Brevet FR2732462A1 — publié le 19961004

PROCEDE PERMETTANT DE MESURER L'INDICE DE REFRACTION ET DISPOSITIF METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE POUR MESURER LA TENEUR EN SUCRE D'UN LIQUIDE La présente invention est relative à un procédé et un dispositif permettant de mesurer, par réfractométrie, la teneur en sucre d'un liquide tel que le moût naturel qui n'a pas subi encore de fermentation alcoolique. Le principe de fonctionnement du réfractomètre repose sur le phénomène de réflexion et de réfraction d'un rayon lumineux sur un dioptre (surface optique séparant un prisme d'un liquide de réfringence inégale). La limite entre la réflexion et la réfraction est fonction de l'angle d'incidence i du rayon lumineux. Ainsi, considérant que n' est l'indice à mesurer et n l'indice du prisme: - le rayon se réfléchit sur le dioptre, si sinus de i est supérieur à n' in, - le rayon se réfracte sur le dioptre, si sinus i est inférieur au rapport n' /n. Un capteur judicieusement placé sur la trajectoire du pinceau lumineux réfléchi permet de déterminer la position de la variation d'intensité lumineuse, appelée ligne séparatrice, dont la position dépend de l'indice n' du liquide. Cette ligne séparatrice doit être interprétée en fonction de la limite entre une zone sombre et une zone éclairée reçue sur le détecteur. L'objet de la présente invention est donc de déterminer la position de la ligne séparatrice d'un pinceau lumineux réfléchi par un prisme dont une face est en contact avec un liquide dont l'indice de réfraction n' modifiera en fonction de sa valeur (proportionnelle à sa teneur en sucre) la position de ladite ligne séparatrice. De nombreux procédés ont été à ce jour utilisés pour détecter la position de cette ligne séparatrice. Parmi ceux-ci le brevet n"2536537 décrit et illustre un procédé et un réfractomètre pour mesurer l'indice de réfraction d'un liquide avec une application de mesure du titre alcoométrique en puissance d'un moût dans lequel le détecteur formé par une cellule photo-électrique est porté par un chariot qui se déplace parallèlement au plan focal de la lunette et perpendiculairement aux arêtes du prisme. La technique mise en oeuvre pour assurer le déplacement du détecteur engendre des coûts importants avec des imprécisions quant aux mesures opérées. Ce que constatant, le demandeur a mené des recherches ayant pour objet un procédé qui permette de mesurer l'indice de réfraction d'un soluté en suspension dans une solution liquide au moyen d'un réfractomètre du type de celui comportant un prisme en contact sur une face avec la solution liquide dont une première face latérale reçoit une source lumineuse incidente et une deuxième face latérale réfléchit un pinceau lumineux sur un détecteur apte à déterminer la position de la ligne séparatrice déterminante de l'indice de réfraction dudit liquide. Pour ce faire, le procédé d'invention utilise comme détecteur de la ligne séparatrice de l'image lumineuse réfléchie par la face latérale du prisme, un capteur à transfert de charges linéaire disposé perpendiculairement à la susdite ligne séparatrice. Le capteur à transfert de charges linéaire peut avantageusement couvrir sur sa longueur toutes les positions de la ligne séparatrice, et ce sans être soumis à un quelconque mouvement pour suivre ladite ligne dès lors que la dimension de la zone photosensible du capteur couvre toute la plage des différentes positions de la ligne séparatrice. En outre, cette dernière est projetée directement sur la zone photosensible du capteur sans utilisation d'optiques intermédiaires, comme c'est souvent le cas des réfractomètres de l'art antérieur. L'invention a trait aussi à un dispositif mettant en oeuvre le procédé de mesure en question. Un tel dispositif est mis en oeuvre pour assurer la mesure de la teneur en sucre d'un liquide en vrac tel que le moût de raisin afin de contrôler le titre alcoométrique, mais pourra être bien évidemment adapté à tout domaine d'application autre que celui du vinicole. Suivant l'invention, ce dispositif se compose de trois postes de travail: -le premier dit "de prélèvement" est constitué par une canne permettant de prélever des échantillons de liquide dans une cuve, - le deuxième dit "de mesure" destiné à détecter l'indice de réfraction du liquide selon le procédé de mesure de l'invention, est constitué d'un appareil connecté à