Brevet FR2760088A1 — publié le 19980828

La présente invention concerne des spectrophotomètres qui comportent un moteur destiné à manoeuvrer un élément de dispersion spectrale afin qu'il dirige la lumière à diffé- rentes longueurs d'onde ou dans différentes bandes de longueur d'onde vers un photodétecteur, et qui assurent une stabilisation de la température du spectrophotomètre par commande du moteur comme source de chaleur lorsqu'il ne manoeuvre pas en fait l'élément. Plus précisément, l'inven- tion concerne un système de stabilisation de la température d'un spectrophotomètre afin que les effets induits thermi- quement, qui peuvent nuire aux mesures spectrales, soient réduits. Une propriété de l'invention est la réalisation d'un système de stabilisation de température pour spectrophoto- mètre, dans lequel la position d'un élément dispersif est réglée par un moteur, et qui possède un circuit électro- nique, par exemple un microprocesseur, qui transmet des signaux de commande de positionnement du moteur, qui détecte la température du spectrophotomètre et qui utilise le moteur, lorsque celui-ci n'est pas utilisé pour des mesures spectrales, afin qu'il assure un chauffage du spectrophoto- mètre et stabilise ainsi la température de celui-ci de manière qu'il réduise les erreurs de mesure spectrale qui sont liées à la température. On a reconnu qu'il existait des erreurs de mesure induites thermiquement dans les spectrophotomètres. On a proposé de réduire l'effet thermique qui est à l'origine de ces erreurs par la construction mécanique du spectrophoto- mètre, par exemple par utilisation de montures ayant des caractéristiques de dilatation et de contraction thermique et de matériaux de conductibilité thermique élevée pour la dissipation de chaleur et la suppression ainsi des varia- tions thermiques d'un réseau qui peuvent provoquer des erreurs de mesure spectrale lorsque le réseau ou sa monture se dilate ou se contracte. Une telle proposition est avancée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 5 319 437 délivré le 7 juin 1994 à Van Aken et al. Une telle construction mécanique a tendance à augmenter le coût du spectropho- tomètre ainsi que sa dimension et son poids, et n'a pas donné parfaitement satisfaction. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 017 250 délivré à McGee le 10 décembre 1991 propose le réglage de la vitesse d'un ventilateur destiné à régler la température d'un spectrophotomètre. Cette proposi- tion n'est pas compatible avec les spectrophotomètres portatifs manuels. On a reconnu que la stabilisation ther- mique était nécessaire dans divers appareils, par exemple les moteurs et d'autres machines électriques qui, à froid, ont des caractéristiques de démarrage qui peuvent provoquer une détérioration du moteur. Par exemple, si les paliers du moteur sont froids, la viscosité peut créer un frottement excessif dans le moteur au démarrage et peut provoquer la consommation d'un courant excessif par le moteur avec détérioration du moteur ou de ses circuits de commande. On a proposé d'utiliser les enroulements du moteur comme enroulements d'organe de chauffage et de bloquer un moteur afin qu'il produise de la chaleur plutôt qu'un mouvement, si bien que le moteur et les éléments environnants sont chauffés. De telles propositions sont indiquées par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 5 172 754 délivré le 22 décembre 1992 à Grayber et al., n 5 384 448 délivré le 25 janvier 1995 à Kubasko et n 5 502 628 délivré le 26 mars 1996 à Brandes. L'invention concerne un spectrophotomètre perfectionné qui utilise l'appareillage existant dans le spectropho- tomètre pour assurer une stabilisation de température par réglage électronique. Aucune monture spéciale de moteur n'est utilisée et un spectrophotomètre de faible coût, par exemple tel que décrit dans la demande internationale (PCT) n W0 96/12 166 du 25 avril 1996, peut être adapté pour posséder cette stabilisation électronique de température. Ainsi, la présente invention a pour objet principal la réalisation d'un spectrophotomètre perfectionné possédant une stabilisation de température commandée électroniquement. La présente invention a aussi pour objet la réalisation d'un spectrophotomètre perfectionné qui utilise le moteur, qui manoeuvre l'élément dispersif pour l'exécution de mesures spectrales à différentes longueurs d'onde ou dans différentes bandes de longueurs d'onde d'éclairement, comme source de chaleur, sans perturbation du fonctionnement du moteur lors de l'obtention des mesures spectrales. La présente invention a aussi pour objet la réalisation d'un spectrophotomètre perfectionné qui peut être muni d'une stabilisation de température, car le moteur et le circuit de commande de moteur du spectrophotomètre sont munis d'un capteur de température et permettent le réglage électronique de la température du spectrophotomètre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique d'un spectro- photomètre assurant une stabilisation électronique de tempé- rature selon l'invention; la figure 2 est un schéma du circuit d'un moteur et d'un circuit de commande de moteur du spectrophotomètre, utilisés dans le système représenté sur la figure 1; et la figure 3 est un ordinogramme illustrant la program- mation du microprocesseur représenté sur les figures 1 et 2. On se réfère à la figure 1 qui représente un élément dispersif sous forme d'un réseau de diffraction, tel que le réseau 58 de la demande internationale publiée de brevet précitée WO 96/12 166. Ce réseau est monté sur un bras 152 qui est entraîné en rotation par un moteur 42. Celui-ci est un moteur pas à pas qui comporte quatre bobinages ou enroulements. On utilise les mêmes références numériques sur les figures que dans la demande internationale précitée. Les bobinages 100 du moteur sont représentés sur la figure 2. Le moteur est commandé par un organe de commande, plus préci- sément, un microprocesseur monté sur une carte de circuit imprimé représentée sur la figure 6 de la demande précitée, par la référence 66. Le bras 152 est représenté sur sa figure 1 avec un couplage mécanique entre le moteur et le réseau. Ce couplage comprend aussi l'arbre du moteur et