"Procédé et dispositif de mesure de l'indice de réfraction d'un milieu"
La presente invention concerne la mesure de l'indice de
réfraction d'un milieu et plus particulièrement d'un milieu gazeux ou
liquide."Method and device for measuring the refractive index of a medium"
The present invention relates to the measurement of the index of
refraction of a medium and more particularly of a gaseous medium or
liquid.
La connassance de l'indice de réfraction d'un milieu permet - d'en déduire la pureté ou la composition lorsque l'on a par ailleurs
des informations approximatives sur ce milieu. Cette connaissance peut
notamment être intéressante dans les industries alimentaires, dans les
raffineries, dans les colonnes de distillation, ainsi que dans les
réservoirs ou les canalisations de transport de certains produits,
notamment d'hydrocarbures et plus particulièrement de gaz naturel
liquéfié.Knowing the refractive index of a medium makes it possible - to deduce the purity or the composition when it is otherwise
approximate information on this environment. This knowledge can
especially be interesting in the food industries, in
refineries, in distillation columns, as well as in
tanks or transport pipes for certain products,
in particular of hydrocarbons and more particularly of natural gas
liquefied.
I1 est important de pouvoir mesurer cet indice de réfraction in
situ afin de connaître les caractéristiques exactes du milieu à tester
dans les conditions véritables où il se trouve au moment de sa produc
-tion, de sa livraison ou de son emploi.It is important to be able to measure this refractive index in
situ in order to know the exact characteristics of the environment to be tested
in the true conditions in which it is at the time of its produc
-tion, its delivery or its use.
La présente invention propose un procéde et un dispositif de
mesure qui, sans se limiter à ce mode d'application, permettent d'effec
tuer une mesure d'indice de réfraction au sein même dsun milieu fluide
à tester, et cela avec une excellente précision.The present invention provides a method and a device for
measure which, without being limited to this mode of application, allow
kill a refractive index measurement within a fluid environment
to test, and this with excellent precision.
- Un objet de l'invention est un procédé de mesure de l'indice de
réfraction d'un milieu à testeur, comportant l'instaXllation d'un dioptre
plan entre ce milieu et un milieu de référence à indice de réfraction
connu et plus élevé que celui du milieu à tester, ainsi que ltéclaire-
ment de ce dioptre par des rayons lumineux incidents provenant du milieu - de référence et produisa::1t des rayons réfléchis sur ce dioptre et éventu
tellement des rayons réfractés dans le milieu à tester, caractérisé en ce
que ces rayons lumineux incidents ont des inclinaisons uniformément
réparties dans un angle de balayage au sein duquel on sait, d'après la
plage des indices de réfraction prevus, que doit nécessairement se
trouver lTinclinaison du rayon incident, dit à réfraction limite, qui
génère un rayon réfracté parallèle au dioptre, en ce que l?on capte les
rayons réfléchis provenant de ces rayons incidents au moyen d'éléments
récepteurs séparés qui sont placés les uns côté des autres en des
emplacements de réception des rayons réfléchis correspondant aux diverses
inclinaisons de rayons incidents comprises dans ledit angle de balayage
et qui-transmettent des signaux en réponse, en ce que l'on amène ces - signaux à un organe d'analyse dans lequel on peut distinguer d'après
leur intensité les signaux dus à des rayons incidents ayant donné lieu
à la fois à une réflexion et à une réfraction et ceux dus à des rayons
incidents ayant donné lieu exclusivement à une réflexion, afin d'en
déduire l'inclinaison du rayon incident à réfraction limite et par suite, - le rapport entre les indices de réfraction du milieu à tester et du
milieu de référence.- An object of the invention is a method of measuring the index of
refraction of a tester medium, including the installation of a diopter
plane between this medium and a reference medium with refractive index
known and higher than that of the medium to be tested, as well as
ment of this diopter by incident light rays from the medium - reference and produced :: 1t of the rays reflected on this diopter and possibly
so many refracted rays in the medium to be tested, characterized in that
that these incident light rays have uniform inclinations
distributed in a scanning angle within which we know, from the
range of expected refractive indices, which must necessarily be
find the inclination of the incident ray, called limit refraction, which
generates a refracted ray parallel to the diopter, in that one picks up the
reflected rays from these incident rays by means of elements
separate receivers which are placed side by side in
receiving locations of the reflected rays corresponding to the various
inclinations of incident rays included in said scanning angle
and which-transmit signals in response, in that we bring these - signals to an organ of analysis in which we can distinguish according to
their intensity the signals due to incident rays giving rise
both reflection and refraction and those due to rays
incidents which gave rise exclusively to reflection, in order to
deduce the inclination of the incident ray with limiting refraction and consequently, - the ratio between the refractive indices of the medium to be tested and the
reference medium.