la canne du premier pour acheminer l'échantillon de liquide prélevé par la canne et le restituer après l'opération de mesure dans la susdite cuve, - et le troisième dit "d'analyse" est constitué d'une interface électronique et/ou informatique destinée à interpréter et à traduire le signal détecté par le deuxième poste de mesure. Outre le fait de mettre en oeuvre le procédé de mesure de l'invention avec la qualité de mesure qu'apporte l'utilisation d'un capteur à transfert de charges linéaire, le dispositif de l'invention offre de nombreuses autres possibilités pour la mesure de l'indice de réfraction du moût de raisin. L'une de ceflesci réside dans l'utilisation de la canne du premier poste qui permet de prélever directement dans la masse de liquide à contrôler d'une cuve, un ou plusieurs échantillons de liquide qui seront acheminés jusqu'au deuxième poste où est exécutée la mesure de l'indice de réfraction selon le concept fondamental de l'invention. La canne de prélèvement est effectivement raccordée à l'appareil de mesure de telle sorte que l'échantillon de liquide puisse être restitué dans la cuve dès que la mesure vient d'être achevée.La faculté offerte par la restitution dans la cuve, du liquide ayant servi à la mesure offre un intérêt sur le plan de la rentabilité car elle permet d'économiser la perte de l'équivalent d'un litre de liquide par mesure alors que dans les dispositifs antérieurs le liquide mesuré est mis au rebut. Une autre possibilité est de pouvoir réaliser des mesures précises et immédiates grâce au troisième poste d'analyse qui, grâce à une informatique embarquée, interprète le signal détecté par le poste de mesure afin d'afficher sur un écran tous les paramètres identifiables à partir de la mesure de l'indice de réfraction de l'échantillon prélevé tels que le taux d'alcool, la température, le poids, le test de Laccase, l'acidité...Peut s'adjoindre à cet affichage sur écran, une impression sur papier ou un transfert d'informations vers une unité centrale informatique éloignée du lieu de contrôle des cuves. L'invention venant d'être évoquée dans sa forme la plus élémentaire, d'autres caractéristiques de détails de réalisation apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit, donnant à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de réalisation d'un dispositif permettant de mesurer le titre alcoométrique d'un moût de raisin, conforme aux dispositions de l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une vue en perspective schématique illustrant le synoptique de fonctionnement de l'ensemble du dispositif. La figure 2 est une vue en perspective d'un organe du poste de mesure du dispositif de la figure 1, mettant en oeuvre le procédé de mesure de l'invention, La figure 3 est une vue de profil du dessin de la figure 2. Tel qu'illustré sur la figure 1, le dispositif référencé P dans son ensemble a pour objet de mettre en oeuvre le procédé de mesure de l'invention afin de déterminer la teneur en sucre d'un moût de raisin à partir de l'indice de réfraction dudit moût. Ce dispositif P est composé de trois postes P1, P2, P3. Le poste P1, appelé poste de prélèvement, comporte notamment une canne de prélèvement 100 permettant de plonger dans une cuve remplie de moût de raisin, afin d'en extraire un échantillon de l'ordre d'un litre qui sera acheminé vers le poste P2, via un flexible souple 110. Le poste P2, dit poste de mesure, est constitué d'un appareil 200 qui, représenté en détails sur les dessins des figures 2 et 3, a pour objet de mesurer l'indice de réfraction de l'échantillon de liquide prélevé par la canne 100 à laquelle il est raccordé par ledit flexible souple 110. Le cycle de fonctionnement de ce poste de mesure P2 est tel qu'il puisse acheminer l'échantillon de liquide du poste P1 vers le poste P2 dans une premier temps, et du poste P2 vers le poste P1 dans un deuxième temps, une fois la mesure achevée. Le poste P3, dit poste d'analyse, est constitué par une centrale de traitement électronique et/ou informatique 300 relié au poste P2 afin d'interpréter le signal en sortie de l'appareil de mesure 200 afin de visualiser en direct sur un écran 310 divers paramètres identifiables tels que la valeur du taux d'alcool, de la température du liquide prélevé dans la cuve, etc... Toutes les opérations de fonctionnement de ce dispositif de mesure P peuvent être automatisées, avec