FR 2135584 A1 19721222 FR 7215570 A 19720502 72 15570 i 2135584 La présente invention se rapporte à un dispositif opto-électronique comportant -une- sonde fonctionnant suivant le principe de la réflexion totale d'un rayon lumineux pour la mesure et/ou la régulation de la concentration de so-5 lutions. Il est connu de déterminer l'indice de réfraction de liquides en mesurant l'angle limite de la réflexion totale. A cet effet, on laisse, par exemple dans des ré-fractomètres, tomber de la lumière dans le liquide à partir 10 d'un verre optiquement plus dense, ayant un indice de réfraction connu. Suivant le brevet E.ÏÏ.A. n° 3»526.771j on connaît un dispositif pour mesurer et régler la concentration de solutions, dispositif qui fait appel au phénomène de la 15 réflexion totale sur un fluide optiquement moins dense. A cet effet;, on pose, sur la surface de la solution dont la concentration doit être mesurée ou réglée, un prisme ayant un indice de réfraction plus élevé que la solution à analyser. Au voisinage du prisme est disposée une source lumineuse mobile par la-20 quelle un rayon lumineux peut être envoyé sous un angle d'incidence réglable sur la surface limite entre la solution et le prisme. L'angle d'incidence peut être réglé de manière qu'à l'intérieur de l'écart de réglage admissible dans le sens de concentrations plus faibles, il soit inférieur à l'angle limite 25 de la réflexion totale. On fait agir un appareil de commande sur un dispositif pour le réglage de la concentration. Dans la marche du rayon de la lumière réfléchie et réfractée sont disposés des convertisseurs photo-électriques qui transmettent des signaux électriques à l'appareil de commande. 50 De tels dispositifs ne sont toutefois pas à même de satisfaire à toutes les exigences. Il est ainsi, par exemple, désirable d'obtenir une sensibilité plus élevée pour de nombreuses applications. En outre, pour diverses possibilités d'utilisation, lljest nécessaire de disposer de dispo-55 sitifs petits, de construction compacte, Finalement, de tels dispositifs doivent pouvoir être fabriqués aisément et doivent en particulier présenter un large spectre de possibilités d'utilisation. La i-j. e£=s.fce Invention vise un disposi-4-0 tif opto-électronique avec une sonde fonctionnant suivant le 72 15570 2 2135584 principe de la réflexion totale d'ion rayon lumineux, pour la mesure et/ou la régulation, de la concentration de solutions, ce dispositif étant réalisé de manière à satisfaire encore mieux que les dispositifs connus aux diverses exigences» En particu-5 lier, l'invention vise un dispositif opto-électronique qui présente un encombrement réduit et une sensibilité élevée, et qui puisse être utilisé d'une manière également avantageuse pour des applications diverses» Selon l'invention, on obtient ce résul-10 tat par le fait que le dispositif opto-électronique comporte un corps de sonde en de barreau, présentant à son extrémité inférieure une tête avec au moins deux surfaces réfléchissantes qui, pendant le fonctionnement, sont immergées dans la solution à analyser, que la première surface réfléchissante de la tête 15 de sonde est inclinée par rapport à l'axe longitudinal du corps de sonde, qu'une surface d'émission de lumière est disposée dans le corps de sonde, au voisinage de la première surface réfléchissante de la tête de sonde, et une surface de réflexion de lumière au voisinage de la dernière surface réfléchissante 20 de la tête de sonde, que les surfaces réfléchissantes de la tête de sonde, touchées successivement par le rayon lumineux, font approximativement un angle de 2 oc^ les unes avec les autres, cxqi étant l'angle limite de la réflexion totale entre la solution à analyser et le matériau de la tête de sonde, rapporté à 25 la concentration moyenne de la solution à analyser, et.que le corps de sonde comporte des connexions électriques en vue du raccordement à un appareil d'alimentation en courant et à un amplificateur de mesure. Par "surface d'émission de lumière", 50 on entend une source lumineuse qui émet de la lumière suivant une direction préférentielleo Dans le dispositif opto-électronique conforme à l'invention, l'émission de lumière a lieu de préférence en direction de la première surface réfléchissante de la tête de sonde» 55 Le dispositif opto-électronique con forme à l'invention comporte un corps de sonde en forme de barreau, présentant une tête de sonde à son extrémité inférieure, Il suffit que cette tête de sonde soit mise en contact avec la solution 40 tant que la profondeur d'immersion est faible» La tête de sonde 72 15570 5 2135584 présente au moins deux surfaces réfléchissantes. Grâce à l'utilisation de plusieurs surfaces à réflexion totale, le dispositif opto-électronique conforme à l'invention présente line sensibilité élevée. 5 Le corps de sonde comporte line surfa ce d'émission de lumière et une surface de réception de lumière» De ce fait, les parties constituantes essentielles du dispositif opto-électronique sont réunies sous la forme d'un ensemble compact, de faibles dimensions,, Par des connexions é-10 lectriques, le corps de sonde est finalement relié à un appareil d'alimentation en courant et à un amplificateur de mesure. La surface d'émission de lumière qui est disposée dans le corps de sonde au voisinage de la première surface réfléchissante de la tête de sonde, ce qui permet d'é-15 viter des difficultés provenant d'une dispersion de la lumière, est avantageusement constituée par une diode à luminescence ou la surface d'extrémité d'un conducteur de lumière se trouvant en liaison optique avec une diode à luminescence« L'utilisation d'un conducteur de lumière est en particulier avantageuse lors-20 que la source lumineuse proprement dite, telle qu'une diode à luminescence, ne doit pas être disposée à proximité immédiate de la première surface réfléchissante, par exemple en raison des conséquences défavorables que cela pourrait avoir dans le cas d'une solution à analyser se trouvant à une température 25 élevée» Comme surface