EP2470870A1 - Dispositif de détection de la présence d'eau - Google Patents

Dispositif de détection de la présence d'eau

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Publication number
EP2470870A1
EP2470870A1 EP10745629A EP10745629A EP2470870A1 EP 2470870 A1 EP2470870 A1 EP 2470870A1 EP 10745629 A EP10745629 A EP 10745629A EP 10745629 A EP10745629 A EP 10745629A EP 2470870 A1 EP2470870 A1 EP 2470870A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
sensor
water
output signal
electronic circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10745629A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien Toury
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.)
Lacroix Sofrel SAS
Original Assignee
Lacroix Sofrel SAS
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 Lacroix Sofrel SAS filed Critical Lacroix Sofrel SAS
Publication of EP2470870A1 publication Critical patent/EP2470870A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/26—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields
    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/265—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors for discrete levels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
    • G—PHYSICS
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    • G01F23/263—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors
    • G01F23/268—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of capacity or inductance of capacitors or inductors arising from the presence of liquid or fluent solid material in the electric or electromagnetic fields by measuring variations in capacitance of capacitors mounting arrangements of probes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/42—Liquid level
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2307/08—Treatment of wastewater in the sewer, e.g. to reduce grease, odour
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance

Definitions

  • the present invention relates to devices for detecting the presence of water. More particularly, it relates to an overflow detection device adapted to a storm weir.
  • FIG. la represents the spillway in the absence of heavy rainfall.
  • the spillway is materialized by a pipe consisting of two edges 1.4 and 1.3. This pipeline contains the water 1.1 to be directed towards the station and separates it from the natural environment 1.2.
  • Fig. Ib illustrates the same weir in overflow situation.
  • the level of the contained water goes up to the low point 1.5 of the right wall 1.3 and empties 1.6 in the natural environment 1.2.
  • Weirs can take many forms but are always based on the same principle: an impediment to the flow of water is submerged in case of heavy rainfall leading to the flow of surplus in the natural environment.
  • control systems are used in connection with sensors placed at the weirs and for detecting overturns.
  • resistive sensors These sensors consist of a resin housing revealing two electrodes separated by a few millimeters. The measurement of the resistance between these electrodes makes it possible to determine the immersion of the sensor. It is then sufficient to place these sensors on the outer side of the weir so that they are immersed during overflows. These sensors are simple to implement, but are subject to fouling and oxidation of the electrodes. Spurious detections may occur if a damp dead leaf or other waste material is pressed onto the electrodes. It is the same in case of dew, for example.
  • the invention aims to solve the above problems by using a capacitive water presence sensor.
  • a capacitive sensor makes it possible to create a sensor having a large sensitive surface making it robust to fouling. There are no metal contacts exposed to water and likely to oxidize. These sensors are simple to implement and can have a long life because of their low power consumption.
  • the invention relates to a device for detecting the presence of water which comprises a sealed housing in a non-electrically conductive material; an electronic circuit contained in said housing; at least one sensing cell consisting of a capacitive sensor located inside said housing and connected to said electronic circuit; said electronic circuit having means for measuring the capacitance in said cell and means for generating an output signal indicative of the presence of water around the housing as a function of the measured capacitance.
  • the device further comprises a radio transmitter for transmitting the output signal.
  • the device further comprises a cable connected to the electronic circuit and leaving said housing for transmitting the output signal.
  • the housing is made of polyvinylidene fluoride, the seal being obtained by casting into the housing of a resin.
  • said electronic box further comprises means for periodically measuring the capacity in said detection cell and means for generating the output signal by comparing said measurement with a predetermined threshold.
  • said electronic unit further comprises means of consolidating said measurement over several measurements before generating a signal indicating the presence of water.
  • said electronic box being powered by a battery it further comprises means for generating an alert signal indicating the discharge of the battery.
  • said electronic unit further comprises means for generating an output signal comprising information relating to the level of immersion of said device.
  • the device comprises a metal soleplate closing said sealed housing and electrically connect to the ground of said electronic circuit.