Ledit angle de balayage pourrait être parcouru dynamiquement
par un rayon lumineux incident dont la direction varierait dans le
temps, mais on préfère un système statique dans lequel le dioptre plan
est éclairé en permanence par un faisceau lumineux à répartition
uniforme dans les directions comprises dans l'angle de balayage.Said scanning angle could be traversed dynamically
by an incident light ray whose direction would vary in the
time, but we prefer a static system in which the plane diopter
is permanently lit by a distributed light beam
uniform in the directions included in the scanning angle.
Un objet de l'invention est aussi un dispositif de mesure de
l'indice de réfraction d'un milieu à tester, comportant un prisme de
mesure à face d'entrée, face de sortie et face de réflexion destinée à etre au contact du milieu à tester, constitué par un matériau dont
l'indice de réfraction est plus élevé que les indices de réfraction
des milieux à tester pour lesquels le dispositif est prévu et sur la
face d'entrée duquel est appliquée l'extrémité d'au moins une fibre
optique d'éclairement introduisant dans le prisme un faisceau lumineux, - caractérisé en ce que la fibre optique d'éclairement est disposée de
manière que le faisceau lumineux introduit dans le prisme frappe ladite
face de réflexion suivant des rayons incidents à inclinaisons comprises
dans un angle de balayage au sein duquel se trouvent les inclinaisons
à réfraction limite, c'est-à-dire les inclinaisons de rayons incidents
correspondant à un rayon réfracté parallèle à ladite face de réflexion,
pour les indices de refraction de milieux à tester pour lesquels le
dispositif est prévu, en ce que, sur la face de sortie du prisme sont
appliqués côte à côte une pluralité d'éléments récepteurs de mesure - aptes à capter les rayons réfléchis par ladite face de réflexion et à
transmettre, en retour, chacun un signal et en ce que ces éléments
récepteurs de mesure sont reliés à au moins un organe d'analyse apte
à analyser les signaux transmis par lesdits éléments récepteurs de
mesure et à au moins déterminer ceux desdits éléments récepteurs de - mesure entre iesquels apparaît une brusque variation dans l'intensité
de ces signaux.An object of the invention is also a device for measuring
the refractive index of a medium to be tested, comprising a prism of
measurement with input face, output face and reflection face intended to be in contact with the medium to be tested, consisting of a material of which
the refractive index is higher than the refractive indices
environments to be tested for which the device is intended and on the
entry face of which the end of at least one fiber is applied
illumination optics introducing a light beam into the prism, - characterized in that the illumination optical fiber is arranged
way that the light beam introduced into the prism strikes said
reflection face along incident rays with inclinations included
in a scanning angle within which the inclinations are located
with limit refraction, i.e. the inclinations of incident rays
corresponding to a refracted ray parallel to said reflection face,
for the refraction indices of the media to be tested for which the
device is provided, in that on the exit face of the prism are
applied side by side a plurality of measuring receiving elements - capable of picking up the rays reflected by said reflecting face and
transmit, in return, each a signal and that these elements
measurement receivers are connected to at least one suitable analysis unit
to analyze the signals transmitted by said receiving elements of
measurement and at least to determine those of said receiving elements of measurement between which there appears a sudden variation in the intensity
of these signals.
