EP1373884A2 - Detecteur d'une signature volatile et procedes associes - Google Patents

Detecteur d'une signature volatile et procedes associes

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Publication number
EP1373884A2
EP1373884A2 EP02753737A EP02753737A EP1373884A2 EP 1373884 A2 EP1373884 A2 EP 1373884A2 EP 02753737 A EP02753737 A EP 02753737A EP 02753737 A EP02753737 A EP 02753737A EP 1373884 A2 EP1373884 A2 EP 1373884A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensors
substance
breath
detector according
detector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02753737A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Luc Clement
Françoise FARNARIER
Florence Marquis
Bernard Boeuf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1373884A2 publication Critical patent/EP1373884A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0011—Sample conditioning
    • G01N33/0014—Sample conditioning by eliminating a gas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0031—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array
    • G01N33/0034—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector comprising two or more sensors, e.g. a sensor array comprising neural networks or related mathematical techniques

Definitions

  • the present invention relates to a detector for a volatile signature of a substance, for example a signature of cannabis in the breath of a smoker. It also relates to a method for calibrating the detector, a method for implanting sensors therein and a method for detecting and evaluating a molecule of the substance with such a detector.
  • detectors for determining the presence of a molecule or of a set of molecules in a gas mixture. Some of these detectors use specialized sensors and these sensors are sometimes for single use.
  • a detector of the specialized type is, for example, a breathalyzer (or Breathalyzer ® ) which uses as sensor crystals chemically reacting with ethyl vapors included in the breath. This reaction is irreversible and the detector is for single use.
  • sensors used for the detection of volatile compounds in the gas phase, for example, in the security fields to detect the presence of harmful or polluting gases, for example carbon monoxide in the air.
  • Some of these sensors are semiconductors or conductive polymers. They are also used in electronic noses for the detection of aromatic compounds.
  • Semiconductor sensors include a sensitive area made of a material
  • the conductive polymer sensors include a sensitive zone made up of a network of conductive polymers, the measurement of which is conductivity when in contact with the gas mixture.
  • Polymer sensors also have the advantage of operating at room temperature and of being very small, for example thirty two sensors over a few square millimeters.
  • sensors known for the detection of volatile compounds in the gas phase which are piezoelectric crystals and surface acoustic wave resonators.
  • the sample is taken, for example a perfume, which is introduced into a sampling cell.
  • the sample is then analyzed simultaneously by a plurality of non-specific sensors, that is to say non-specialized in the detection of certain molecules. These sensors are of different sensitivity or types.
  • the responses from these sensors are then processed to provide a signature (or fingerprint) displayed on a computer.
  • the signature is then compared to signatures of reference samples to deduce the composition of the sample.
  • these materials are laboratory materials, heavy, expensive and require great skill to their users.
  • semiconductor sensors used in noses can be sensitive to gases in general, to propane and butane, to methane to propane and toane, to organic solvents (alcohol, toluene, xylene ...), and the a sensor's semiconductor material can form a plane or a tube.
  • One parameter is the response time necessary for an optimal response of the sensor from a stable prime state, the baseline, and linked to an adsorption time.
  • the baseline is the value of the resistance of the sensor placed in a gas mixture considered to be neutral, for example air in the pure state.
  • Another parameter is a reconditioning time for the sensor, ie its return to its baseline after the analysis.
  • Another parameter is still a risk of saturation of the sensors if the concentration of adsorbable molecules is too high.
  • the precision of the operating temperature and the precision in the realization of the sensor also have a notable influence on the quality of the analysis.
  • Cannabis is thus a tracer for the detection of users of drugs other than cannabis, especially since the persistence in the body of compounds derived from the consumption of cannabis is several days.
  • the object of the invention is therefore to propose a device which is simple to use and maintain, reliable, inexpensive, and which can be reduced in size if necessary, for assessing the presence and / or concentration of a substance. in a breath, of a man or another animal, without the disadvantages previously mentioned.
  • a detector is used which comprises:
  • Such a detector makes it possible in particular to detect a substance previously inhaled by the animal, for example by a human being while smoking.
  • the detector may further include means for filtering the breath.
  • these means for filtering can make it possible to eliminate from the breath a large part, or all, of certain gases or certain molecules which could disturb detection or mask the desired signature.
  • a detector according to the invention comprises a number of sensors between 4 and 25. This number varies according to the type of sensors used and according to the type of signature sought. We can thus use, among sensors, some of which a sensitive zone mainly comprises a semiconductor substance and / or others whose sensitive zone mainly comprises a conductive polymer.