  • Fig. 1 illustrates an example of weir.
  • Fig. 2 illustrates an example of a sensor placed on a weir.
  • Fig. 4 illustrates an example of a sensor housing.
  • the embodiment of the invention is an overflow sensor for use on small storm weirs. It aims to allow the detection of moments of overflow by detecting its immersion. To do this, it is located as illustrated in FIG. 2 outside the spillway on the passage of the water in case of overflow.
  • the sensor has the reference 2.1, it is connected by a cable 2.2 to a transmitter allowing him to trace his information to a supervision system.
  • Fig. 3 illustrates the architecture of the electronic circuit 3.1 of the sensor of the embodiment of the invention.
  • This consists of a non-conductive waterproof housing containing an electronic circuit.
  • the sensor operates under the control of a processor 3.2 to which at least one detection cell 3.3 is connected.
  • This Sensor cell consists of a capacitive sensor applied to the sensor housing inside of it. This sensor is not in direct contact with the outside environment. However, it allows the detection of the presence of water outside the housing, the latter varying the capacity measured in the detection cell.
  • the processor 3.2 is therefore able to know at any time the value measured by the capacitive sensor 3.3.
  • This processor is further able to execute an algorithm stored in the memory 3.6.
  • This algorithm controls the measurement and generates the output signal (s) sent on the 3.5 output to the outside depending on the measurement made.
  • This output signal is indicative of the presence of water around the sensor.
  • This output 3.5 may consist of a single electrical cable capable of transmitting a simple analog signal for the presence of water. This cable is then connected to the electronic circuit and leaves the housing to transmit the output signal. It may advantageously consist of several cables allowing the sensor to emit several signals. According to an alternative embodiment, this output may consist of a digital bus capable of carrying a set of signals in the form of digital frames.
  • the sensor is provided with wireless transmission means for generating the output signal (s) by radio signal without the need for a cable.
  • the radio signal can then comply with a telecommunications standard such as Bluetooth, Zigbee, WiFi or obey an ad hoc proprietary protocol.
  • the sensor is powered by a battery 3.4 for autonomous operation.
  • the housing housing the sensor must be waterproof and electrically insulating. It can be made in any material offering these characteristics and more particularly most plastics. That of the exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. 4. It consists of a synthetic material, in this case PVDF or polyvinylidene fluoride. This thermo plastic has the property of having a high dielectric constant which makes it possible to obtain a greater variation of capacity. In addition, it also has the property of being very resistant especially to chemical agents even the most corrosive. In addition, it has perfect impermeability and is hydrophobic. Any other waterproof and insulating material may be used.
  • Fig. 4a represents the case seen from above. It consists of a plate 4.2 provided with eyelets and serving as fixing support. This plate supports the housing 4.1 itself intended to house the electronics. The 4.4 cable leaves the housing 4.1 by a these faces for communication with the supervision system.
  • Fig. 4b represents the same case seen in profile.
  • This housing accommodates the circuit of FIG. 3.
  • the detection cells are, in the exemplary embodiment, the number of three mounted in parallel. The presence of at least one of these cells is necessary. However, it is advantageous to increase the area of the housing used to detect the presence of water. Indeed, the larger this area is and the more the sensor will be resistant to measurement errors due, for example, waste adhering to the outer surface of the sensor.
  • Fig. 5 illustrates the placement of the detection cells in the exemplary embodiment. The figure shows the same box 5.1 as Figure 4 shown exploded.
  • the detection cells 5.2 are represented by gray areas. It is found that these cells occupy a large part of the surface of the housing to detect the presence of water on the entire surface of the sensor.
  • the use of the three sensors in parallel and thus undifferentiated way by the system makes it possible to increase the capacitance variation and thus to be less sensitive to parasitic capacitances and measurement inaccuracies.
  • a resin is poured into the housing to seal the cabinet and the proper functioning of the electronics when it is immersed. It also brings a better robustness and a maintenance of the electronic components.