Un autre objet de l'invention consiste à perfectionner le
dispositif qui vient d'être décrit en lui adjoignant un prisme de
calibration constitué par un matériau dont l'indice de réfraction est - compris entre l'indice de réfraction du-prisme de mesure d'une part et
les indices de réfraction de milieux à tester pour lesquels le disposi
tif est prévu d'autre part, plaqué par une de ses faces, dite face de
calibration, contre ladite face de réflexion du prisme de mesure et en
adjoignant aux éléments récepteurs de mesure, des éléments récepteurs - de calibration, analogues aux précédents, qui sont placés de manière à
recevoir les rayons réfléchis par ladite face de calibration et qui
sont reliés à l'organe d'analyse, celui-ci étant apte à traiter séparé
ment et de façon analogue les signaux issus- des éléments récepteurs de
calibration et ceux issus des éléments récepteurs de mesure, de manière à à pouvoir fournir aussi une information de calibration, pour l'indice
de réfraction du matériau du prisme de mesure, à partir des signaux
issus des éléments récepteurs de calibration.Another object of the invention is to improve the
device which has just been described by adding to it a prism of
calibration consisting of a material whose refractive index is - between the refractive index of the measuring prism on the one hand and
the refractive indices of the media to be tested for which the device has
tif is provided on the other hand, plated by one of its faces, called face of
calibration, against said reflection face of the measurement prism and in
adding to the measurement receiving elements, receiving - calibration elements, similar to the previous ones, which are placed so as to
receive the rays reflected by said calibration face and which
are connected to the analysis unit, which is capable of processing separately
and similarly the signals from the receptor elements of
calibration and those from the measurement receiving elements, so that calibration information can also be provided for the index
of refraction of the material of the measuring prism, from the signals
from the calibration receiver elements.
On entend par information de calibration une information de
correction apportée à l'indice de réfraction du milieu de référence - (prisme de mesure) pour tenir compte des conditions effectives d'utili
sation, notamment de température, qui ont pu modifier la valeur connue
de cet indice de réfraction du milieu de référence.By calibration information is meant information of
correction made to the refractive index of the reference medium - (measurement prism) to take into account the actual conditions of use
temperature, which may have changed the known value
of this refractive index of the reference medium.
On va décrire à titre non limitatif des exemples de mise en
oeuvre de l'invention en se reférant au dessin joint dans lequel
La Fig 1 représente schématiquement un dispositif de mesure
d'indice de réfraction ;
La Fig 2 représente un autre dispositif de mesure d'indice de
réfraction avec détermination de la température du milieu à tester ; et
La Fig 3 représente comment un tel dispositif peut être installé
dans une conduite de transport de fluide.We will describe, without limitation, examples of implementation
work of the invention with reference to the accompanying drawing in which
Fig 1 schematically shows a measuring device
refractive index;
Fig 2 shows another device for measuring the index of
refraction with determination of the temperature of the medium to be tested; and
Fig 3 shows how such a device can be installed
in a fluid transport pipe.
Sur la Fig-l, un prisme 1 en un matériau transparent d'indice - de réfraction nl comporte une face d'entrée 2, une face de sortie 3 et
une face de contact 4 destinée à être au contact d'un milieu
5 à tester, à indice de réfraction n5 inférieur à nl, qui peut être un
fluide statique ou en écoulement, un solide formé par solidification
d'un liquide autour du dispositif de mesure ou un solide sur une surface - plane duquel on applique la face de contact 4sans interstice.In FIG. 1, a prism 1 made of a transparent material of index - refraction nl comprises an inlet face 2, an outlet face 3 and
a contact face 4 intended to be in contact with a medium
5 to be tested, with a refractive index n5 of less than nl, which may be a
static or flowing fluid, a solid formed by solidification
a liquid around the measuring device or a solid on a flat surface - from which the contact face 4 is applied without gaps.
Sur la face d'entrée 2 aboutit un faisceau de fibres optiques 6
alimentées par une source non représentée et introduisant dans le
prisme 1 un faisceau lumineux composé de rayons incidents compris entre
des rayons extrêmes 7' et 7", représentés en traits pointillés et - formant un angle de balayage à l'intérieur duquel on a figuré en
trait plein un rayon incident 7 qui est le rayon incident à limite de
réfraction, c'est-à-dire le rayon incident pour lequel, compte tenu
du rapport des indices de réfraction nl et n5, le rayon réfracté généré
par ce rayon incident 7 est parallèle à la face 4, comme on l'a repré - senté par la flèche 8. Les rayons incidents 7, 7', 7" donnent naissance
à des rayons réfléchis 9, 9' 9" respectivement.On the input face 2 leads a bundle of optical fibers 6
supplied by a source not shown and introducing into the
prism 1 a light beam composed of incident rays between
extreme radii 7 'and 7 ", shown in dotted lines and - forming a scanning angle within which we have appeared in
solid line an incident ray 7 which is the incident ray at the limit of
refraction, i.e. the incident ray for which, taking into account
of the ratio of the refractive indices nl and n5, the refracted ray generated
by this incident ray 7 is parallel to the face 4, as shown by the arrow 8. The incident rays 7, 7 ', 7 "give rise
to reflected rays 9, 9 '9 "respectively.