  • the memory used to keep the calibration coefficients will preferably be included in an electronic memory which can be changed simultaneously with the plurality of sensors. For sensors whose cost is high, it may be preferable to change only one or certain sensors of the plurality, to carry out a new calibration and to modify the coefficients of the memory. It may also be necessary to periodically calibrate a plurality of sensors whose certain characteristics vary as a function of time, and if the cost of this plurality justifies a periodic calibration rather than a change by a new plurality.
  • a detector according to the invention can be designed to detect the signature of an alcoholic substance or a substance derived from cannabis. It can also be designed to discriminate and recognize the signatures of several substances, simultaneously or not. It can also be portable.
  • a method for calibrating a detector according to the invention comprises the following steps:
  • - a memory is associated with the plurality of sensors
  • FIG. 1 is a schematic and simplified representation of possible steps for the development and use of a detector according to the invention
  • FIG. 2 is a representation of sensor responses projected along two axes after a principal component analysis.
  • the detector D is provided for detecting the signature of one or more SDD substances to be detected.
  • the development of such a detector begins in the LB laboratory.
  • the first step is to determine a field of action for the detector.
  • it is planned to control the consumption by car drivers of substances liable to modify their driving behavior, for example alcohol and cannabis.
  • cannabis is consumed in association with tobacco; it is therefore important to distinguish tobacco users only from those who have used cannabis.
  • substances S.1 -Sz comprising several types of alcohol, several types of tobacco, several types of cannabis and other associated substances, to discriminate the signature of an alcohol or a cannabis.
  • Other parameters can also influence the analysis, in particular, the atmosphere A breathed by the conductor P, ie the ambient air, but also the body of the conductor itself.
  • An important parameter is also the variability in the sensors used.
  • Figure 2 is a; representation with principal component analysis, ie a plan projection of a space comprising a greater number of dimensions.
  • a detector comprising n sensors
  • a different axis is assigned to a representation of the responses of each of the n sensors.
  • the set of these n axes defines an n-dimensional space in which a response of the detector during a detection is represented by coordinates which are the individual responses of the t sensors for this same detection.
  • Two axes are then chosen in this space so that the detector response projections on each of these axes exhibit maximum dispersion. Projections of the detector responses, in the plane defined by these two axes, form a representation as a main component.
  • simultaneous responses of sensors form, for variable parameters, point clouds.
  • the coordinates resulting from the responses of the sensors define groups of substantially distinct measurements for gas mixtures to be discriminated.
  • the points are mainly grouped into three clouds G1, G2, G3.
  • the cloud G1 corresponds to the analysis of a gaseous mixture MG which consists only of air; this is the baseline.
  • Cloud G2 corresponds to the analysis of air containing tobacco smoke only.
  • Cloud G3 corresponds to the analysis of air containing cannabis fumes mixed with tobacco and whose relative humidity is kept below 20%.
  • each of these pluralities is put in the presence of breaths coming from different subjects P1 -Px having breathed different atmospheres A1 -Ay and consuming different substances or different mixtures of substances among the substances S1 -Sz to be detected.
  • the subjects may be natural persons for substances to be detected S1 -Sz which do not pose a risk to the health of these persons or else machines, for example smoking machines.
  • This database must allow the calibration of any plurality PC of sensors CT1, CT2, CT3 intended to equip the detector D.
  • An MC capture module intended to equip the detector is manufactured in a UF manufacturing unit.
  • the three sensors CT1, CT2, CT3 are types T1, T2, T3 respectively.
  • the respective size of each of the sensors is determined, that is to say that with the calibration means MK, the response of each of the sensors is observed respectively to a known and chosen stress to calibrate it.
  • the substances that can be evaluated are alcohol and cannabis.
  • the electronic memory is therefore integrated jointly with the plurality PC of the sensors within the detection module MD.
  • the module is then installed in the detector D, either during the manufacture of the detector, or in replacement of a previous detection module.
  • the MC module is changeable. It can be changed when a sensor is defective or if you want to be able to evaluate new SE substances.
  • the coefficients K being strictly linked to a given plurality of sensors PC and to evaluable substances SE given it is necessary to change the module MC as a whole. That is to say to simultaneously change all of the CT1, CT2, CT3 sensors and the associated ME memory.