  • Any type of resin may be used, for example silicone, epoxy or polyurethane resins.
  • the exemplary embodiment uses the polyurethane resin "RAIGITHANE 5740 / RAIGIDUR VX". This resin is intended to be used at ambient temperature. It is an unfilled flexible polyurethane elastomer. It offers excellent adhesion on many substrates such as aluminum, steel, copper, etc. It is a good insulator that is resistant to hydrolysis. It also offers excellent resistance to acidic and basic environments as well as salt spray. Tests have confirmed good adhesion to the chosen PVDF for the housing.
  • the processor performs a periodic capacity measurement on the system detection cell (s).
  • the comparison of the measured value with a predetermined threshold by calibration makes it possible to determine whether the sensor is immersed or out of water. According to this determination, an output signal is generated.
  • This signal is binary and indicates the immersed or out of water status of the sensor. This signal is interpreted as representing an overflow state in progress when the sensor is immersed.
  • the supervision system receiving this output signal is then able to count the overflow times.
  • a consolidation is performed on several measurements before generating a current overflow signal.
  • the exemplary embodiment performs a measurement every twenty seconds.
  • the sensor switches to so-called scanning mode. In this mode, obtaining three successive measurements above the threshold results in the generation of the current overflow signal. The overflow is then detected in one minute reliably.
  • the same consolidation mechanism is used to detect the end of overflow. It is expected to obtain three measurements below the threshold to stop the generation of the current overflow signal.
  • the processor regularly measures the voltage of the battery supplying the sensor. When this voltage falls below a predetermined threshold, an alert signal is generated. This signal indicates the discharge of the battery and therefore the next end of operation of the sensor and the need for a maintenance intervention.
  • the value of the capacitance measured on the electrodes is a function of the volume of water surrounding the sensor.
  • the measured capacity is lower than if the sensor is completely immersed.
  • the current overflow signal may contain information relating to the immersion level of the sensor. This level is calculated based on the difference between the measured capacity and the threshold indicating the overflow.
  • the output signal indicating the current overflow is a pulse signal and not a continuous signal.
  • the immersion level is indicated by the duration of the pulses. For example, when the sensor is half-immersed, the generated output signal comprises a train of pulses lasting 3 seconds each. When the sensor is completely immersed, the generated signal comprises a pulse train with a duration of 8 seconds each.
  • the immersion level is indicated by the number of pulses.
  • a pulse train is generated periodically. The number of pulses of the train then being a function of the level of immersion. For example, a pulse train is generated every minute. When the sensor is half-immersed, this train comprises 35 pulses. When the sensor is completely immersed, this train contains 60 pulses.
  • the connected transmission system can differentiate the degree of immersion to adjust the sensitivity of the sensor.
  • the monitoring system can be set to determine an overflow condition when the sensor is immersed two-thirds in an average environment.
  • the system can be set to determine a state of overflow when the sensor is fully immersed.
  • the senor is provided with automatic commissioning means. These means make it possible to detect the connection of the output cable.
  • the sensor then operates in two modes. In a first mode, the sensor is called “in storage”. It is not connected to a supervision system. In this mode, the automatic commissioning means cause a periodic awakening of the sensor for detection of this connection. As soon as the connection of the sensor is detected, it switches to a second mode called "in use”. In this second mode, the sensor operates as previously described.
  • This automatic commissioning saves battery power until the sensor is put into service. It also simplifies the implementation of the sensor that does not require any operation other than its connection to be put into service.
  • the determination of the detection threshold of the overflow can be done by calibration at the factory during the manufacture of the sensor.
  • the value of the sensor's capacitance when immersed is then measured. This value is then stored by the sensor and used to determine the threshold.
  • the exemplary embodiment determines a threshold corresponding to the measured value multiplied by a factor 1, 2.
  • this determination can be made during the commissioning of the sensor.
  • the sensor makes its first measurements which correspond to a state out of water of the sensor, one then obtains an initial measurement.
  • This initial measurement makes it possible to calibrate an initial threshold value.