d'émission de lumière, on peut cependant utiliser également d'autres sources lumineuses, par exemple des lampes à incandescence focalisantes» Les conducteurs de lumière peuvent se présenter sous des formes connues en soi, telles que des barreaux conducteurs de lumière ou des faisceaux de fi-30 bres conductrices de lumière» Etant donné que la plupart des sources lumineuses, et dans une certaine mesure également les diodes à luminescence, n'émettent pas de lumière parallèle, mais un faisceau lumineux divergent, on peut de préférence disposer, pour 55 rendre parallèle le rayon lumineux, une lentille focalisante derrière la source lumineuse, par exemple derrière une diode à luminescence» La surface de réception de lumière, c'est-à-dire la surface photosensible qui est disposée dans le corps de sonde du dispositif opto-éleccroxixque aa voisinage de la dernière 40 surface réfléchissante de la tête de sonde, peut avantageusement 72 15570 4 2135584 être constituée par une photodiode ou par la surface d'extrémité d'un conducteur de lumière se trouvant en liaison optique avec une photodiode» Le conducteur de lumière peut être réalisé de la même manière que le conducteur de lumière utilisé pour 5 la source lumineuse. Comme photodiode, on peut utiliser, par exemple, une photodiode au silicium. La surface photosensible peut cependant être formée également par un autre photo-élément connu en soi, par exemple une photorésistance. La sonde du dispositif opto-électroni-10 que conforme à l'invention peut être réalisée de diverses manières» Ix est avazLvagéux d'utiliser une tête de sonde en forme de plaquette, découpée dans un barreau préformé et polie sur les surfaces réfléchissantes, cette tête de sonde étant positionnée dans une monture sur le corps de sonde. La liaison est 15 assurée par un liant approprié tel qu'une résine de moulage. Le corps de sonde qui peut, par exemple, avoir une forme cylindrique présente, outre un évidement pour recevoir la tête de sonde, des perçages ou évidements pour recevoir la surface d'émission de lumière et la surface de réception de lumière, ainsi que les 20 connexions. La sonde constituée par le corps de sonde et la tête de sonde peut cependant être réalisée également d'une seule pièce par moulage par infection ou par coulée. Pour la sonde, c'est-à-dire aussi bien pour le corps de sonde que pour la tête de sonde, on peut avan-25 tageusement utiliser des matériaux tels qu'un ester méthacry-lique (tel que "Plexiglas" ou "Plexigum"), du polystyrène, du polysulfone ou du verre. Cependant, on peut également faire appel à d'autres matériaux pour fabriquer les sondes. Le choix de matériaux appropriés pour les sondes dépend surtout de l'u-50 tilisation envisagée pour le dispositif opto-électronique et de la solution à analyser. Grâce à l'utilisation de matériaux peu onéreux se prêtant au moulage par injection, comme le polystyrène, pour la sonde, on peut fabriquer le dispositif opto-35 électronique conforme à l'invention en série, à un prix réduit. En faisant varier l'angle que font les unes avec les autres les surfaces réfléchissantes de la tête de sonde, et également en changeant le matériau de la tête de sonde, on peut, comme décrit en détail iwJ&ûnàes et des disposi- 40 tifs opto-électroniques permettant de couvrir de larges plages BAD ORIGINAL 72 15570 5 2135584 de concentrations. Pour toutes ces raisons, le dispositif conforme à l'invention peut être utilisé d'une manière avantageuse comme appareil de mesure et de commande universel , par exemple pour la surveillance de 1'électrolyte dans des piles électro-5 chimiques ou pour commander les régénérateurs d'électrolyte dans des "batteries d'éléments à combustible. En outre, le dispositif convient avantageusement pour la surveillance de la concentration de l'acide dans des accumulateurs, en particulier à l'aide d'installations de traitement de données auxquelles peuvent 10 être envoyées les valeurs mesurées par le dispositif. En se référant au dessin annexé, on va décrire plusieurs exemples de réalisation non limitatifs de l'objet de l'invention ; sur ce dessin : la figure 1 montre, sous forme d'un 15 diagramme, la relation entre le taux de lumière réfléchie et l'indice de réfraction lors de la réflexion ; les figures 2a, 2b et 2c représentent plusieurs modes de réalisation de têtes de sonde pour réflexion totale multiple ; 20 les figures 3, 4 et 5 donnent des ca ractéristiques de différents modes de réalisation du dispositif opto-électronique ; la figure 6 représente une partie d'une sonde avec une tête de sonde pour réflexion totale sex-25 tuple ; la figure 7 représente l'agencement des surfaces réfléchissantes d'une tête de sonde en cascade ; la figure 8 représente un mode de réalisation d'une sonde ; 30 la figure 9 donne une courbe de mesu res prises avec la sonde selon la figure 8 ; les figures 10a et 10b représentent un autre exemple de réalisation de la sonde ; la figure 11 représente schématiquement 35 in1 exemple de réalisation d'un dispositif opto-électronique complet, conforme à l'invention ; la figure 12 montre une possibilité de fabrication pour des têtes de sonde en forme de plaquette. Lorsqu'un rayon lumineux jasse d'une 40 substance optiquement plus dense, ayant un indice de réfraction 72 15570 6 2135584 n^, dans une substance optiquement moins dense, ayant un indice de réfraction n2 , on peut écrire, pour l'angle limite de la réflexion totale n2 sin ou, - . 5 nl A partir de cette équation, on peut déterminer l'angle limite de la réflexion totale. La tête de sonde du dispositif optoélectronique conforme à l'invention peut avantageusement pré-10 sênter tant de surfaces réfléchissantes que le rayon lumineux tombant, après réflexion totale multiple, sur la surface d'émission de lumière soit orienté au moins sensiblement de façon antiparallèle par rapport au rayon lumineux sortant de la surface d'émission de lumière. 