  • the detector D When the detector D is used by an operator OP, for example a law enforcement officer, he chooses one or more substances to be evaluated SEE, for example cannabis, among the substances evaluable SE, it is to say alcohol and cannabis. He also chooses level N, corresponding to a concentration of cannabis in the body of the controlled driver P, beyond which driving is dangerous, that is cannabis intoxication, and beyond which the driver will be presumed to contravene a safety rule.
  • SEE substance to be evaluated
  • level N corresponding to a concentration of cannabis in the body of the controlled driver P, beyond which driving is dangerous, that is cannabis intoxication, and beyond which the driver will be presumed to contravene a safety rule.
  • the operator OP takes breath MG from the conductor P using sampling means MP. This breath is then filtered by a filter F to remove the excess water vapor, before being brought into contact with the sensors CT1, CT2, CT3. This filter can be a molecular sieve. On contact with the breath, the sensors CT1, CT2, CT3 respectively emit responses R1, R2, R3. These responses are processed by a processing unit T in combination with the coefficients K of the memory ME and the choices of the substance to be evaluated SEE and of the level N. The processing unit deduces an evaluation E which is transmitted to means display V for the operator OP.
  • a detector according to the invention is also not limited to the detection of cannabis or alcoholic intoxication. It can be used to detect pollutants in the atmosphere using types of non-specialized sensors that have learned to recognize these pollutants. Instead of sensors having a high variability, it is also possible to use sensors whose manufacturing characteristics are very stable if the manufacturing cost is acceptable in view of the desired use.
  • the number of sensors of the same plurality can be less than or more than three. In particular in the case of the use of polymer sensors it is preferable to have a larger number of sensors.
  • the number of sensors can also be a function of the number of substances to be discriminated against or of a substance having a less legible signature among other substances.

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Abstract

Détecteur (D) de signature volatile d'une ou plusieurs substances, par exemple de l'alcool et/ou du cannabis dans l'haleine (MG) d'un consommateur (P), à l'aide de plusieurs capteurs(CT1, CT2, CT3). Ces capteurs peuvent être à base de semi-conducteurs ou de polymères conducteurs. Ce détecteur est équipé d'un filtre (F), pour piéger des substances gênantes, par exemple de la vapeur d'eau, qui masqueraient la signature. Le détecteur est avantageusement prévu portable et peut servir de test pour faire une évaluation (E) de la consommation de la substance, par un conducteur automobile, relativement à un niveau (N) de référence. On utilise un réseau de neurones formels (RN) pour générer une base de données (BD) permettant l'étalonnage du détecteur.

Description

" Détecteur d'une signature volatile et procédés associés "
La présente invention concerne un détecteur pour une signature volatile d'une substance, par exemple une signature du cannabis dans l'haleine d'un fumeur. Elle concerne aussi un procédé pour l'étalonnage du détecteur, un procédé pour y implanter des capteurs et un procédé pour détecter et évaluer une molécule de la substance avec un tel détecteur.
On connaît plusieurs types de détecteurs pour déterminer la présence d'une molécule ou d'un ensemble de molécules dans un mélange gazeux. Certains de ces détecteurs utilisent des capteurs spécialisés et ces capteurs sont parfois à usage unique.
Un détecteur du type spécialisé est, par exemple, un éthylotest (ou Alcootest®) qui utilise en tant que capteur des cristaux réagissant chimiquement avec des vapeurs éthyliques comprises dans l'haleine. Cette réaction est irréversible et le détecteur est à usage unique.
Il existe aussi des capteurs pérennes utilisés pour la détection de composés volatils en phase gazeuse, par exemple, dans les domaines de la sécurité pour détecter la présence de gaz nocifs ou polluants, par exemple du monoxyde de carbone dans l'air. Certains de ces capteurs sont des semi- conducteurs ou des polymères conducteurs. Ils sont aussi utilisés dans des nez électroniques pour la détection de composés aromatiques. Les capteurs semi-conducteurs comprennent une zone sensible constituée d'une matière
* semi-conductrice en couche mince et maintenue à une température de fonctionnement, par exemple 350°C, par une résistance chauffante. L'adsorption de certains composants du gaz à la surface de la matière semi- conductrice fait varier la conductivité de cette dernière. La mesure de la variation de conductivité permet de détecter la présence du gaz et d'en évaluer la concentration. On peut utiliser pour la matière semi-conductrice un cristal d'oxyde d'étain (SnO2 par exemple) qui peut être dopé par l'adjonction au réseau cristallin de composés atomiques susceptibles de modifier la réponse du capteur. Les capteurs polymères conducteurs comprennent une zone sensible constituée d'un réseau de polymères conducteurs dont on mesure la conductivité lorsqu'ils sont en contact avec le mélange gazeux. Les capteurs polymères ont en outre l'avantage de fonctionner à température ambiante et d'être de très petite taille, par exemple trente deux capteurs sur quelques millimètres carrés. 11 existe aussi d'autres types de capteurs connus pour la détection de composés volatils en phase gazeuse qui sont les cristaux piézo-électriques et les résonateurs à onde acoustique de surface.