  • the threshold is determined in the conditions of use of the sensor and therefore takes into account its environment.
  • the initial threshold S ⁇ is obtained by dividing the initial measurement M 1 by a factor of 0.7.
  • the difference between the value of the out-of-water capacity and the value of the capacity when the sensor is totally immersed is measured at the factory. This difference is called Delta.
  • the commissioning takes place outside a period of overflow, the initial threshold then corresponds to the initial measurement plus 0.7 * Delta.
  • this threshold may be adapted periodically or continuously to take account of the evolution of the sensor environment. Measurements are then made periodically outside the periods of overflow. A slow adjustment can be made. For example, it is possible to adjust the threshold periodically using a current measurement made in an out of water state of the sensor. To avoid too fast variations of the threshold, this current measure occurs for a hundredth, for example, in the calculation of the threshold. The threshold is then adjusted according to one of the following formulas in accordance with the formula used to calculate the initial threshold:
  • the sensor thus obtained makes it possible to limit the risks of fouling thanks to its hydrodynamic shape and to the large surface used for the detection. It is not sensitive to oxidation because of the absence of metal electrode in contact with the external environment.
  • the detection is particularly reliable because of this large detection area. This reliability is further enhanced by the optional use of the detection threshold adaptation.
  • the housing is closed by a metal sole, typically made of stainless steel.
  • This sole is advantageously at least as large as the plate 4.2 to which it is typically fixed by screwing or gluing. It is electrically connected to the ground of the electronic circuit. The fact of having an electrode of the capacity of this sole makes it possible to stabilize the measurement of capacity.

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Abstract

La présente invention concerne les dispositifs de détection de la présence d'eau. Plus particulièrement, elle concerne un dispositif de détection de surverse adapté à un déversoir d'orage. L'invention propose l'utilisation d'un capteur de présence d'eau capacitif. L'utilisation d'un capteur capacitif permet de créer un capteur ayant une grande surface sensible le rendant robuste à l'encrassement. Il n'y a pas de contacts métalliques exposés à l'eau et risquant de s'oxyder. Ces capteurs sont simples à mettre en œuvre et peuvent avoir une grande autonomie du fait de leur faible consommation électrique.

Description

Dispositif de détection de la présence d'eau
La présente invention concerne les dispositifs de détection de la présence d'eau. Plus particulièrement, elle concerne un dispositif de détection de surverse adapté à un déversoir d'orage.
En milieu urbain, les eaux usées sont collectées dans un réseau d'égouts souterrains. Ces eaux sales sont ensuite acheminées vers une station d'épuration pour être dépolluées.
Lors de précipitations, un volume d'eau pluviale s'ajoute aux eaux usées. Cela représente pour la station un surcroît d'effluents à traiter. Lorsque les précipitations sont fortes, par exemple lors d'orages, le système de collecte et de traitement des eaux risque un engorgement par excès d'eau à traiter. Le processus de traitement est mis en danger.
Pour éviter ce risque, le système de collecte est doté de déversoirs d'orage dont le but est de limiter le volume d'eau en cas de forte précipitation. Ces déversoirs se présentent sous la forme de points bas dans le système de collecte des eaux usées. Lorsque le niveau de l'eau augmente dans le système de collecte, elle atteint le niveau de ces points bas et commence à s'évacuer par le déversoir dans le milieu naturel. Le calibrage de la hauteur de ces déversoirs permet de contrôler la quantité d'eau maximale du système de collecte. Un exemple de déversoir est schématisé Fig. 1. La Fig. la représente le déversoir en l'absence de fortes précipitations. Le déversoir est matérialisé par une canalisation constituée de deux bords 1.4 et 1.3. Cette canalisation contient l'eau 1.1 à diriger vers la station et la sépare du milieu naturel 1.2. On constate que le muret de droite 1.3 est moins haut que le muret gauche 1.4, son sommet 1.5 constitue donc le point bas du déversoir. La Fig. Ib illustre le même déversoir en situation de surverse. Le niveau de l'eau contenue monte jusqu'au point bas 1.5 du muret droit 1.3 et se déverse 1.6 dans le milieu naturel 1.2. Les déversoirs peuvent prendre de multiples formes, mais sont toujours basés sur le même principe : un obstacle à l'écoulement de l'eau est submergé en cas de fortes précipitations entraînant l'écoulement du surplus dans le milieu naturel.