Sur la face 3, dans la zone comprise entre les rayons réfléchis
9' et 9, l'éclairage est relativement faible car les rayons incidents
correspondants compris entre 7' et 7 ont aussi donné naissance à des - rayons réfractés dans le milieu 5. Cette zone sera dite sombre. Au
contraire, la zone comprise entre les rayons réfléchis 9 et 9" est
pleinement eclairée et sera dite zone éclairée.On side 3, in the area between the reflected rays
9 'and 9, the lighting is relatively weak because the incident rays
correspondents between 7 'and 7 also gave rise to - refracted rays in the medium 5. This zone will be said to be dark. At
on the contrary, the area between the reflected rays 9 and 9 "is
fully lit and will be called a lit area.
Contre la face de sortie 3 du prisme I on a appliqué un ensemble
d'éléments récepteurs 10 qui peut être constitué par une batterie de
photodiodes et qui a été ici supposé constitué par les extrémités d'une
nappe d'un nombre élevé de fibres optiques réceptrices il Ces fibres
optiques 11 sont reliées à un appareil 12 de conversion de grandeurs
optiques en grandeurs électriques, constitué par exemple par un ensemble
de photodiodes.La sortie de l'appareil 12 est reliée à l'entrée d'un
organe de traitement et d'analyse 13 qui permet de déterminer entre
quelles fibres optiques réceptrices se produit le passage de la zone
sombre à la zone eclairée de la face de sortie 3. L'organe 13 peut
donner directement l'indice de réfraction n5 d'après l'emplacement de la
face 3 où il détecte le passage de la zone sombre à la zone éclairée.Against the exit face 3 of the prism I we applied a set
of receiving elements 10 which may consist of a battery of
photodiodes and which here has been assumed to consist of the ends of a
layer of a high number of receiving optical fibers there These fibers
optics 11 are connected to a device 12 for converting quantities
optics in electrical quantities, constituted for example by a set
of photodiodes. The output of the device 12 is connected to the input of a
processing and analysis member 13 which makes it possible to determine between
which receiving optical fibers the passage of the zone occurs
dark at the lit area of the exit face 3. The member 13 can
directly give the refractive index n5 according to the location of the
face 3 where it detects the passage from the dark zone to the illuminated zone.
On peut éventuellement faire apparaître sur un écran 14 l'intensité des
signaux détectés en fonction de la position des extrémités des fibres - optiques réceptrices sur la face 3. Sur la figure, l'intensité a été
portée en ordonnée et la position en abscisse. Le créneau de passage de
la zone sombre à la zone éclairée donne l'emplacement du rayon réfléchi 9
et on peut indiquer enab~scisse directement l'indice de réfraction n5.The intensity of the
signals detected as a function of the position of the ends of the fibers - receiving optics on face 3. In the figure, the intensity has been
plotted on the ordinate and the position on the abscissa. The passage window of
the dark zone to the illuminated zone gives the location of the reflected ray 9
and we can indicate enab ~ scisse directly the refractive index n5.
Ce crénau de passage n'est pas extrémement raide du fait des variation de la réflexion et de la transmission au voisinage de la
réflexion totale et surtout de la largeur des fibres optiques ou concen
tration des récepteurs. La résolution peut etre améliorée par une inter
polation.This passage slot is not extremely steep due to the variations in reflection and transmission in the vicinity of the
total reflection and especially of the width of the optical fibers or concen
tration of receptors. The resolution can be improved by an inter
polation.