Pour utiliser des "nez électroniques", c'est à dire des capteurs d'arômes, on prélève l'échantillon, par exemple un parfum, que l'on introduit dans une cellule d'échantillonnage. L'échantillon est ensuite analysé simultanément par une pluralité de capteurs non spécifiques, c'est à dire non spécialisés dans la détection de certaines molécules. Ces capteurs sont de sensibilité ou de types différents. Les réponses de ces capteurs sont ensuite traitées pour fournir une signature (ou empreinte) visualisée sur un ordinateur. La signature est ensuite comparée à des signatures d'échantillons de référence pour en déduire la composition de l'échantillon. Cependant, ces matériels sont des matériels de laboratoire, lourds, coûteux et demandent une grande compétence à leurs utilisateurs.
Par exemple, des capteurs semi-conducteurs utilisés dans des nez peuvent être sensibles aux gaz en général, au propane et au butane, au méthane au propane et au butane, aux solvant organiques (alcool, toluène, xylène...), et la matière semi-conductrice d'un capteur peut former un plan ou un tube.
En particulier, pour les capteurs semi-conducteurs et les capteurs polymères, il est important de tenir compte de plusieurs paramètres internes susceptibles d'influer sur la qualité de l'analyse par le détecteur. Un paramètre est le temps de réponse nécessaire à une réponse optimale du capteur à partir d'un état premier stable, la ligne de base, et lié à un temps d'adsorption. La ligne de base est la valeur de la résistance du capteur placé dans un mélange gazeux considéré comme neutre, par exemple de l'air à l'état pur. Un autre paramètre est un temps de reconditionnement pour le capteur, c'est à dire son retour à sa ligne de base après l'analyse. Un autre paramètre est encore un risque de saturation des capteurs si la concentration des molécules adsorbablës est trop grande. La précision de la température de fonctionnement et la précision dans la réalisation du capteur ont aussi une influence notable sur la qualité de l'analyse. II apparaît aussi que des conditions extérieures de l'analyse influent aussi sur la fiabilité de l'analyse par le détecteur. Ainsi, il n'est pas facile de déterminer la ligne de base d'un appareil qui doit pouvoir analyser une haleine dans tous les types d'environnements, par exemple aussi différents qu'une ville et un bord de mer. La présence dans le mélange gazeux de certaines molécules ou de certains composés peut aussi influencer l'analyse. L'haleine est un mélange gazeux particulier du fait de sa forte charge en vapeur d'eau. Ainsi, la détection de la signature du cannabis dans l'haleine d'un fumeur peut être masquée par des molécules d'eau, donc par de la vapeur d'eau dont l'haleine est saturée. En effet, la vapeur d'eau sature généralement rapidement les capteurs qui ne sont alors plus fonctionnels. La grande sensibilité de capteurs à certaines molécules, par exemple les alcools, peut aussi masquer la signature du produit à détecter.