l'utilisation d'une commande à distance 320 de telle sorte qu'un seul opérateur puisse assurer le contrôle du prélèvement et de la mesure. Les dessins des figures 2 et 3 ont pour objet d'illustrer plus en détails les caractéristiques techniques de l'appareil de mesure 200 du poste P2 assumant deux taches bien précises, à savoir: - les cycles d'aspiration et de refoulement du liquide à l'intérieur de l'appareil, - et la mise en oeuvre, selon le procédé de l'invention, de la mesure optoélectronique de l'indice de réfraction de l'échantillon prélevé. A cet effet, cet appareil de mesure 200 se compose d'un manchon 210 dont l'extrémité haute 210a est aménagée d'une tubulure d'arrivée 220 raccordée au flexible souple 110 de la canne 100. L'extrémité basse 210b de ce même manchon 210 débouche via une électrovanne 230a dans une canalisation d'évacuation vers l'extérieur 230. Cette électrovanne a pour objet d'obturer et/ou d'ouvrir l'extrémité basse 210b du manchon 210. Au milieu du manchon 210, sur sa paroi inférieure, est installé un prisme 240 avec: - une face 240a en contact avec le moût de raisin recueilli dans le manchon 210, - une première face latérale 240b normale à une source lumineuse incidente 241a, - une deuxième face latérale 240c disposée normalement à un capteur de transfert de charges linéaire 242 piloté par la centrale de traitement 300 du poste d'analyse P3. Comme précisé au début du présent mémoire, le capteur de transfert de charges linéaire est apte à mesurer la ligne séparatrice du pinceau lumineux réfléchi 241b par le prisme 240. Le repérage de la position de la ligne séparatrice sur la zone photo sensible du capteur à transfert de charges 242 sera interprété par la centrale de traitement électronique 300 qui déterminera alors l'indice de réfraction du moût et par voie de conséquence la teneur en sucre de ce dernier, grandeur qui pourra être visualisée avec d'autres paramètres annexes sur l'écran de visualisation 310. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'extrémité haute 210a du manchon 210 comporte une tubulure d'arrivée 250 permettant d'aspirer et/ou de refouler de l'air dans la chambre du manchon 210 de telle sorte que le moût du raisin puisse être aspiré et/ou refoulé dans le susdit manchon via la tubulure d'arrivée 220 débouchant dans l'extrémité basse 210b dudit manchon. Ainsi, lorsque la canne de prélèvement 100 est introduite dans la masse de moût de raisin d'une cuve à contrôler, il suffit de commander une aspiration d'air par la tubulure 250 pour qu'un échantillon de liquide puisse être aspiré, via le flexible 110, jusque dans la chambre du manchon 210, dans laquelle elle réside pendant le laps de temps nécessaire à la mesure de l'indice de réfraction par le prisme 240.Après la mesure, de l'air est refoulé à l'intérieur de la même chambre afin de faire refluer le même liquide, via la même tubulure d'arrivée 220, vers la canne de prélèvement 100 afin de restituer dans ladite cuve, l'échantillon de moût venant d'être contrôlé. Ces différentes opérations sont exécutées et contrôlées par la centrale de traitement électronique 300, considérant que l'extrémité basse 210b du manchon 210 est obturée par l'électrovanne 230a. Un autre objet de l'invention est d'assurer, entre deux opérations de mesure d'échantillons de moût, le lavage de la face 240a du prisme 240 en contact avec l'échantillon. A cet effet, le manchon 210 est aménagé, en regard de la face 240a dudit prisme, d'une tubulure d'arrivée d'eau sous pression 260 permettant d'asperger celle-ci après l'opération d'expulsion d'un échantillon de liquide. Une fois l'opération de nettoyage de la face 240a du prisme 240 terminée, l'électrovanne 230 est actionnée de manière à ouvrir l'extrémité basse 210b du manchon 210 et assurer l'élimination d'eau de lavage vers la canalisation d'évacuation vers l'extérieur 230. Un autre objet de la présente invention est d'intégrer un dispositif permettant de contrôler les différentes hauteurs de niveau de liquide dans la chambre du manchon 210. Pour y parvenir, la chambre de ce manchon est traversée sur toute sa hauteur par une jauge capacitive 270 mesurant les variations de capacité sur toute sa longueur dues notamment aux fluctuations de diélectriques entre la jauge et la masse métallique environnante que provoquent les différences de niveau de liquide. L'extrémité de cette jauge capacitive 