue. Tout ceci se comprend aisément en regardant la figure 2 du dessin annexé, qui est un agrandissement de la figure 1. Pour fixer les idées, la hauteur du pic de l'élément trace est de l'ordre de grandeur de 5, tandis que la hauteur de la ligne de fond peut entre d'un ordre de grandeur de 200, variable au cours du temps entre 190 et 210 par exemple. Les concepts à l'origine de l'invention sont basés sur la mesure de la hauteur du pic, non par rapport à l'origine, mais par rapport au niveau du fond immédiatement adjacent et ceci dans des instants aussi proches que possible pour éviter des phénomènes de fluctuations et dérives indiquées ci-dessous. Ainsi, on s'affranchit de ces phénomènes et on peut faire des mesures précises et comparables d'échantillons divers, et ceci successivement à des moments quelconques, par exemple à des intervalles de temps se comptant en jours ou en semaines. Selon l'invention, le dispositif permet de mesurer quasi-simultanément deux signaux spectroscopiques voisins å l'aide de la mame channe de détection, cette chat ne de détection comprenant une fente primaire, un élément dispersif, au moins une fente secondaire et un élément de détection. En regard de la fente secondaire, on interpose sur le trajet du signal en provenance de l'élément dispersif des moyens de déviation de ce signal. Ces moyens peuvent sauter quasi-instantanément d'un état où le signal n'est pas dévié à un état ou le signal est dévié. Avantageusement, les moyens de déviation consistent en une lame transparente à faces parallèles, par exemple en quartz. Dans une première forme d'exécution, la lame à faces parallèles est fixe et disposée obliquement par rapport à la normale au signal et la déviation de la barre est provoquée par un changement d'indice de réfraction. Cet indice passe par exemple d'une valeur n1 à une valeur n2, la valeur de n1 correspondant alors à une première déviation du signal qui va servir de réference, tandis que la valeur n2 correspond à une seconde déviation de ce même signal. C'est donc une déviation relative qu'on mesure, par rapport à une référence. Le changement d'indice de la lame de quartz peut être provoqué par exemple en exerçant des forces de pression sur celle-ci, l'indice n1 correspondant par exemple à l'absence de pression exercée tandis que l'indice n2 correspond à une application-d'une pression calibrée. Comme le quartz est un matériau piézoélectrique, la variation de pression peut être générée par des moyens électriques. Par exemple, des impulsions électriques appliquées à la lame de quartz génèrent des ondes de pression qui font varier son indice et on peut ainsi régler très exactement la pression exercée, c'est-à-dire la variation entre l'indice n1 au repos et l'indice n2. Dans une deuxième forme d'exécution, la lame est mobile et peut basculer quasi-instantanément entre deux positions extrêmes, l'une correspondant à la normale au signal, l'autre à un écart par rapport à la normale d'un angle eb choisi en fonction de la déviation du signal désirée. Quant à l'élément de détection, on peut choisir par exemple un photomultiplicateur. Avantageusement, le basculement de la lame est piloté par des moyens électriques. Pour ce faire, la rotation de la barre est par exemple gouvernée par un galvanomètre sur l'axe duquel celle-ci est fixée, Le galvanomètre est commandé par un signal carré faisant aller alternativement la barre de la position normale à la position déviée. Ce principe peut s'appliquer à un dispositif comprenant une série de fentes secondaires, chacune étant équipé de ses propres moyens de déviation. On réalise ainsi un appareil polychromateur ou chaque fente secondaire sert à mesurer un élément trace particulier. Les fentes secondaires, la fente primaire et l'élément dispersif, par exemple un réseau concave, sont situés sur le cercle de Rowland. L'invention sera mieux comprise en référence au dessin annexé, figures 3 à 7, donné à titre d'exemple non limitatif. Dans ce dessin - la figure 3 est un schéma de principe d'un polychromateur incorporant le dispositif selon l'invention, - les figures 4 illustrent les principes de déviation dans les deux formes d'exécution, - la figure 5 est une vue de dessus de la partie réceptive (barres de quartz et fentes secondaires) d'un polychomateur selon l'invention, - la figure 6 est une vue en coupe de la figure 5 selon