Le comportement d'un opérateur, par exemple un automobiliste, peut être affecté par des substances qu'il a absorbées. Cela représente un danger dans l'accomplissement de tâches à risque. Seule la consommation d'alcool est couramment contrôlée. Cependant, certaines études aux Etats-Unis ont permis d'établir que la consommation de cannabis était une cause d'un tiers des accidents de la route; c'est le THC qui bloque le fonctionnement de certains neurones, les neurones à Anandamide. D'autres drogues ou médicaments peuvent aussi affecter le comportement. 11 est à noter que des consommateurs pour d'autres drogues sont souvent aussi des consommateurs de cannabis. Le cannabis est ainsi un traceur pour la détection de consommateurs de drogues autres que le cannabis, d'autant que le temps de rémanence dans le corps de composés issus de la consommation du cannabis est de plusieurs jours. Alors que dans de nombreux pays la légalisation de l'usage du cannabis est évoquée, que l'on prend par ailleurs conscience des effets de certaines substances sur le comportement, on manque d'outils pour contrôler et/ou évaluer la consommation de telles substances, par exemple par un conducteur automobile. Des moyens connus permettent de détecter et de doser des substances telles les drogues ou les médicaments dans des mélanges en solution liquide, et donc la plupart du temps ces moyens sont mieux adaptés aux analyses de laboratoire. Or, avant de faire des analyses plus précises des produits issus de ces substances et présents dans l'organisme, par exemple à l'aide d'une prise de sang, il est important de pouvoir faire un test peu agressif, tel l'éthylotest. C'est l'analyse de l'haleine qui est ressentie comme la moins agressive et la mieux admise. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif simple d'utilisation et d'entretien, fiable, peu coûteux, et qui peut être si nécessaire d'encombrement réduit, pour évaluer la présence et/ou la concentration d'une substance dans une haleine, d'un homme ou d'un autre animal, sans les inconvénients précédemment cités. Selon l'invention, pour détecter dans l'haleine une signature volatile d'une substance, on utilise un détecteur qui comprend:
- une pluralité de capteurs de gaz ;
- des moyens pour stocker des coefficients d'étalonnage du détecteur; et,
- des moyens pour combiner des réponses des capteurs avec les coefficients, ces mêmes moyens permettant ainsi de délivrer des informations sur une présence de ladite substance,
Un tel détecteur permet notamment de détecter une substance préalablement inhalée par l'animal, par exemple par un être humain en fumant.
Le détecteur peut en outre comprendre des moyens pour filtrer l'haleine. En particulier, ces moyens pour filtrer peuvent permettre d'éliminer de l'haleine une partie importante, ou la totalité, de certains gaz ou de certaines molécules qui pourraient perturber la détection ou masquer la signature recherchée. On peut ainsi filtrer l'haleine pour piéger de la vapeur d'eau ou des vapeurs d'alcool contenues dans l'haleine. Avantageusement, un détecteur selon l'invention comprend un nombre de capteurs compris entre 4 et 25. Ce nombre varie selon le type de capteurs utilisés et selon le type de la signature recherchée. On peut ainsi utiliser, parmi les capteurs, certains dont une zone sensible comprend principalement une substance semi-conductrice et/ou d'autres dont une zone sensible comprend principalement un polymère conducteur.
La mémoire utilisée pour conserver les coefficients d'étalonnage sera préférablement comprise dans une mémoire électronique qui pourra être changée simultanément à la pluralité des capteurs. Pour des capteurs dont le- coût est élevé, on pourra préférer ne changer qu'un ou certains capteurs de la pluralité, effectuer un nouvel étalonnage et modifier les coefficients de la mémoire. On peut aussi être amené à étalonner périodiquement une pluralité de capteurs dont certaines caractéristiques varient en fonction du temps, et si le coût de cette pluralité justifie un étalonnage périodique plutôt qu'un changement par une pluralité nouvelle.
Un détecteur selon l'invention peut être conçu pour détecter la signature d'une substance alcoolique ou d'une substance dérivée du cannabis. Il peut être aussi conçu pour discriminer et reconnaître les signatures de plusieurs substances, simultanément ou non. Il peut aussi être portable.
Un procédé pour étalonner un détecteur selon l'invention comprend les étapes suivantes:
- on calibre chacun des capteurs dans la pluralité; - on détermine, à partir d'une banque de données, pour chaque capteur et pour chaque substance dont on veut détecter la signature, des coefficients à appliquer aux réponses desdits capteurs; j
- on associe une mémoire à la pluralité de capteurs;
- on introduit les coefficients dans la mémoire. Pour créer la base de données, on peut :
- définir des types pour les capteurs à utiliser dans le détecteur ;
- pour des pluralités de capteurs de calibres différents dans chaque type, apprendre, avec l'aide d'un réseau de neurones formels, à détecter la signature dans des conditions de mélange variables ; et, - emmagasiner des données issues de cet apprentissage.
D'autres particularités et avantages de l'invention réssortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non limitatifs. Aux dessins annexés :
- la figure 1 est une représentation schématique et simplifiée d'étapes possibles pour la mise au point et l'utilisation d'un détecteur selon l'invention;
- la figure 2 est une représentation de réponses de capteurs projetées selon deux axes après une analyse en composante principale.