15 Avec des valeurs n-^ ■ 1,4-8 pour du "Plexiglas" et n2 = 1,38 pour du KOH 6M, l'angle limite de la réflexion totale s'élève, suivant l'équation ci-dessus, à La figure 1 représente, sous forme d'un diagramme, des courbes théoriques pour le taux de lumière 30 réfléchie en fonction de l'indice de réfraction, pour une réflexion simple et une réflexion quadruple, l'angle limite de la réflexion totale s'élevant à a^, > 68°36' (n^ - 1,48 pour du "Plexiglas", n2 ■ 1,38 pour du KOH 6M), En abscisses, on a porté l'indice de réfraction n2 du fluide à analyser et en or-35 données l'intensité de la lumière réfléchie pour une réflexion simple (R-^) et une réflexion quadruple (B^). Les courbes sont valables à condition que dans la lumière incidente, lea parties qui vibrent parallèlement an plan d'incidence et les parties qui vibrent perpendiculairement à ce plan soient égales. 72 15570 7 2135584 L»s courbes 1 et 2 sont valables pour la réflexion simple et donnent l'intensité de la lumière réfléchie avec un plan de vibrations parallèle et perpendiculaire au plan d'incidence. Les courbes 3 et 4 donnent les intensités 5 correspondantes en cas de réflexion quadruple. Le diagramme montre que, par exemple en cas de réflexion quadruple, l'intensité de la lumière réfléchie diminue fortement lorsque 1'angle limite de la réflexion totale se trouve dépassé, c'est-à-dire lorsque l'indice 10 de réfraction n2 de la substance à analyser augmente, de sorte que la sensibilité de la sonde se trouve sensiblement accrue comparativement à la réflexion simple. Les courbes théoriques de la figure 1 ne sont rigoureusement valables que pour une lumière parallèle 15 idéale. Etant donné que les sources lumineuses usuelles émettent presque toujours des faisceaux lumineux légèrement divergents, il existe de faibles écarts pour l'angle d'incidence, de sorte que la lumière réfléchie se compose de parties dont les angles d'incidence sont situés dans une plage étroite au-20 tour de l'angle limite de la réflexion totale. L'importance de ce phénomène est évidemment la plus grande dans les parties raides des courbes et conduit à tin aplatissement des courbes. Cet aplatissement n'a pas de conséquences défavorables pour la mesure et/ou régulation à effectuer ; au contraire, il conduit 25 à un élargissement de la plage de mesures. Par ailleurs, il est possible d'agir sur la pente des courbes en diaphragmant de façon appropriée le faisceau lumineux. Sur les figures 2a à 2c, on a représenté en plan plusieurs têtes de sonde en forme de plaquette , 30 ayant chacune quatre surfaces réfléchissantes. La marche du rayon lumineux dans les têtes de sonde est indiquée en tirets. Les têtes de sonde en forme de plaquette présentent, comparativement à d'autres modes de réalisation possibles, l'avantage de pouvoir être fabriquées plus facilement, séparément ou con-35 jointement avec le corps de sonde. Des têtes de sonde en U présentent, par exemple, l'inconvénient que des défauts incontrôlables peuvent apparaître par suite d'un mauvais parallélisme des deux branches. La tête de sonde 21 (figure 2a) est conçue pour un angle limite de la réflexion totale de 67,5°» c'est-à-40 dire que l'angle que font les surfaces réfléchissantes 22, 23, 72 15570 8 2135584 24 et 25 les unes avec les autres s'élève chaque fois à 2 0^ = 135°» Les têtes de sonde 26 (figure 2b) et 27 (figure 2c) sont conçues pour un angle limite de la réflexion totale de 68° et 70°, respectivement» L'angle que font les surfaces réfléchissantes les unes avec les autres s'élève dans ce cas à 136° et 140°, re spe ctivement . La figure 3 montre des courbes de mesures obtenues à l'aide de dispositifs opto-électroniques é-quipés de têtes de sondes selon la figure 2, sur des lessives de potasse de différentes concentrations. En abscisses, on a porté la concentration de la lessive de potasse, en mole/litre, et en ordonnées l'intensité R de la lumière réfléchie. La courbe 31 est obtenue à l'aide de la tête de sonde 21, la courbe 32 à l'aide de la tête de sonde 26 et la courbe 33 à l'aide de la tête de sonde 27» Pour standardiser les courbes de mesures, on utilise la valeur de mesure (mesure de tension) des différentes têtes de sonde par rapport à l'air. C'est la raison pour laquelle les valeurs pour l'intensité diffèrent légèrement pour c = 0 àole/litre, correspondant à l'eau pure. Comme surface de réception de lumière, on utilise chaque fois une photodiode au silicium (type BPY 11), fixée au mastic dans le corps de sonde, et comme surface d'émission de lumière on fait appel aussi bien à des lampes à incandescence focalisantes qu'à des diodes à luminescence. La source lumineuse est chaque fois fixée au mastic dans le corps de1 sonde» Pour la mesure, on utilise un voltmètre électronique en tant qu'amplificateur de mesure. Pour permettre des mesures indépendantes de la lumière du jour, on peut avantageusement faire fonctionner les diodes à luminescence en régime pulsatoi-re et utiliser un amplificateur à résonance. L'amplificateur à résonance peut avantageusement être pourvu de filtres sans bobine. En outre, un dispositif de compensation de température peut être prévu dans l'amplificateur à résonance. Par ailleurs, on utilise de préférence un amplificateur à résonance à faible résistance d'entrée. On effectue les mesures en plongeant la tête de sonde dans des lessives de potasse de concentrations différentes., se trouvant dans une cuve en matière plastique noire. En cas de ionot, -:r,L«jac avec lumière continue, la proportion de lumière du jour s'élève au maximum à 4 %. Les 72 15570 9 2135584 courbes montrent clairement un déplacement de la rampe d'intensité relativement raide de la lumière réfléchie dans le sens d'une concentration plus élevée avec une incidence de lumière de plus en plus plate, c'est-à-dire avec un angle croissant 5 entre les surfaces réfléchissantes des différentes têtes de sonde. La courbe 32 donne, par exemple, la meilleure adaptation à la plage de concentrations au voisinage de 6 moles KOH/litre. Cette plage couvre normalement la con-10 centration de 1'électrolyte liquide dans des piles à combustible et des batteries