l'axe VI-VI, et - la figure 7 est une vue en coupe de la figure 5 selon l'axe VII-VII. Comme on le voit sur la figure 3, le dispositif comprend une source 1 générant le spectre de l'échantillon à analyser, comprenant le système de raies spectrales du matériau de base à caté des raies spectrales des éléments traces à doser. Le système de raies est situé par exemple dans les longueurs d'ondes comprises entre 150 et 800 nm correspondant au domaine visible, au proche infra-rouges et au proche ultraviolets. La lumière émise par la source 1 passe dans un système optique 2 qui la concentre et l'envoie à travers une fente primaire 3 vers un réseau concave 4, élément dispersif du dispositif. La lumière dispersée est renvoyée du réseau 4 vers les fentes secondaires 5, derrière lesquelles sont placés des éléments de mesure, par exemple des photomultiplicateurs 6. Des moyens éléctroniques classiques, non représentés, enregistrent le signal reçu et procèdent la mesure de l'intensité de la lumière reçue. On remarquera que la fente primaire 3, le réseau dispersif 4 et les fentes secondaires 5 sont situés sur un cercle 8, dit cercle de Rowland. A titre indicatif, le réseau concave peut comprendre de 500 à 3000 traits/mm. Comme on le voit toujours sur la figure 3, des lames de quartz 7 sont interposées sur le trajet optique entre le réseau concave 4 et les fentes secondaires 5. Ces lames de quartz 7 sont, au repos, normales au trajet optique, c'est- & dire placées perpendiculairement au trajet optique du réseau 4 la fente secondaire 5. Dans ce cas, comme cela est illustré sur la figure 4a, le signal ne subit aucune déviation et passe å travers la fente 5 vers le photomultiplicateur 6. Pour mesurer l'intensité du fond, on fait tourner légèrement la lame de quartz, selon figure 4b; de façon quasi-instantanée. Cette rotation d'un angle donné O, choisi en fonction de la déviation désirée, est pilotée par des moyens électriques non représentés. La fréquence de basculement entre la position de repos et la position oblique (figure 4b) est sous contrtle électrique. On peut notamment utiliser le courant industriel de 50 Hz ou 60 Hz ou un toute autre fréquence fractionnelle. En examinant la figure 4b, on voit que lueur signal passant à travers la fente secondaire 5 n'est plus le rayon provenant de la normale N, mais d'une position petite x décalée latéralement en fonction de l'angle de rotation de la lame de quartz 7. Le photomultiplicateur 6 va donc mesurer la lumière provenant de x, c'est-à-dire d'une position spectrale voisine et légèrement décalée de la position N- centrée sur le pic de l'élément trace à analyser, Par rotation de la lame 7 et donc décalage entre N et x on réalise ainsi la mesure quasi-simultannée du pic de l'élément trace et du fond immédiatement voisin. Dans la figure 4c, la lame de quartz 7 est fixe et on fait varier sont indice entre deux valeurs n1 et n2, par exemple en appliquant des ondes de pression générées de façon piézo -électrique. Si on considère que xl correspond à la position au repos et est centré sur l'élément trace à analyser, la position x2 est décalée latér-alement et on reçoit donc le signal d'une position très légèrement voisine. On réalise ainsi la mesure du pic et du fond voisin encore de façon quasi-simultannée. En se tournant maintenant vers les figures 5, 6 et 7, les figures 6 et 7 étant des vues en coupe selon les axes matérialisés sur la figure 5 et orientées perpendiculairement l'une à l'autre, on voit la lame de quartz 7 située en regard d'une fente 5 Cette lame 7 est maintenue dans un porte-lame 1D comprenant une tubulure centrale 11 pouvant tourner à l'intérieur du porte-lame 10. Cette tubulure 11 sert à proprement parler, à fixer la lame 7 et présente à son extrémité supérieure une tête de vis 12. Cette tête 12 permet, à l'aide d'un tourne-vis, de positionner exactement la lame dans la position désirée, A l'intérieur du porte-lame 10 entourant la tubulure 11, on trouve un galvanomètre 13 avec son alimentation électrique 14 (non représentée sur la figure 5 pour la clarté du dessin).De plus, le porte-lame 10 comprend un bras 15 qui coopére avec deux butées 16,16' de façon à faire limitateur de course entre les deux positions extrêmes de la lame 7. Le basculement de la lame 7 d'une position à l'autre est sous contrôle du galvanomètre 13 et le positionnement se fait