Brevet FR2694629A1 — publié le 19940211

La présente invention concerne un capteur réfractomètrique pour déterminer en continu la concentration d'une matière soluble dans une solution liquide. La détermination en continu de la concentration dtune matière soluble dans une solution liquide se fait traditionnellement avec des capteurs réfractomètriques de grosses dimensions qui utilisent la lumière visible, qui ont une structure compliquée, une faible fiabilité et une grande consommation d'énergie. Le capteur réfractomètrique selon l'invention permet de remédier ces inconvenients. I1 comporte en effet selon une première caractéristique, un corps semisphèrique en verre de petite dimension, un élément emissif en infrarouge constitué d'un DEL et d'un élément réceptif sensible en infrarouge constitué d'un phototransistor(PT). La fiabilité élevée est donnée par la longue vie des dispositives utilisés (DEL, PT) ainsi que par la faible consommation d'énergie. En plus la structure simple, compacte réalisée par la technologie de circuits integrés font un capteur réfractomètrique de grande sensibilité. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le capteur réfractomètrique selon l!invention, La figure 2 représente la structure exterieure d'un capteur réfractomètrique réalisé par technologie des circuits integrés. En réference à ces dessins, le capteur réfractomètrique comporte un corps semisphèrique (1) en verre optique, transparent en infrarouge, d'indice de réfraction ns, qui est introduit dans un liquide d'analyse avec un indice de réfraction nt (necks) et qui a une surface sphèrique (2) et une surface plane (3) sur laquelle se trouvent delimitées une zone d'entrée (4) et une zone de sortie (5) de formes circulaires.Un faisceau de rayons en infrarouge donné par l'élément emissif (6), constitué d'un DEL qui est collimaté par la lentille optique (7), entre le corps semisphèrique (1) par la zone d'entrée (4), arrive sur la surface (2) ou il subie la réflexion totale dans la zone (PSNRP) et après une autre réflexion sort du corps (1) par la zone de sortie (5) où il est reçu par l'élément réceptif (8) constitué d'un phototransistor sensible en infrarouge. La surface sphèrique (2) du corps (1) est choisie de tel façon que le phénomène de reflexion totale puisse se réaliser. Une partie (L) du faisceau collimaté, qui passera par l'arc AO1B de la zone d'entrée (4) atteint la surface sphèrique (2),le long de l'arc Tir et fait un angle avec les normales qui partent de 0. Pour un angle critique oCc-arcsinv ,tet pour ss la réflexion totale a lieu et les rayons infrarouges sont à la fin reçus par le phototransistor (8). Si la concentration de la matière soluble dans la solution liquide augmente (donc l'indice de réfraction ne augmente) alors la condition de réflexion totale n'est pas réalisée, les rayons sont réfractés dans le liquide ou ils sont perdus et le signal éléctrique fourni par le phototransistor (8) diminue proportionnellement. A titre d'exemple non limitatif, pour déterminer la concentration de sucre dans l'eau et pour des valeurs de celle-là comprises entre 0% et 80% (##in=1.330; n#ax=1.5033) le corps semisphêrique (1) en verre optique (ns=1.700) aura un rayon r=2mm. Une partie du faisceau infrarouge qui passe par la zone(4) limitée par les arcs AO1B et A'O2B' va commencer à être refractée sur la surface (2), à partir de l'arc CMD pour n#in=1.3300 et jusqu'à l'arc SQR pour n#ax=1.5033.La difference : 002-001=t est donnée par ce qui donne pour les valeurs précisées de r, min max n une valeur At=0.204mm suffisament pour créer une variation apréciable du signal du phototransistor. Selon une variante non illustrée, la lentille (7) peut être enlevée en utilisant un DEL avec un angle de diffusion très réduit (plus petit que 50). Le corps semisphèrique (1) peut être fait non seulement en verre optique, mais aussi dans un autre sort de matériau résistant à la corrosion, les seules conditions seront: d'être transparent en infrarouge et d'avoir un indice de réfraction bien déterminé, plus grand que celui de la solution liquide. Dans la forme de réalisation selon la figure 2, le corps semisphèrique (1) sur lequel sont déposés par technologie de circuits integrés l'élément emissif (6) et l'élément receptif (8) en infrarouge, est enfermé d'une manière etanche dans un boîtier hérmetique (9) qui présente un petit collet (10). Les liaisons éléctriques avec la partie émissive et la partie réceptive des rayons infrarouges sont faites par l'intermediaire des broches exterieures (11). Le capteur réfractomètrique selon l'invention est particulièrement destiné à la détermination de la concentration d'une matière soluble dans une solution liquide et peut être utilisé dans les industries : chimique, alimentaire, pharmaceutique ainsi que dans le domaine de biotechnologie. REVENDICATIONS 1) Capteur réfractomètrique semiglobulaire-compact pour déterminer la concentration d'une matière soluble dans une solution liquide, caracterisé par un corps semisphèrique (1) transparent en infrarouge, qui a une surface sphèrique (2) et une surface plane (3) sur laquelle se trouvent delimitées une zone d'entrée (4) et une zone de sortie (5) de formes circulaires caracterisé par un élément emissif (6) constitué d'un DEL en infrarouge et un élément receptif (8) constitué d'un phototransistor sensible aussi en infrarouge. 2) Capteur réfractomètrique selon la revendication 1 caracterisé en ce que le faisceau infrarouge donné par le DEL (6) collimaté par la lentille (7) entre par la zone d'entrée (4), subie la réflexion totale sur la surface (2) du corps (1) d'indice de réfraction ns, sort par la zone de sortie (5), est capté par le phototransistor (8) et que lorsque la concentration d'une matière soluble dans une solution liquide d'indice de réfraction ne (ng n ), n ), qui vient en contact avec la surface (2) augmente, une partie du faisceau est réfractée sur la surface (2) de tel façon que le signal éléctrique fourni par le phototransistor (8) diminue proportionnellement. 3) Capteur réfractomètrique selon la revendication 1 et la revendication 2 caractérisé en ce que le corps semisphèrique (1) sur lequel sont deposés par technologie de circuits integrés l'élément emissif en infrarouge (6) et l'élément receptif en infrarouge (8) est enfermé d'une manière etanche dans un boîtier hérmetique (9) qui possède un petit collet (10) et des broches de connexion éléctriques exterieures (11).