La réglementation impose de contrôler les volumes déversés. On distingue cependant, en fonction du volume d'eaux sales collecté, les gros déversoirs d'orage et les petits déversoirs d'orage. Pour les gros déversoirs, une mesure en continu du volume déversé est imposée. Pour les petits déversoirs, il est demandé uniquement d'avoir un horodatage du début et de la fin de surverse.
Il est donc nécessaire de pouvoir mesurer les temps de surverse des petits déversoirs d'orage. A cette fin, des systèmes de contrôle sont utilisés en connexion avec des capteurs placés au niveau des déversoirs et permettant de détecter les surverses.
Différents types de capteurs sont utilisés pour cette détection de la surverse. On peut citer des capteurs mécaniques basés sur l'évolution d'un flotteur dans une colonne plongée dans l'eau. Quand le flotteur atteint un certain niveau correspondant au niveau de surverse, le flotteur actionne un interrupteur définissant un signal de surverse. Un second type de capteur mécanique est basé sur la mesure de la pression au sein d'une colonne fermée sur le dessus et également plongée dans l'eau. Un capteur de pression placé en haut du tube actionne un interrupteur lorsque la pression atteint une valeur seuil. Ces capteurs mécaniques présentent l'avantage d'être autonomes en énergie, mais ils sont relativement fragiles et sujets à l'encrassement.
Il est également connu d'utiliser des capteurs à ultrason placés au dessus de l'eau et qui en mesurent la hauteur périodiquement. Ces capteurs ont l'avantage de ne pas être en contact avec le liquide et donc de ne pas être sujets à l'encrassement. Toutefois, ils sont d'un coût élevé et consomment une énergie importante ce qui limite l'autonomie du capteur.
Il est également connu d'utiliser des capteurs résistifs. Ces capteurs sont constitués d'un boîtier en résine laissant apparaître deux électrodes séparées de quelques millimètres. La mesure de la résistance entre ces électrodes permet de déterminer l'immersion du capteur. Il suffit alors de placer ces capteurs sur le côté externe du déversoir de façon à ce qu'ils soient immergés lors des surverses. Ces capteurs sont simples à mettre en œuvre, mais sont sujets à l'encrassement et à l'oxydation des électrodes. Des détections parasites peuvent avoir lieu si une feuille morte humide ou tout autre déchet vient à se plaquer sur les électrodes. Il en est de même en cas de rosée par exemple.
L'invention vise à résoudre les problèmes précédents par l'utilisation d'un capteur de présence d'eau capacitif. L'utilisation d'un capteur capacitif permet de créer un capteur ayant une grande surface sensible le rendant robuste à l'encrassement. Il n'y a pas de contacts métalliques exposés à l'eau et risquant de s'oxyder. Ces capteurs sont simples à mettre en œuvre et peuvent avoir une grande autonomie du fait de leur faible consommation électrique.