d'éléments à combustible à électrolyte alcalin. La courbe 32 permet également de montrer que, du fait que l'indice-de réfraction varie avec la longueur d'onde, les points de mesure peuvent légèrement diverger en cas d'utilisais tion de lumière de lampes à incandescence (ampoule focalisante ; intensité 300 mA) et de lumière de diodes à luminescence (diode à luminescence émettant dans la plage ultraviolette, intensité de courant de la diode à luminescence 30 mA). Les points de mesure sont représentés sur la figure 3 par des symboles 20 différents, à savoir o_ pour la lampe à incandescence et x pour' la diode à luminescence. A l'aide d'un dispositif opto-électronique comportant la tête de sonde 26 de la figure 2b, on effectue d'autres mesures qui sont reproduites sous forme de diagram-25 me sur la figure 4„ En ordonnées, on porte de nouveau l'intensité de la lumière réfléchie et en abscisses la concentration _ç de lessive de potasse et d'acide sulfurique, en mole/litre. On mesure chaque fois par rapport à l'eau les intensités pour c = 0 mole/litre. 50 La courbe 41 correspond à la courbe 32 de la figure 3. Elle donne les valeurs obtenues par mesure sur du KOH à l'aide d'une diode à luminescence (intensité de courant de la diode à luminescence : 30 mA ; résistance de l'amplificateur de mesure, c'est-à-dire du voltmètre électronique : 35 101* -A- ; intensité R = 1 = 328 mV ; symbole : x) et à l'aide d'une lampe à incandescence (intensité de courant 2 13 300 mA ; résistance de l'amplificateur de mesure : 10 ' S>- ; A intensité E « 1 » 347 mV ; symbole : o). La courbe 42 donne les résultats obtenus dans les mêmes conditions à l'aide d'une 40 diode à luminescence (symbole s •) et d'une lampe à incandesceai- 72 15570 10 2135584 ce (symbole s +) lors de la mesure sur du H^SO^o II s'avère que lors de l'utilisation de lumière continue (lampe à incandescence ou diode à luminescence), les courbes ont sensiblement la même allurev à cette différence près que la courbe pour l'acide sulfurique se trouve déplacée dans le sens de concentrations molaires quelque peu plus faibles» La comparaison des courbes 41 et 42 avec les courbes 43 et 44 montrent qu'il est avantageux de- faire fonctionner le dispositif opto-électronique conforme à l'invention avec une diode à luminescence à régime pulsatoire et d'utiliser un amplificateur à résonance pour exploiter les signaux émis par la photodiode» La courbe 43, qui est valable comme la courbe 41 pour du KOH, et la courbe 44, qui est valable comme la courbe 42 pour du H^SO^ , sont obtenues à l'aide d'un courant pulsatoire pour la diode à luminescence (fréquence 20 kHz)9 c'est-à-dire avec la lumière alternative» Les valeurs de mesure pour les courbes 43 et 44 sont obtenues chaque fois à l'aide d'un amplificateur à résonance ayant une résistance d'entrée de 10 k —» L'intensité R = 1 correspond sur la courbe 43 à une tension de 6,5 V et sur la courbe 44 à une tension de 6,6 V= On constate que même en cas d'utilisation de lumière alternative, les courbes pour la lessive de potasse et l'acide sulfurique ont sensiblement la même allure, mais les courbes pour la lumière alternative sont beaucoup plus raides que celles pour la lumière continue» La courbe 43 met en évidence que, dans ce cas, la plage de travail la plus favorable du dispositif opto-électronique utilisé pour la mesure est située aux alentours d'une concentration de KOH de 5>5 moles/litre» Du fait que la valeur R = 1 correspond à une tension de 6,5 "V, et qu'une différence de potentiel d'environ 0,5 V est nécessaire pour commander un relais, un tel dispositif opto-électronique permet une commande avec une précision de 5î5 - 0,1 mole/litre» Dans le dispositif opto-électronique conforme à l'invention., la photodiode peut avantageusement être suivie d'une résistance parallèle réglable et d'un amplificateur de mesure, le réglage de la résistancè parallèle permettant d'adapter la plage de travail de la sonde à la plage de concentrations à sunciiie- e.c a analyser » Les a- vantages que cela procure apparaissent sur le diagramme de la 72 15570 ii 2135584 figure 5° La figure 5 représente des courbes de mesures obtenues au moyen d'un dispositif opto-électronique avec une tête de sonde selon la figure 2b s en cas de mesure sur 5 de la lessive de potasse,, En abscisses, on a porté la concentration £ de lessive de potasse, en mole/litre, et en ordonnées la tension mesurée U, en mV» Comme amplificateur de mesure, on utiixse un voltmètre électronique (résistance et différentes résistances parallèles sont montées derrière la 10 photodiode.. Les courbes sont obtenues à l'aide d'une diode à luminescence, avec lumière continue., La courbe 51 donne les résultats d'une mesure de comparaison sans résistance parallèle» Les courbes 52 à 56 donnent, dans l'ordre, les résultats obtenus à l'aide de 15 résistances parallèles de 100 k -TU , 47 k -A- , 22k jTL» lOk-O-et 4,7 k -J"L , respectivement» Il s'avère que le point d'inflexion de la courbe caractéristique, en partant de la courbe 51 (voltmètre électronique avec une résistance de 10«JL) , se trouve d'autant plus déplacé dans le sens de concentrations plus 20 faibles que la valeur de la résistance parallèle montée derrière la photodiode est plus faible» En cas de charge ohmique plus faible, la tension de départ est également réduite» La relation, visible sur la figure 5» entre l'allure de la courbe, c'est-à-dire la caractéristique de 25 la sonde, et la résistance de charge, présente des avantages essentiels» Par réglage d'une résistance parallèle à des valeurs différentes, on peut faire varier la plage de mesures d'un seul et même dispositif opto-électronique et en particulier l'élargir dans le sens' de plages de concentrations plus faibles» Par ail-30 leurs, lorsqu'on veut comparer entre elles les valeurs d'un grand nombre de dispositifs opto-électroniques, auquel cas la caractéristique de toutes les sondes doit être la même, on peut étalonner toutes les sondes sur la même caractéristique, par utilisation