lui-meme contre les butées 16,16'. L'ensemble est fixé sur un- socle 17 en traversant celui-ci dans un logement approprié. Le maintien en place peut se faire par friction, de sorte qu'il est encore possible de régler avec exactitude la position en rotation du porte-lame 10 dans le socle 17. Le socle 17 est fixé sur la partie supérieure du porte-fentes secondaire au moyen de la vis 18. La fente secondaire 5 est fixée sur le porte-fentes au moyen des vis 21 et 21'. Son règlage précis (profilage) est fait avec des excentriques 22 et 22'. La lame de quartz 7 et la fente secondaire 5 sont alignées optiquement et le signal passe par eux avant d'être quantifié, par exemple sur un photomultiplicateur (non représenté). En se référant plus particulièrement à la figure 5, on aura compris que les lames de quartz 7 peuvent tourner d'un angle 8 entre les deux positions matérialisées par les butés 16,16'. Ce sont les galvanomètres qui déterminent l'une ou l'autre de ces position, selon leur état électrique. Par exemple, la position 16 correspondant à une position de la lame 7 sans déviation, c'est-à-dire perpendiculaire au rayon lumineux (mesure du pic), tandis que la position 16' correspondra à un déplacement en rotation de l'angle e. Et dans cette position sera mesuré le bruit de fond électronique immédiatement adjacent au pic considéré. En utilisant plusieurs fentes secondaires (5), chacune munies de ses propres moyens de déviation (7), on réalise un polychromateur permettant l'analyse de nombreux pics, donc de nombreux éléments traces. Les fentes secondaires (5) sont disposées en conséquence sur le cercle de Rowland. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de mesurer quasi simultanément deux signaux spectroscopiques voisins à l'aide de la même chaîne de détection, cette channe de détection comprenant une fente primaire (3) , un élément dispersif (4), au moins une fente secondaire (5) et un élément de détection (6), caractérisé en ce qu'en regard de la fente secondaire (5) on interpose sur le trajet du signal en provenance de l'élément dispersif (4) des moyens de déviation de ce signal, ces moyens pouvant sauter quasi-instantanément d'un état où le signal n'est pas dévié un état où le signal est dévié. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déviation consistent en une lame transparente (7) faces paralleles. 3. Disposition selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lame à faces parallèles est en quartz. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lame (7) est fixe, la déviation étant provoquée par un changement d'indice de réfraction de la lame. 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le changement d'indice de la lame de quartz est provoqué par piézo-électricité. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lame (7) est mobile et peut basculeur quasi-instantanément entre deux positions extrêmes, l'une correspondant à la normale au signal, l'autre à un écart par -rapport à la normale d'un angle e choisi en fonction de la déviation du signal désirée. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le basculement de la lame (7) est piloté par des moyens électriques. 8. Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le basculement de la lame (7) en rotation est assure par un galvanomètre (13) sur l'axe duquel elle est fixée, le galvanomètre étant commandé par un signal carré faisant aller alternativement la lame de la position normale à la position déviée. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la lame (7) est fixée sur un porte lame (10) commandée par le galvanomètre (13), le porte lame (10) se prolongeant par un bras (15) dont la course en rotation est limitée par deux butées (16,16'), chaque butée (lu,16') correspondant aux deux positions extrêmes de la lame (7) pour la mesure du pic d'une part, du fond immédiatement voisin d'autre part. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de détection (6) est un photomultiplicateur. 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce au'il comprend plusieurs fentes secondaires (5) équipées chacune de leurs moyens de déviation propre, la fente primaire (3), l'élément dispersif (4) et les fentes secondaires (5) étant situés sur le cercle de Rowland (8). 12. Dispositif selon les revendications 1 OU 1l, caractérisé en ce que l'élément dispersif (4) est un réseau concave.