d'autres éléments associés au bras 152 (voir la figure 6 de la demande internationale précitée). Le réseau 58 disperse la lumière qui est en cours d'analyse en ses composantes spectrales séparées qui sont focalisées sur un photodétecteur 44. La lumière dispersée forme un spectre comme indiqué sur la figure 1. Le signal de sortie du photodétecteur 14 est analysé électroniquement dans un circuit qui comporte un intégrateur 200 et est numérisé dans un convertisseur analogique-numérique 202 pour former un signal d'entrée d'un microprocesseur 198 qui analyse les données du convertisseur 202 et donne le signal de sortie représentant les mesures spectrales lorsque le moteur avance pour permettre les mesures à différentes longueurs d'onde ou dans différentes gammes ou plages de longueurs d'onde. Le microprocesseur 198, comme indiqué sur la figure 2, a quatre sorties reliées à quatre transistors Q1 à Q4 qui transmettent un courant aux bobinages 100 du moteur à partir d'une source de tension V, par l'inter- médiaire de résistances R19 et R18. Des diodes CR4 et CR5 sont utilisées pour la suppression des signaux parasites. Au cours des mesures spectrales, les bobinages reçoivent des courants séparés à des moments successifs (en d'autres termes, ils sont activés pour produire une rotation du moteur par pas) et, à la fin du cycle de rotation du moteur, il reste du temps pour utiliser le moteur comme source de chaleur. Evidemment, les bobinages 100 produisent de la chaleur lorsque le moteur fonctionne. Le moteur est utilisé comme source de chaleur par commande de celui-ci afin qu'il ne provoque pas une rotation. Ce résultat est obtenu par mise simultanée de tous les transistors de commande Q1 à Q4 à l'état conducteur, si bien qu'ils consomment un courant circulant dans les bobinages, et le moteur ne tourne pas. La stabilisation de température est réalisée électroni- quement à l'aide d'un capteur de température 204 (une thermistance) qui peut être avantageusement montée sur la carte 66 de circuit au voisinage du moteur, (à 25 mm environ du moteur, entre celui-ci et le réseau), si bien que la température détectée reflète la température du spectropho- tomètre. Le capteur de température est connecté afin qu'il transmette un signal à une première des entrées du micropro- cesseur 198. Le signal de sortie du capteur de température est un signal analogique. Le microprocesseur assure une conversion analogique-numérique interne et donne à l'inté- rieur un signal numérique qui représente la température du spectrophotomètre. Comme l'indique la figure 3, le microprocesseur est programmé afin qu'il lise le capteur de température de façon continue. Le programme se déroule par détermination du fait que la température se trouve au-dessous d'un point de consigne. Si la détermination indique que la température est supérieure au point de consigne, les bobinages du moteur ne sont pas alimentés si bien qu'aucun chauffage n'est produit. Cependant, une autre détermination du programme indique si le moteur est en cours de rotation ou non, ce fait étant indiqué soit par le fait que le microprocesseur a été commandé afin qu'il assure le balayage d'une plage de longueurs d'onde globale du spectrophotomètre, soit par la détection de l'absence d'une telle commande. Lorsque la température du spectrophotomètre est inférieure au point de consigne, le microprocesseur donne des valeurs qui commutent les transistors Q1 à Q4 à l'état conducteur simultanément afin qu'un courant de chauffage circule dans les bobinages sans provoquer de rotation du moteur. Ainsi, le spectro- photomètre est commandé afin qu'il provoque une élévation de température et qu'il maintienne cette température par mise en fonctionnement de la source de chauffage uniquement lorsque la température tombe au-dessous du point de consigne. On a constaté empiriquement qu'un point de consigne d'environ 38 C permettait au système de stabiliser la température du spectrophotomètre, représenté dans la demande internationale précitée, à sa température nominale, par exemple à la température ambiante, pendant le fonction- nement normal. Il faut en outre noter que l'incorporation d'un système de stabilisation de température selon l'inven- tion à un spectrophotomètre existant ne nécessite que l'installation du capteur de température sur la carte de circuit imprimé et la programmation convenable du micro- processeur, si bien que la stabilisation de température peut être obtenue à un faible coût et sans installation mécanique compliquée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux systèmes qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de stabilisation de température destiné à un spectrophotomètre possédant un élément dispersif (58) manoeuvré mécaniquement par un moteur (42), caractérisé en ce qu'il comprend un organe de commande (198) connecté au moteur (42) afin qu'il manoeuvre mécaniquement l'élément dispersif (58) pour assurer des mesures spectrales, un capteur (204) de température couplé thermiquement au spectrophotomètre, le capteur (204) de température étant connecté à l'organe de commande (198) afin qu'il commande celui-ci de manière que le moteur (42) soit utilisé comme source de chaleur lorsqu'il doit augmenter la température du spectrophotomètre et lorsque les mesures spectrales ne sont pas exécutées. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur (42) comporte des bobinages (100) et l'organe de commande (198) est un microprocesseur dont des sorties sont connectées aux bobinages (100) du moteur (42). 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de commande (198) comporte un dispositif utili- sant le moteur (42) comme source de chaleur, en fonction du capteur (204) de température et de l'état de fonctionnement du moteur (42), afin qu'un courant de chauffage soit appli- qué au moteur (42) sans qu'un déplacement mécanique de celui-ci soit provoqué. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de commande (198) est un microprocesseur programmé afin qu'il forme le dispositif d'utilisation du moteur (42) comme source de chaleur lorsqu'il n'est pas pré- paré à la commande de l'élément dispersif (58) et en fonction du capteur (204) de température.