d'une résistance élevée» Finalement, on peut égale -35 ment adapter la valeur maximale pour la tension à des exigences déterminées, cela par diverses dispositions, par exemple par l'utilisation d'une résistance série.. Si i:on effectue les mesures dont les résultats sont repi-t--2 aiugi&umre sur la fi- 40 gure 5* non pas sur de la lessive de potasse, mais sur de BAD ORIGINAL 72 15570 12 2135584 l'acide sulfurique de diverses concentrations, c'est-à-dire de diverses densités, on obtient, avec les résistances parallèles correspondantes, des courbes ayant sensiblement la même allure qu'avec les mesures sur de la lessive de potasse. C'est pourquoi 5 ces courbes ne sont pas représentées séparément» Si l'on considère, par exemple, la courbe qui correspond à la courbe 54- de la figure 5» c'est-à-dire la courbe obtenue à l'aide d'une résistance parallèle de 22 kJL , il s'avère qu'il est possible de couvrir parfaitement, à l'aide d'un tel dispositif opto-élec-10 troniquev -plage de densités de l'acide sulfurique d'environ v " Z 1,1 a 1,35 g/cm*' à 20"C, correspondant à une plage de concentrations d'environ 1,5 à 6,5 moles/litre. Cela correspond, par exemple, à la plage intéressante pour un accumulateur au plomb, du fait qu'elle couvre aussi bien l'état chargé que l'état non 15 chargé» Par conséquent, à l'aide du dispositif opto-électronique conforme à l'invention, il est possible de suivre et de déterminer parfaitement l'état de charge d'accumulateur à l'aide de la concentration de l'acide, qui baisse pendant la décharge. 20 à l'invention peut donc être utilisé avec la même efficacité pour mesurer et/ou réguler la concentration d'acides et de lessives. A cet effet, comme déjà mentionné précédemment, les têtes de sonde peuvent avantageusement comporter quatre ou cinq surfaces réfléchissantes, le rayon lumineux étant dévié au total d'environ 25 180° après la dernière surface réfléchissante. De telles têtes de sonde comportent donc tant de surfaces réfléchissantes que le rayon lumineux tombant sur la surface de réception de lumière soit au moins approximativement antiparallèle au rayon lumineux sortant de la surface d'émission de lumière. En outre, la tête 30 de sonde peut également, d'une manière avantageuse, présenter tant de surfaces réfléchissantes que le rayon lumineux tombant sur la surface de réception de lumière soit au moins sensiblement perpendiculaire au rayon lumineux sortant de la surface d'émission de lumière» A cet effet, la tête de sonde peut de préférence 35 comporter six surfaces réfléchissantes, de sorte que le rayon lumineux se trouve dévié au tocal d'environ 270° après la dernière surface réfléchissante» Une sonde comportant line telle tête de sonde est repr-fsart* » rlitacT1: sur la figure 6. La marche du rayon iuaiaêux es .. ±- en crsit sixte. Le corps 40 de sonde 62 est ici collé dan-, uii avidement de la tête de sonde6L Le dispositif opto-électronique conforme BAD OR®nM- 72 15570 13 2135584 de sorte que le rayon lumineux émis par une diode à luminescence 63 tombe sur la première surface réfléchissante 64 après son entrée dans la tête de sonde et tombe, après sa sortie de la tête de sonde 61, derrière la dernière surface réfléchissan-5 te 65» sur la surface photosensible, c'est-à-dire une photodiode 66o La diode à luminescence 63 et la photodiode 66 sont disposées avec leurs connexions dans des perçages du corps de sonde 62o La photodiode 66 est partiellement recouverte de vernis noir 6?» Les dispositifs opto-électroniques comportant . 10 une tête de sonde à reflexion totale sextuple peuvent être utilisés, par exemple, pour déterminer la concentration de l'acide d'accumulateurs ou d'eau de mer. Toutefois, la tête de sonde du dispositif opto-électronique peut également ne comporter, par exemple, que 15- deux surfaces réfléchissantes, de sorte que derrière la dernière surface réfléchissante, le rayon lumineux se trouve dévié au total d'environ 90°» Une tête de sonde de ce type n'est pas représentée sur le dessin, mais on peut se référer à ce sujet à la tête de sonde selon la figure 6, en s'imaginant que le rayon 20 lumineux quitte la tête de sonde déjà derrière la deuxième surface réfléchissante 68 pour tomber sur une surface photosensible» Les surfaces réfléchissantes de la tête de sonde d'un dispositif opto-électronique conforme à l'invention 25 peuvent finalement être disposées avantageusement en cascade, la marche du rayon lumineux étant dans ce cas sensiblement ondu-leuse» Une tête de sonde de ce type est représentée sur la figure 7„ Une multiplication des surfaces à réflexion totale, par montage en cascade, dans l'exemple représenté de 12 surfaces à 30 réflexion totale, permet d'accroître considérablement la sensibilité» Des dispositifs opto-électroniques comportant de telles têtes de sonde conviennent particulièrement à l'analyse de solutions aqueuses telles que l'eau de mer. Les références 71* 72 et 73 désignent sur la figure 7 des parties de la tête de son-35 de, ayant chacune quatre surfaces réfléchissantes, ces parties étant collées sur un support coannun 74» Le support 74 est pourvu de parties de fixation 75 à l'aide desquelles la tête de sonde peut être assujettie dans ies évidemeirns du corps de sonde corr e spondant 40 Les solutions à analyser, dent on veut 72 15570 14 2135584 mesurer et/ou réguler la concentration, peuvent se trouver à des températures qui dépassent souvent de beaucoup la température ambiante» Ainsi, par exemple, des piles à combustible ou des batteries d'éléments à combustible à électrolyte alcalin 5 tel que KOH fonctionnent souvent à des températures de 90°C et davantage» Pour assurer une bonne sécurité de fonctionnement, également à des températures plus élevées, il est avantageux, dans le dispositif opto-électronique conforme à l'invention, de faire précéder la diode à luminescence d'un élé-10 ment de compensation de température, en vue de la compensation de la variation de la caractéristique de la diode à luminescence et/ou de la photodiode avec la température. La