270 débouchant dans l'extrémité basse du manchon 210, est coiffée par une sonde de température 271 permettant de relever la température du liquide. Les commandes du compresseur permettant d'aspirer et/ou de refouler l'air dans la tubulure d'arrivée 250, de l'électrovanne 230a, du générateur du faisceau de la source lumineuse incidente 241 a, du fonctionnement du capteur à transfert de charges linéaire 242, de l'alimentation en eau sous pression de la tubulure d'arrivée 260, sont reliées à la centrale électronique et/ou informatique 300 programmée à partir d'instructions préétablies et d'ordres reçus par un opérateur à partir de la commande à distance 320 pour assumer, en fonction d'informations reçues à partir de la jauge capacitive 270 et de la sonde de température 271, l'enchaînement automatique des différentes phases du cycle de fonctionnement du dispositif de mesure de la teneur en sucre d'échantillons de moût de raisin, telles que décrites ci-après. Dans un premier temps, la canne de prélèvement 100 est plongée dans le moût de raisin d'une cuve et l'opérateur actionne à partir de la commande à distance 320 le processus de mesure qui débute par l'expulsion d'air hors du manchon 210 par la tubulure d'arrivée 250, de telle sorte qu'un échantillon de moût puisse être aspiré à partir de la canne 100 jusque dans le manchon 210. Dans un deuxième temps, la jauge capacitive 270 détecte la hauteur suffisante programmée de remplissage du manchon et stoppe la fonction aspirante. Dans un troisième temps, la mesure de l'indice de réfraction du moût de raisin est opérationnelle par émission de la source lumineuse incidente 241a et par la détection par le capteur à transfert de charges linéaire 242, de la position de la ligne séparatrice du pinceau lumineux réfléchi 241b. Dans un quatrième temps concordant à la fin de la lecture du pinceau lumineux réfléchi 241b, l'intérieur du manchon 210 est alimenté en air sous pression via la tubulure d'arrivée 250 de telle sorte que l'échantillon de moût venant d'être mesuré soit refoulé, via la tubulure d'arrivée 220, vers la canne de prélèvement 100 pour être restitué dans la cuve où il a été prélevé. Dans un cinquième temps concordant à la détection par la canne capacitive 270 de l'absence de liquide dans la partie inférieure 210b du manchon 210, la tubulure d'arrivée 260 est alimentée en eau sous pression afin d'asperger la face 240a du prisme à des fins de nettoyage de ladite face et de l'intérieur du manchon 210. Dans un sixième temps concordant à la détection par la jauge capacitive 270, de la hauteur haute du niveau d'eau dans la chambre du manchon 210,1'électrovanne 230a est actionnée de manière à ouvrir l'extrémité inférieure 210a du manchon 210 à des fins d'évacuation de l'eau de lavage vers la canalisation extérieure 230. Dans un septième et dernier temps concordant à la détection par la canne capacitive 270 de l'absence d'eau dans la manchon, l'électrovanne 230a est à nouveau actionnée pour obturer l'extrémité inférieure 310b du manchon, de telle sorte que le dispositif P soit apte à réitérer le même cycle de mesure. On comprend que le dispositif de mesure, qui vient d'être ci-dessus décrit et représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple cidessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. Afin de permettre une meilleure compréhension des dessins, une liste des références avec leurs légendes est ci-après énumérée. P... Dispositif P . . Poste de prélèvements 100.... Canne de prélèvement d'échantillons 110.... Flexible souple de raccordement P2.. . Poste de mesure 200... . . Appareil de mesure 21 0a... . Extrémité haute du manchon 210 2 lOb.... Extrémité basse du manchon 210 220 Tubulure d'arrivée de liquide à mesurer 230... Canalisation d'évacuation vers l'extérieur 230a.... Electrovanne 240... Prisme 240a... . Face du prisme en contact avec le liquide 240b.... Première face latérale du prisme normale à la source incidente 241 240c.... Deuxième face latérale normale au capteur à transfert de charges linéaire 241 a Source lumineuse incidente 241 b Pinceau lumineux réfléchi et/ou réfracté 250 Tubulure d'arrivée d'air 260 Tubulure d'arrivée d'eau sous pression 270... Jauge capacitive 271 Sonde de température P3... Poste d'analyse 300 Centrale de traitement électronique et/ou informatique 310 Ecran de visualisation 320 Commande à distance REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de mesurer l'indice de réfraction d'un soluté en suspension dans une solution liquide au moyen d'un réfractomètre du type de celui comportant un prisme (240) en contact sur une face (240a) avec la solution liquide dont une première face latérale (240b) reçoit une source lumineuse incidente (241a) et une deuxième face latérale (240c) réfléchit un pinceau lumineux (241b) sur un détecteur (242) apte à déterminer la position de la ligne séparatrice déterminante de l'indice de réfraction dudit liquide, CARACTERISE EN CE QU'il consiste à détecter la ligne séparatrice du pinceau lumineux (241b) réfléchi en sortie du prisme (240) au moyen d'un capteur à transfert de charges disposé perpendiculairement à la susdite ligne séparatrice du pinceau lumineux réfléchi (241b). 2. Dispositif permettant de mesurer la teneur en sucre d'un liquide en vrac en mettant en oeuvre le procédé de mesure selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT Qu'il se compose de trois postes de travail: - le premier (P1) dit "de prélèvement" est constitué par une canne (100) permettant de prélever des échantillons dans une cuve remplie de liquide, - le deuxième (P2) dit "de mesure" destiné à détecter l'indice de réfraction de l'échantillon de liquide prélevé, est constitué d'un appareil (200) connecté à la canne (100) du premier (P1) pour acheminer l'échantillon de liquide prélevé et le restituer dans la susdite cuve, par la même canne (100), - et le troisième (P3) dit "d'analyse" est destiné à interpréter et à traduire le signal détecté par le deuxième poste de mesure (P2). 3. Dispositif selon la revendication 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le deuxième poste de mesure (P2) se compose d'un manchon (210) dans lequel débouche, via une tubulure d'arrivée (220), la canne de prélèvement (100) du poste (P1) et au milieu de laquelle est installé un prisme (240) avec une face (240a) en contact avec l'échantillon de liquide prélevé, une première face latérale (240b) normale à la source lumineuse incidente (241a) et la deuxième face latérale (240c) normale à un capteur à transfert de charges (242). 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit manchon de mesure (210) est disposé dans un plan incliné et obturable à son extrémité basse (210b) de telle sorte que l'admission et/ou le refoulement de l'échantillon de liquide dans le manchon (210) s'opère à partir de la même tubulure d'arrivée de liquide (220) raccordée à la susdite canne de prélèvement (100). 5. Dispositif selon les revendications 2 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit échantillon de liquide est aspiré et/ou refoulé dans le susdit manchon (210) au moyen d'une deuxième tubulure d'arrivée (250) permettant d'aspirer et/ou de refouler de l'air dans la chambre du manchon (210). 6. Dispositif selon les revendications 2 et 3, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la susdite tubulure d'arrivée de liquide (220) est admise dans le manchon (210) par son extrémité haute (210a) et débouche dans son extrémité basse (210b). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit manchon (210) est aménagé, en regard de la face (240a) du prisme en contact avec l'échantillon de liquide, d'une tubulure d'arrivée (260) d'eau sous pression permettant d'asperger ladite face (240a) du prisme à des fins de nettoyage de ladite face et de l'intérieur du manchon (210) après expulsion de l'échantillon de liquide venant d'être mesuré. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit manchon de mesure (210) est traversé sur toute sa hauteur par une jauge capacitive (270) permettant de détecter les différentes hauteurs de niveaux de liquides à l'intérieur du manchon (210). 9. Dispositif selon la revendication 7, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE l'extrémité basse (210b) du manchon (210) est obturable au moyen d'une électrovanne (230a) permettant d'ouvrir ladite extrémité pour évacuer vers une canalisation extérieure (230) l'eau de lavage du prisme (240) et du manchon, (210) admise dans ce dernier par la susdite tubulure d'arrivée d'eau (260). 10. Dispositif selon la revendication 8, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE l'extrémité de la susdite jauge capacitive (270) située dans la partie basse (230a) du manchon (210) est coiffée d'une sonde de température (271).