Le détecteur D, dont le fonctionnement est schématisé à la figure 1 , est prévu pour détecter la signature d'une ou plusieurs substances SDD à détecter. La mise au point d'un tel détecteur commence dans le laboratoire LB. Il s'agit d'abord de déterminer un champ d'action pour le détecteur. Ici il est prévu de contrôler la consommation par des conducteurs automobiles de substances susceptibles de modifier son comportement au volant, par exemple l'alcool et le cannabis. Pour cela on choisit de prélever un mélange gazeux qui est l'haleine d'un conducteur et d'en faire un test rapide grâce au détecteur D. Ce test, s'il est positif, c'est à dire si la substance est détectée et si particulièrement son taux est supérieur à un taux N au-delà duquel la conduite est considérée comme dangereuse, une analyse plus précise pourra être faite, par exemple à partir d'un prélèvement sanguin.
On ne peut cependant pas se contenter de prendre en compte seulement les substances recherchées mais aussi d'autres substances de l'haleine du conducteur. Ainsi, le cannabis est consommé en association avec du tabac; il est donc important de distinguer les consommateurs de tabac seul de ceux ayant consommé du cannabis. On doit pouvoir, parmi des substances S.1 -Sz comprenant plusieurs types d'alcool, plusieurs types de tabac, plusieurs types de cannabis et d'autres substances associées, discriminer la signature d'un alcool ou d'un cannabis. D'aϋtres paramètres peuvent aussi influencer l'analyse, en particulier, l'atmosphère A respirée par le conducteur P, c'est à dire l'air ambiant, mais aussi le corps du conducteur lui-même. Un paramètre important est aussi la variabilité dans les capteurs utilisés. C'est à dire que pour conserver des coûts faibles pour les détecteurs il est important d'utiliser des capteurs courants du commerce et cela peut conduire à accepter une certaine variabilité dans la réponse individuelle de chaque capteur à une sollicitation donnée. La figure 2 est une ; représentation avec analyse en composante principale, c'est à dire une projection en plan d'un espace comprenant un nombre supérieur de dimensions. Ainsi, pour un détecteur comprenant n capteurs, un axe différent est affecté à une représentation des réponses de chacun des n capteurs. L'ensemble de ces n axes définit un espace à n dimensions dans lequel une réponse du détecteur lors d'une détection est représentée par des coordonnées qui sont les réponses individuelles des t capteurs pour cette même détection. On choisit alors dans cet espace deux axes afin que les projections de réponses du détecteur sur chacun de ces axes présentent une dispersion maximale. Des projections des réponses du détecteur, dans le plan défini par ces deux axes, en forment une représentation en composante principale.
Dans l'étude illustrée à la figure 2, des réponses simultanées de capteurs forment, pour des paramètres variables, des nuages de points. Ainsi, les coordonnées issues des réponses des capteurs définissent des groupes de mesures sensiblement distincts pour des mélanges gazeux à discriminer. Les points sont principalement groupés en trois nuages G1 ,G2,G3. Le nuage G1 correspond à l'analyse d'un mélange gazeux MG qui n'est constitué que d'air; c'est la ligne de base. Le nuage G2 correspond à l'analyse d'air contenant des fumées de tabac seulemenr. Le nuage G3 correspond à l'analyse d'air contenant des fumées de cannabis mélangé à du tabac et dont le taux d'humidité relative est maintenu inférieur à 20%. Ces nuages sont
* suffisamment distincts pour considérer les capteurs discriminants pour le cannabis. Cette étude a été faite avec des machines à fumer. Ainsi, une signature d'une àubstance est assimilée à des combinaisons possibles pour des réponses des capteurs. II n'importe pas de savoir quelles molécules issues de la substance réagissent avec un capteur. Ce peut être aussi une molécule qui n'est pas issue de la substance mais, par exemple, qui est émise dans l'haleine d'une personne en réaction à l'absorption de cette substance. La signature est donc une représentation abstraite déduite des éléments volatiles issus, par exemple, de la consommation de la substance recherchée. Dans l'exemple de la figure 1 on a choisi, en faisant une étude telle celle illustrée à la figure 2, trois types de capteurs T1 ,T2,T3. On constitue ainsi des pluralités de trois capteurs. Chaque pluralité PC est constituée par une combinaison unique de trois capteurs choisis chacun dans un type. Ces capteurs, mis en combinaison en présence de l'haleine à analyser, permettent de distinguer les substances S1 -Sz à discriminer. Il est possible en laboratoire de reproduire sur un écran d'ordinateur un espace à deux dimensions du type de celui de la figure 2 et d'y identifier la position de points correspondant à une analyse. Un utilisateur peut alors en déduire l'évaluation de la présence d'une substance. Cependant, on l'a dit, cela demande un matériel important, et une expertise certaine de la part de l'utilisateur.