diode à luminescence et l'élément de compensation de température peuvent le cas échéant être disposés ensemble dans un boîtier mon-15 té dans le corps de sonde ou rapporté sur le corps de sonde. Dans le dernier cas, un conducteur de lumière se trouvant en liaison avec la diode à luminescence sert de surface d'émission de lumière» Le boîtier pour la diode à luminescence et l'élément de compensation de température peut, en outre, être avan-20 tageusement relié thermiquement à un radiateur. Comme élément de compensation de température, on utilise de préférence des thermistances à coefficient de température négatif (CTN) . De telles thermistances, appelées également thermistors, sont constituées par exemple par un 25 mélange d'oxydes de métaux différents, et présentent un coefficient de température négatif. Dans le dispositif opto-électronique conforme à l'invention, elles servent à compenser la variation de la caractéristique de la diode à luminescence et/ou de la photodiode avec la température. En effet, l'intensité de 30 la lumière émise par des diodes à luminescence diminue fortement avec l'augmentation de la température. Par ailleurs, à partir de températures d'environ 80 à 90°C, les diodes à luminescence subissent, avec le temps, des dommages irréversibles. Ces difficultés, de même que la variation de la caractéristique 35 des photodiodes avec la température, se trouvent éliminées grâce à l'utilisation d'éléments de compensation de température, en combinaison avec des conducteurs de lumière. Comme éléments de compensation de température, on peut utiliser, par exemple, une thermistance CTN usuelle dans le commerce du type K 11 (fa-40 briquée par Siemens AG), cette thermistance ayant une résis 72 15570 15 2135584 tance d'environ 200 —à la température ambiante. Pour compenser la variation de la caractéristique de la diode à luminescence et de la photodiode avec la température, on peut également utiliser pour chaque diode une thermistance CTN, les deux 5 thermistances étant alors montées en série. En même temps, on peut avantageusement utiliser un amplificateur à résonance à faible résistance d'entrée, car le courant de court-circuit de la photodiode varie peu avec la température. Dans ce cas, on peut également utiliser une thermistance CTN de faible résis-10 tance. La figure 8 représente schématiquement la sonde d'un dispositif opto-électronique conforme à l'invention, servant en particulier à analyser des lessives alcalines telles que du KOH. Le corps de sonde 81 et la tête de sonde 82 sont 15 en "Plexiglas". Le corps de sonde 81 qui est cylindrique comporte un renflement dans la partie supérieure. La sonde présente, par exemple, les cotes données ci-après. Le diamètre du corps de sonde s'élève à environ 15 mm et, dans la partie renflée, à environ 20 mm; le corps de sonde présente une longueur 20 de 50 mm. La tête de sonde 82 est en forme de plaquette et est collée dans m évidement du corps de sonde, lequel évidement est référencé 83° La tête de sonde pénètre à une profondeur d'environ 1 à 2 mm dans le corps de sonde. La tête de sonde présente cinq surfaces réfléchissantes et est établie pour un 25 angle limite de la réflexion totale de 72°. La partie libre de la tête de sonde présente une longueur d'environ 5 à 6 mm. La largeur de la tête de sonde à la base s'élève à environ 10 mm et son épaisseur à environ 2 à 3 mm. La tête de sonde peut cependant être également plus épaisse. La profondeur d'immersion 30 de la tête de sonde est d'environ 5 mm, c'est-à-dire que la tête de sonde présente l'avantage important d'une très faible profondeur d'immersion. Le mode de réalisation du dispositif optoélectronique suivant la figure 8 présente l'avantage supplémen-35 taire que les conducteurs de connexions de la diode à luminescence et de la photodiode sont protégés contre les parasites à haute fréquence. A cet effet, la diode à luminescence 84 et la photodiode 85 ainsi eue leur? de connexions se trou vent dans des boîtieiê mec-a-I-- , y=r exemple en fer. Le boî-40 tier 86 pour la photodiode est prèécue complètemej-t disposé à BAD ORIGINAL 72 15570 16 2135584 1'intérieur du corps de sonde 81. La partie débordante est pourvue d'un raccord à haute fréquence 87. Le boîtier 88 pour la diode à luminescence 84 qui peut être constitué par le même matériau que le boîtier 86, ne pénètre que partiellement 5 dans le corps de sonde 81. Cette partie renferme une lentille focalisante 89 qui est disposée dans la marche du rayon lumi--neux pour rendre ce dernier parallèle, et la partie supérieure d'un conducteur de lumière 90 qui est disposée entièrement dans le corps de sonde 81. La surface d'extrémité du conducteur de 10 lumière 90 se trouvant en liaison optique avec la diode à luminescence 84 sert de surface d'émission de lumière. On utilise de préférence des diodes à luminescence émettant de la lumière infrarouge. Cependant, on peut également utiliser des diodes s luminescence émettant de la lumière dans un autre domaine, par 15 exemple dans le domaine visible. La diode à luminescence 84 est précédée d'une thermistance CTN 91 et est disposée avec cette dernière dans le boîtier commun. 