L'invention concerne un dispositif de détection de la présence d'eau qui comporte un boîtier étanche dans une matière non conductrice d'électricité ; un circuit électronique contenu dans ledit boîtier ; au moins une cellule de détection constituée d'un capteur capacitif situé à l'intérieur dudit boîtier et connecté audit circuit électronique ; ledit circuit électronique comportant des moyens de mesurer la capacité dans ladite cellule et des moyens de générer un signal de sortie indicatif de la présence d'eau autour du boîtier en fonction de la capacité mesurée.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif comporte en outre un émetteur radio pour émettre le signal de sortie.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif comporte en outre un câble connecté au circuit électronique et sortant dudit boîtier pour transmettre le signal de sortie.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le boîtier est constitué en polyfluorure de vinylidène, l'étanchéité étant obtenue par coulage dans le boîtier d'une résine.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit boîtier électronique comporte en outre des moyens d'effectuer périodiquement une mesure de la capacité dans ladite cellule de détection et des moyens de générer le signal de sortie par comparaison de ladite mesure à un seuil prédéterminé.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit boîtier électronique comporte en outre des moyens de consolider ladite mesure sur plusieurs mesures avant de générer un signal indiquant la présence d'eau.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit boîtier électronique étant alimenté par une pile il comporte en outre des moyens de générer un signal d'alerte indiquant la décharge de la pile.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit boîtier électronique comporte en outre des moyens pour générer un signal de sortie comportant une information relative au niveau d'immersion dudit dispositif.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif comprend une semelle métallique venant fermer ledit boîtier étanche et relier électriquement à la masse dudit circuit électronique.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :
La Fig. 1 illustre un exemple de déversoir.
La Fig. 2 illustre un exemple de capteur placé sur un déversoir.
La Fig. 3 illustre un exemple d'architecture du circuit électronique du capteur.
La Fig. 4 illustre un exemple de boîtier de capteur.
La Fig. 5 illustre un exemple de placement des cellules de détection dans un boîtier.
L'exemple de réalisation de l'invention est un capteur de surverse destiné à une utilisation sur de petits déversoirs d'orage. Il a pour but de permettre la détection des moments de surverse par la détection de son immersion. Pour ce faire, il est situé comme illustré à la Fig. 2 à l'extérieur du déversoir sur le passage de l'eau en cas de surverse. Sur la Fig. 2, le capteur a la référence 2.1, il est relié par un câble 2.2 à un émetteur lui permettant de remonter ses informations vers un système de supervision.
La Fig. 3 illustre l'architecture du circuit électronique 3.1 du capteur de l'exemple de réalisation de l'invention. Celui-ci se compose d'un boîtier étanche non conducteur contenant un circuit électronique. Le capteur fonctionne sous le contrôle d'un processeur 3.2 auquel est connectée au moins une cellule de détection 3.3. Cette cellule de détection est constituée d'un capteur capacitif appliqué sur le boîtier du capteur à l'intérieur de celui-ci. Ce capteur n'est donc pas en contact direct avec le milieu extérieur. Il permet toutefois la détection de la présence d'eau à l'extérieur du boîtier, celle-ci faisant varier la capacité mesurée dans la cellule de détection. Le processeur 3.2 est donc en mesure de connaître à tout instant la valeur mesurée par le capteur capacitif 3.3. Ce processeur est en outre en mesure d'exécuter un algorithme stocké dans la mémoire 3.6. Cet algorithme commande la prise de mesure et génère le ou les signaux de sortie envoyés sur la sortie 3.5 vers l'extérieur en fonction de la mesure effectuée. Ce signal de sortie est indicatif de la présence d'eau autour du capteur. Cette sortie 3.5 peut être constituée d'un simple câble électrique à même de transmettre un simple signal analogique de présence d'eau. Ce câble est alors connecté au circuit électronique et sort du boîtier pour transmettre le signal de sortie. Elle peut avantageusement être constituée de plusieurs câbles permettant au capteur d'émettre plusieurs signaux. Selon une variante de fonctionnement, cette sortie peut être constituée d'un bus numérique pouvant véhiculer un ensemble de signaux sous la forme de trames numériques. Alternativement, le capteur est muni de moyens d'émission sans fil pour générer le ou les signaux de sortie par signal radio sans nécessiter de câble. Le signal radio peut alors être conforme à une norme de télécommunication telle que le Bluetooth, le Zigbee, le WiFi ou encore obéir à un protocole propriétaire ad hoc. Le capteur est alimenté par une pile 3.4 pour un fonctionnement autonome.