Lors du développement du détecteur au sein du laboratoire LB, on constitue des pluralités de trois capteurs, chacun d'un type différent, parmi des capteurs C1T1 -CiT1 d'un premier type T1 , des capteurs C1T2-CJT2 d'un deuxième type T2 et des capteurs C1 T3-CkT3 d'un troisième type T3. Au cours de séances successives on met chacune de ces pluralités en présence d'haleines provenant de différents sujets P1 -Px ayant respiré différentes atmosphères A1 -Ay et consommé différentes substances ou différents mélanges de substances parmi les substances S1 -Sz à détecter. Les sujets peuvent être des personnes physiques pour des substances à détecter S1 -Sz ne présentant pas de risque pour la santé de ces personnes ou bien des machines, par exemple des machines à fumer. Les séances successives
* servent à l'apprentissage progressif de l'évaluation de la présence des substances ou mélanges de substances dans une haleine en fonction des pluralités utilisées. Cet apprentis'sage est réalisé avec l'aide d'un réseau de neurones formels RN c'est à dire un traitement du signal qui mime l'apprentissage du cerveau humain. Cet apprentissage est poursuivi jusqu'à ce que l'évaluation soit suffisamment précise. Dans le cadre d'essais de laboratoire on a constaté qu'après moins de 150 cycles d'apprentissage, dans moins de un pour cent des cas, une substance n'était pas reconnue, c'est à dire qu'il y a erreur de détection. Au bout de moins dé 2000 cycles cette erreur était inférieure à un pour mille. Les connaissances issues de l'apprentissage sont ensuite stockées sous la forme d'une base de données
BD. Cette base de données doit permettre l'étalonnage de n'importe quelle pluralité PC de capteurs CT1 ,CT2,CT3 destinés à équiper le détecteur D.
Un module de captage MC destiné à équiper le détecteur est fabriqué dans une unité de fabrication UF. Les trois capteurs CT1 ,CT2,CT3 sont respectivement des types T1 ,T2,T3. On détermine le calibre respectif de chacun des capteurs, c'est à dire que l'on observe, avec les moyens de calibrage MK, la réponse de chacun des capteurs respectivement à une sollicitation connue et choisie pour le calibrer. On choisit parmi les substances S1 -Sz ayant servi à établir la base de données des substances évaluables SE par le capteur lorsqu'il sera équipé du module de captage MC. Dans l'exemple, les substances évaluables sont l'alcool et le cannabis. On consulte alors la base de données BD pour déterminer à partir des calibres des capteurs et des substances évaluables choisies des coefficients K. Ces coefficients sont stockés dans une mémoire électronique ME. Ils sont spécifiques de la pluralité des capteurs et des substances évaluables choisies. La mémoire électronique est donc intégrée conjointement à la pluralité PC des capteurs au sein du module de détection MD. Le module est ensuite implanté dans le détecteur D, soit lors de la fabrication du détecteur, soit en remplacement d'un précédent module de détection. Le module MC est changeable. Il peut être changé lorsqu'un capteur est défectueux ou bien si l'on veut pouvoir évaluer de nouvelles substances SE. Les coefficients K étant strictement liés à une pluralité de capteurs PC donnée et à des substances évaluables SE données il convient de changer le module MC dans son ensemble. C'est à dire de changer simultanément l'ensemble des ôapteurs CT1 ,CT2,CT3 et la mémoire ME associée.
Lors de l'utilisation du détecteur D par un opérateur OP, par exemple un agent des forces de l'ordre, celui-ci choisit une ou plusieurs substances à évaluer SEE, par exemple le cannabis, parmi les substances évaluables SE, c'est à dire l'alcool et le cannabis. Il choisit en outre le niveau N, correspondant à une concentration du cannabis dans l'organisme du conducteur P contrôlé, au-delà duquel la conduite est dangereuse, c'est l'ivresse cannabique, et au-delà duquel le conducteur sera présumé contrevenant à une règle de sécurité.