Sur la Fig 2 on a représenté une portion d'un dispositif de
mesure du même type que celui de la Fig 1, mais on lui a adjoint un
- prisme auxiliaire 15, de calibration, qui permet de faire des corrections
lorsque la température du milieu 5 varie, cette variation entraînant
une variation de la valeur de l'indice ni. Ce prisme 15 est en un milieu
à indice de réfraction n15 compris entre les indices nl et n5. I1 est
appliqué contre la face 4 du prisme de mesure 1 par l'une de ses faces 16.In Fig 2 there is shown a portion of a device for
measurement of the same type as that of Fig 1, but we added a
- auxiliary prism 15, for calibration, which allows corrections to be made
when the temperature of the medium 5 varies, this variation causing
a change in the value of the index ni. This prism 15 is in the middle
with refractive index n15 between the indices nl and n5. I1 is
applied against face 4 of the measuring prism 1 by one of its faces 16.
Une partie des rayons incidents provenant des fibres optiques 6
frappe la face 16, comme on l'a représenté pour le rayon 7 > "et donne
des rayons réfléchis 9"'de calibration. On choisit la longueur et la
position de la face 16 pour que le faisceau de rayons incidents 7"'
comprenne en son sein'le rayon incident à limite de réfraction dans
le prisme 15, de sorte que l'on peut effectuer une mesure de l'indice nl5
de la même manière que l'on effectue une mesure de l'indice n5.Pour - cela on place des éléments récepteurs de calibration 10' analogues aux
éléments récepteurs de mesure 10 et disposés de maniere à recevoir les
rayons réfléchis 9"' et on prévoit dans l'organe 13 un traitement séparé
et analogue des signaux dus aux éléments 10 et des signaux dus aux
éléments 10'. La determination du rapport des indices nl et n15 qui - varient différemment, mais de manière connue, en fonction de la tempé
rature permet de connaître la température du milieu 5 et d'apporter dans
la determination de l'indice n5, (qui provient de la mesure du rapport
nî/n5), la correction nécessitée par la variation qu > a subie la valeur
de l'indice nl du fait de la température.Part of the incident rays from optical fibers 6
hit face 16, as shown for radius 7>"and give
9 "reflected rays of calibration. We choose the length and the
position of face 16 so that the incident beam 7 "
includes within it the incident ray with a refractive limit in
the prism 15, so that one can make a measurement of the index nl5
in the same way as a measurement of the index n5 is carried out. To do this, calibration receiver elements 10 'analogous to the
measuring receiving elements 10 and arranged to receive the
9 "reflected rays and a separate treatment is provided in member 13
and the like of signals due to elements 10 and signals due to
elements 10 '. The determination of the ratio of the indices nl and n15 which - vary differently, but in a known manner, depending on the temperature
erasure allows to know the temperature of the medium 5 and to bring in
the determination of the index n5, (which comes from the measurement of the ratio
nî / n5), the correction required by the variation that the value underwent
of the index nl due to the temperature.
La Fig 3 montre comment on peut installer le dispositif selon
l'invention pour mesurer l'indice de réfraction d'un fluide s'écoulant
selon la flèche 17 à l'intérieur d'une canalisation 18. Les prismes et
les fibres optiques sont placés à l'intérieur de la conduite, tandis que
les opérations de conversion et de traitement des signaux sont effectuées à à l'extérieur de la conduite. On pourrait installer le dispositif de
mesure d'une manière analogue dans un récipient contenant un fluide à
tester.Fig 3 shows how the device can be installed according to
the invention for measuring the refractive index of a flowing fluid
according to arrow 17 inside a pipe 18. The prisms and
the optical fibers are placed inside the pipe, while
signal conversion and processing operations are carried out outside the pipe. We could install the
analogous measurement in a container containing a fluid
test.
De nombreuses variantes et modifications peuvent évidemment
être apportées aux réalisations décrites dans ces exemples sans sortir - du cadre de l'invention.Many variations and modifications can obviously
be made to the embodiments described in these examples without departing from the scope of the invention.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8503573AFR2578978A1 (en) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | Method and device for measuring the refractive index of a medium |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8503573AFR2578978A1 (en) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | Method and device for measuring the refractive index of a medium |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2578978A1true FR2578978A1 (en) | 1986-09-19 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8503573AWithdrawnFR2578978A1 (en) | 1985-03-12 | 1985-03-12 | Method and device for measuring the refractive index of a medium |
| Country | Link |
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| Date | Code | Title | Description |
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| ST | Notification of lapse |