Le boîtier hébergeant le capteur doit être étanche et isolant électrique. Il peut être réalisé dans toute matière offrant ces caractéristiques et plus particulièrement la plupart des matières plastiques. Celui de l'exemple de réalisation de l'invention est représenté Fig. 4. Il est constitué d'une matière synthétique, en l'occurrence le PVDF ou polyfluorure de vinylidène. Ce thermo plastique a la propriété d'avoir une constante diélectrique élevée ce qui permet d'obtenir une plus grande variation de capacité. De plus, il a également la propriété d'être très résistant en particulier aux agents chimiques même les plus corrosifs. De plus, il possède une parfaite imperméabilité et est hydrophobe. Toute autre matière étanche et isolante peut être utilisée. La Fig. 4a représente le boîtier vu du dessus. Il est constitué d'une plaque 4.2 pourvue d'œillets et servant de support de fixation. Cette plaque supporte le boîtier 4.1 proprement dit destiné à abriter l'électronique. Le câble 4.4 sort du boîtier 4.1 par une de ces faces pour la communication avec le système de supervision. La Fig. 4b représente le même boîtier vu de profil.
Ce boîtier héberge le circuit de la Fig. 3. Les cellules de détection sont, dans l'exemple de réalisation, au nombre de trois montées en parallèle. La présence d'au moins une de ces cellules est nécessaire. Il est toutefois avantageux d'augmenter la surface du boîtier utilisée pour détecter la présence d'eau. En effet, plus cette surface est importante et plus le capteur sera résistant à des erreurs de mesure dues, par exemple, à des déchets venant adhérer à la surface externe du capteur. La Fig. 5 illustre le placement des cellules de détection dans l'exemple de réalisation. La figure représente le même boîtier 5.1 que la figure 4 représenté de manière éclatée. Les cellules de détection 5.2 sont représentées par des surfaces grisées. On constate que ces cellules occupent une grande partie de la surface du boîtier afin de détecter la présence d'eau sur toute la surface du capteur. L'utilisation des trois capteurs en parallèle et donc de façon non différenciée par le système permet d'augmenter la variation de capacité et donc d'être moins sensible aux capacités parasites et aux imprécisions de mesures.
Une résine est coulée dans le boîtier pour assurer l'étanchéité du coffret et le bon fonctionnement de l'électronique lorsque celui-ci est immergé. Elle apporte aussi une meilleure robustesse et un maintien des composants électroniques. Tout type de résine peut être utilisé, par exemple des résines silicone, époxy ou polyuréthane. L'exemple de réalisation utilise la résine polyuréthane « RAIGITHANE 5740 / RAIGIDUR VX ». Cette résine est destinée à être mise en œuvre à température ambiante. C'est un élastomère de polyuréthane souple non chargé. Il offre une excellente adhérence sur de nombreux supports tels qu'aluminium, acier, cuivre, etc. C'est un bon isolant qui résiste bien à l'hydrolyse. Il offre en outre une excellente résistance aux milieux acides et basiques ainsi qu'au brouillard salin. Des essais ont confirmé la bonne adhérence sur le PVDF choisi pour le boîtier.
Dans un fonctionnement élémentaire, le processeur effectue une mesure périodique de capacité sur la ou les cellules de détections du système. La comparaison de la valeur mesurée à un seuil prédéterminé par calibration permet de déterminer si le capteur est immergé ou hors d'eau. En fonction de cette détermination, un signal de sortie est généré. Ce signal est binaire et indique l'état immergé ou hors d'eau du capteur. Ce signal est interprété comme représentant un état de surverse en cours lorsque le capteur est immergé. Le système de supervision recevant ce signal de sortie est alors à même de comptabiliser les temps de surverse.
Avantageusement, pour limiter les fausses détections, une consolidation est effectuée sur plusieurs mesures avant de générer un signal de surverse en cours. Par exemple, l'exemple de réalisation effectue une mesure toutes les vingt secondes. Lorsqu'une mesure passe au-dessus du seuil indiquant donc une forte probabilité de surverse, le capteur passe en mode dit de scrutation. Dans ce mode, l'obtention de trois mesures successives au-dessus du seuil entraîne la génération du signal de surverse en cours. La surverse est alors détectée en une minute de manière fiable.