88, à savoir dans la partie débordant le corps de sonde 81. Le boîtier 88 est pourvu d'un raccord à haute fréquence 92. Sur les raccords 87 et 92 peuvent 20 être vissés des câbles pourvus d'un blindage à haute fréquence. La partie supérieure du boîtier 88 pour la diode à luminescence 84 et la thermistance COÎN 91 est reliée thermiquement à un radiateur 93 pourvu d'ailettes de refroidissement. La figure 9 représente, sous forme d'un 25 diagramme, une courbe de mesure obtenue avec un dispositif optoélectronique équipé de la sonde selon la figure 8. En abscisses, on a porté la concentration ç, de lessive de potasse, en mole/litre, et en ordonnées la tension mesurée ïï en volts. On effectue les mesures à la température ambiante (22°C). La 30 résistance de la thermistance CTN s'élève à environ 300 à la température ambiante. On fait fonctionner la diode' à luminescence (RCA, type 40.736 R) en régime pulsatoire (fréquence 20 kHz) et on exploite les signaux de la photodiode (photodiode au silicium type BPY 11) à l'aide d'un amplificateur à ré-35 sonance ayant une résistance d'entrée de 56 -ft- . La photodiode est suivie d'une résistance parallèle de 400 _/\_ . La courbe montre qu'il existe une relation linéaire entre la concentration st Ta tendon, dans une plage étendue. La pente de la courba s - «_3Vfc à environ 260 mV/mole, 40 c'est-à-dire que pour une différance de concentration de 1 mole/ 72 15570 17 2135584 litre, la différence de potentiel mesurée s'élève à 260 mV» les figures 10a et 10b représentent schématique ment une sonde d'un dispositif opto-électronique conforme à l'invention, pouvant être utilisée en particulier pour des me-5 sures sur des acides tels que des acides d'accumulateurs» Le corps de sonde et la tête de sonde sont en "Plexiglas"» Le corps de sonde cylindrique se compose de deux parties, à savoir d'une partie inférieure 101 en forme de barreau(figure 10a) et d'une partie supérieure 102 pouvant être rapportée sur la partie 10 inférieurs (figure 10b)„ La partie inférieure 101 présente un diamètre d'environ 15 mm et une longueur d'environ 50 mm ; la partie supérieure 102 présente un diamètre d'environ 18 mm et une hauteur d'environ 15 mm» Une tête de sonde 104 en forme de plaquette est collée dans un évidement 103 -^lle pénètre à une profondeur d'environ 1 à 2 mm dans la partie inférieure 101 du corps de sonde et présente à sa base une largeur d'environ 12 mm et une 20 hauteur d'environ 6 mm, ce qui donne une profondeur d'immersion d'environ 5 à 6 mm» L'épaisseur de la tête de sonde s'élève à environ 2 mm» Dans la partie inférieure 101 du corps de sonde sont disposés deux conducteurs de lumière 105, 106, chacun dans un canal» Les conducteurs de lumière s'étendent à l'extrémité 25 inférieure jusqu'à proximité immédiate de la tête de sonde et dépassent la partie inférieure du corps de sonde à l'extrémité supérieure» La surface d'extrémité du conducteur de lumière 105, voisine de la tête de sonde, sert de surface d'émission de lumière et la surface d'extrémité correspondante du conducteur de 30 lumière 106 sert de surface photosensible» La partie supérieure 102 du corps de sonde comporte un évidement 107 dans lequel est engagée la partie inférieure loi» Une goupille de blocage peut être enfoncée dans un perçage 108a de la partie supérieure et un perçage corres-35 pondant 108b de la partie inférieure du corps de sonde, pour maintenir réunies les deux parties du corps de sonde» La partie supérieure 102 comporte deux guides 109 et 110 dans lesquels sont engagées, 1er-s le 1 ' ?,gf îes deux parties du corps de sonde, les exti-eiuir-es ae- ..;^uc'u«.-urs cLe lumière 105 et 106» 40 dépassant la partie inférie^r-s 101. Le3 extrémités supérieures BAD ORIGINAL 72 15570 18 2135584 des conducteurs de lumière 105 et 106 viennent ainsi se placer directement contre la diode à luminescence 111 et la photodiode 112 et se trouvent en liaison optique avec ces dernières, les guides 109, HO prévus pour les conducteurs de lumière dans la 5 partie supérieure 102 sont entourés par des blindages tubulaires à haute fréquence ; le blindage 113 renferme la diode à luminescence 111 et le blindage 114 renferme la photodiode 112* Les blindages sont rapportés sur la partie supérieure 102 et sont enrobés à l'aide d'une résine de moulage pour former un ensemble 10 compact d'un diamètre d'environ 20 mm et d'une hauteur d'environ 20 mm. Dans la masse d'enrobage 115 est prévu un perçage 116 dans lequel peut être fixé un radiateur non représenté. Un boîtier commun 117 qui fait partie de l'ensemble compact précité renferme, outre la diode à luminescence 111, une thermistance 15 CTN 118 qui précède la diode à luminescence. Des conducteurs à haute fréquence 119a et 119b collés au bord de cet ensemble compact servent de connexions pour la diode à luminescence et la photodiode. La figure 11 donne le schéma synoptique d*m 20 dispositif opto-électronique complet, conforme à l'invention. On reconnaît sur cette figure que la sonde 121 du dispositif optoélectronique peut avantageusement être rapportée, à la place d'un couvercle à vis, sur un accumulateur 112. Pour déterminer la concentration, il suffit que la tête de sonde 123 plonge 25 dans le liquide 124 à analyser. La diode à luminescence disposée dans la sonde est raccordée par une connexion 125 à un appareil d'alimentation en courant 126. A partir de la photodiode, une connexion 127 mène vers un dispositif de mesure et de régulation se trouvant dans un boîtier commun 128. La référen-30 ce 129 désigne une résistance parallèle montée derrière la photodiode. La référence 130 désigne un amplificateur de mesure ou un amplificateur à résonance qui peut être relié, au moyen d'un commutateur 131» soit à un instrument de mesure 132, soit à un relais 133- A l'aide du relais 133 et d'un contact 134 ac-35 tionné par ce relais, on peut procéder à une régulation ou commande. jja figupg 2.2 montre une possibilité pour fabriquer des têtes de sonde identiques, en forme de plaquette, avec une grande fidélité dimensionnelle. A cet effet, on sectionne les différentes têtes de sonde 142, 143 en forme de plaquette dans un barreau préformé.141 en un matériau approprié» Avant leur montage sur le corps de sonde, on polit les têtes de sonde sur les 40 surfaces réfléchissantes. 