L'opérateur OP prélève de l'haleine MG du conducteur P à l'aide de moyens de prélèvement MP. Cette haleine est ensuite filtrée par un filtre F pour en éliminer la vapeur d'eau en excès, avant d'être mise en contact avec les capteurs CT1 ,CT2,CT3. Ce filtre peut être un tamis moléculaire. Au contact avec l'haleine, les capteurs CT1 ,CT2,CT3 émettent respectivement des réponses R1 ,R2,R3. Ces réponses sont traitées par une unité de traitement T en combinaison avec les coefficients K de la mémoire ME et les choix de la substance à évaluer SEE et du niveau N. L'unité de traitement en déduit une évaluation E qui est transmise à des moyens de visualisation V pour l'opérateur OP.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, l'opérateur peut ne pas avoir le choix de la substance SEE à évaluer ni du niveau N. Un détecteur selon l'invention n'est pas non plus limité à la détection de l'ivresse cannabique ou alcoolique. Il peut servir à détecter des polluants dans l'atmosphère à l'aide de types de capteurs non spécialisés ayant appris à reconnaître ces polluants. Au lieu de capteurs ayant une forte variabilité on peut aussi utiliser des capteurs dont les caractéristiques de fabrication sont très stables si le coût de fabrication est acceptable au vu de l'utilisation souhaitée. Le nombre des capteurs d'une' même pluralité peut être inférieur ou supérieur à trois. En particulier dans le cas de l'utilisation de capteurs polymères il est préférable d'avoir un plus grand nombre de capteurs. Le nombre de capteurs peut aussi être fonction du nombre des substances à discriminer ou d'une substance ayant une signature moins lisible parmi d'autres substances.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Détecteur (D), dans une haleine (MG) d'une signature volatile pour une substance (SEE), comprenant une pluralité (PC) de capteurs de gaz
(CT1 ,CT2,CT3), caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - des moyens pour stocker (ME) des coefficients (K) d'étalonnage du détecteur;
- des moyens (T) pour combiner des réponses des capteurs avec lesdits coefficients et pour délivrer des informations sur une présence de ladite substance.
2. Détecteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (F) pour filtrer l'haleine.
3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour filtrer comprennent un filtre pour piéger de la vapeur d'eau contenue dans l'haleine.
4. Détecteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens pour filtrer comprennent un filtre pour piéger des vapeurs d'alcool contenues dans l'haleine.
5. Détecteur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour filtrer comprennent un tamis moléculaire.
6. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre de capteurs compris entre 4 et 32.
7. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce j que certains parmi les capteurs comprennent une zone sensible constituée principalement d'une substance semi-conductrice et/ou une zone sensible constituée principalement d'un polymère conducteur.
8. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la mémoire est comprise dans une mémoire électronique et que ladite mémoire électronique est changeable simultanément à la pluralité des capteurs.
9. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour discriminer et reconnaître dans l'haleine les signatures de plusieurs substances.
10. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour détecter la signature d'une substance alcoolique.
1 1 . Détecteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour détecter la signature d'une substance dérivée du cannabis.
12. Appareil portable comprenant un détecteur selon l'une des revendications 1 à 1 1 .
13. Procédé pour étalonner un détecteur selon l'une quelconque des revendications précédente, comprenant les étapes suivantes:
- on calibre chacun des capteurs dans la pluralité; - on détermine, à partir d'une banque de données (BD), pour chaque capteur et pour chaque substance dont on veut détecter la signature, des coefficients à appliquer aux réponses (R1 ,R2,R3) desdits capteurs; - on associe une mémoire à la pluralité de capteurs;
- on introduit les coefficients dans la mémoire. - pour créer la base de donnée, on définit d'abord des types (T1 ,T2,T3) pour les capteurs utilisés dans le détecteur, puis on emmagasine des données issues de l'apprentissage, avec l'aide d'un réseau de neurones formels (RN), de la détection de la signature dans des conditions de mélange variables et pour des pluralités de capteurs de calibres différents dans chaque type.
14. Procédé pour implanter des capteurs sur un détecteur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'on implante simultanément une pluralité de capteurs et une mémoire électronique associée à ladite pluralité.
15. Procédé pour détecter, dans une haleine une signature volatile pour une substance, avec un détecteur selon l'une dès revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'on filtre l'haleine pour piéger une molécule gênante contenue dans l'haleine, puis on fait la détection dans l'haleine filtrée.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour détecter une molécule recherchée issue de la substance.
1 7. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que pour évaluer la concentration de la molécule issue de la substance, on évalue la signature de la substance dans l'haleine au moins partiellement issue de ladite substance.
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