72 15570 19 2135584 REVENDICATION "S 10 Dispositif opto-électronique comportant une sonde fonctionnant suivant un principe de la réflexion totale d'un rayon lumineux,, pour la mesure et/ou la régulation 5 de la concentration de solutions, caractérisé par le fait qu'il comporte ion corps de sonde en forme de barreau, présentant à l'extrémité inférieure une tête de sonde avec au moins deux surfaces réfléchissantes qui, pendant le fonctionnement, sont immergées dans la solution à analyser, que la première surface 10 réfléchissante de la tête de sonde est inclinée par rapport à l'axe longitudinal du corps de sonde, qu'une surface d'émission de lumière est disposée dans le corps de sonde, au voisinage de la première surface réfléchissante de la tête de sonde, et une surface de réception de lumière au voisinage de la der-15 nière surface réfléchissante de la tête de sonde, que les surfaces réfléchissantes de latfete de sonde, touchées successivement par le rayon lumineux, font approximativement un angle de 2«t les-unes avec les autres, étant l'angle limite de la réflexion totale entre la solution à analyser et le matériau 20 de la tête de sonde, rapporté à la concentration moyenne de la solution à analyser, et que le corps de sonde comporte des connexions électriques en vue du raccordement à un appareil d'alimentation en courant et à un amplificateur de mesure» 2. Dispositif opto-électronique suivant 25 la revendication 1, caractérisé par le fait que la surface dt*é- a mission de lumière est une diode /luminescence ou la surface d'extrémité d'un conducteur de lumière se trouvant en liaison optique avec une diode à luminescence= 3° Dispositif opto-électronique suivant la 30 revendicafion 2, caractérisé par le fait que pour rendre parallèle le rayon lumineux, une lentille focalisante est disposée derrière la diode à luminescence dans la marche du rayon0 4o Dispositif opto-électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 39 caractérisé par le 35 fait que la surface de réception de lumière est une photodiode ou la surface d'extrémité d'un conducteur de lumière se trouvant en liaison optique avec une photodiode., 5^ Dispositif opto-électronique suivant l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé par le 40 fait qu'une tête de sonde en forme de plaquette, sectionnée 72 15570 ao 2135584 dans un barreau préformé et polie sur les surfaces réfléchissantes, est fixée dans une monture dans le corps de sonde» 6. Dispositif opto-électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le 5 fait que le corps de sonde et la tête de sonde sont réalisés d'une seule pièce, par moulage par injection ou par coulée. 7= Dispositif opto-électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le corps de sonde et/ou la tête de sonde sont en ester 10 méthacrylique, en polystyrène, en polysulfone ou en verre. Dispositif opto-électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7» caractérisé par le fait que la tête de sonae comporte tant de surfaces réfléchissantes que le rayon lumineux tombant sur la surface de récep-15 tion soit au moins à peu près antiparallèle par rapport au rayon lumineux sortant de la surface fi'émission de lumière. 9° Dispositif opto-électronique suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'en vue de la détermination de la concentration d'acides et de lessives, la 20 tête de sonde présente quatre ou cinq surfaces réfléchissantes et que le rayon lumineux se trouve dévié au total d'environ 180° derrière la dernière surface réfléchissante» 10o Dispositif opto-électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7» caractérisé par le 25 fait que la tête de sonde comporte tant de surfaces réfléchissantes que le rayon lumineux tombant sur la surface de réception soit au moins à peu près perpendiculaire au rayon lumineux sortant de la surface d'émission de lumière. 11. Dispositif opto-électronique suivant 50 la revendication 10, caractérisé par le fait que la tête de sonde présente six surfaces réfléchissantes et que le rayon lumineux se trouve dévié au total d'environ 270° derrière la dernière surface réfléchissante. 12o Dispositif opto-électronique suivant 55 la revendication 10„ caractérisé par le fait que la tête de sonde présente deux surfaces réfléchissantes et que le rayon lumineux se trouve dévié au total d'environ 90° derrière la dernière surface réfléchissante0 13o 1--électronique suivant 40 l'une quelconque des revendications 1 à 7» caractérisé par le BAD QRIGINAL 72 15570 21 2135584 fait que les surfaces réfléchissantes de la tSte de sonde sont disposées en cascade, la marche du rayon lumineux étant approximativement onduleuse» 14« Dispositif opto-électronique suivant 5 l'une quelconque des revendications 4 à 13? caractérisé par le fait que la photodiode est suivie d'une résistance parallèle réglable et d'un amplificateur de mesure et que par réglage de la résistance parallèles la plage de travail de la sonde est adaptée à la plage de concentrations à surveiller de la solu-10 tion» Dispositif opto-électronique suivant l'une quelconque des revendications 4 à 14, caractérisé par le fait que la diode à luminescence fonctionne en régime pulsatoire, qu'un amplificateur à résonance, de préférence à faible ré-15 sistance d'entrée, est prévu poux l'exploitation des signaux émis par la photodiode, et que les conducteurs de connexion électriques de la diode à luminescence et de la photodiode sont, le cas échéant, blindés contre les parasites à haute fréquence, 16o Dispositif opto-électronique suivant 20 la revendications 14 ou 15, caractérisé par le fait qu'en vue de la compensation de la variation de la caractéristiques de la diode à luminescence et/ou de la photodiode avec la température, la diode à luminescence est précédée d'un élément de compensation de température, et que la diode à luminescence et 25 l'élément de compensation de température sont disposés, le cas échéant, ensemble dans un boîtier qui se trouve dans le corps de sonde ou est rapporté sur le corps de sonde» 17» Dispositif opto-électronique suivant la revendication 16, caractérisé par le fait que le boîtier 50 pour la diode à luminescence et l'élément de compensation de température est relié thermiquement à un radiateur» 18° Dispositif opto-électronique suivant la revendication 16 ou 17, caractérisé par le fait que la diode à luminescence est précédée d'au moins une thermistance à coef-55 ficient de température négatifs 19« Dispositif opto-électronique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait que la sonde est rapporté^ sur un accumulateur à la place d'un couvercle à vis.