Avantageusement, le même mécanisme de consolidation est utilisé pour détecter la fin de surverse. On attend l'obtention de trois mesures en dessous du seuil pour stopper la génération du signal de surverse en cours.
Avantageusement, le processeur mesure régulièrement la tension de la pile alimentant le capteur. Lorsque cette tension tombe au-dessous d'un seuil prédéterminé, un signal d'alerte est généré. Ce signal indique la décharge de la pile et donc la fin prochaine de fonctionnement du capteur et la nécessité d'une intervention de maintenance.
La valeur de la capacité mesurée sur les électrodes est fonction du volume d'eau entourant le capteur. Dans le cas où le niveau d'eau est bas et donc le capteur n'est qu'à demi immergé, la capacité mesurée est plus faible que si le capteur est complètement immergé. Avantageusement, le signal de surverse en cours peut contenir une information relative au niveau d'immersion du capteur. Ce niveau est calculé en fonction de la différence entre la capacité mesurée et le seuil indiquant la surverse. Dans l'exemple de réalisation de l'invention, le signal de sortie indiquant la surverse en cours est un signal impulsionnel et non un signal continu. Selon une première variante, le niveau d'immersion est indiqué par la durée des impulsions. Par exemple, quand le capteur est à demi immergé, le signal de sortie généré comprend un train d'impulsions d'une durée de 3 secondes chacune. Lorsque le capteur est complètement immergé, le signal généré comprend un train d'impulsions d'une durée de 8 secondes chacune.
Alternativement, le niveau d'immersion est indiqué par le nombre d'impulsions. Dans ce mode, un train d'impulsions est généré périodiquement. Le nombre d'impulsions du train étant alors fonction du niveau d'immersion. Par exemple, un train d'impulsion est généré toutes les minutes. Quand le capteur est à demi immergé, ce train comprend 35 impulsions. Lorsque le capteur est complètement immergé, ce train comprend 60 impulsions.
Cela permet au système de transmission raccordé de différencier le degré d'immersion afin d'ajuster la sensibilité du capteur. Par exemple, le système de supervision peut être réglé pour déterminer un état de surverse lorsque le capteur est immergé aux deux tiers dans un environnement moyen. Par contre, dans un environnement très humide, par exemple si le capteur subit des projections d'eau, le système peut être réglé pour déterminer un état de surverse quand le capteur est totalement immergé.
Avantageusement, le capteur est doté de moyens de mise en service automatique. Ces moyens permettent de détecter le branchement du câble de sortie. Le capteur fonctionne alors selon deux modes. Dans un premier mode, le capteur est dit « en stockage ». Il n'est pas relié à un système de supervision. Dans ce mode, les moyens de mise en service automatique provoquent un réveil périodique du capteur pour une détection de ce branchement. Dès que le branchement du capteur est détecté, il bascule dans un second mode dit « en service ». Dans ce second mode, le capteur fonctionne tel que précédemment décrit. Cette mise en service automatique permet d'économiser l'énergie de la pile tant que le capteur n'est pas mis en service. Elle permet également de simplifier la mise en œuvre du capteur qui ne nécessite aucune opération autre que son branchement pour être mis en service.
La détermination du seuil de détection de la surverse peut se faire par calibration en usine lors de la fabrication du capteur. On mesure alors la valeur de la capacité du capteur lorsqu'il est immergé. Cette valeur est alors mémorisée par le capteur et utilisée pour déterminer le seuil. L'exemple de réalisation détermine un seuil correspondant à la valeur mesurée multipliée par un facteur 1 ,2.
Alternativement, cette détermination peut être faite lors de la mise en service du capteur. Dans ce cas, lors de cette mise en service, le capteur réalise ses premières mesures qui correspondent à un état hors d'eau du capteur, on obtient alors une mesure initiale. Cette mesure initiale permet de calibrer une valeur de seuil initial. De cette façon, le seuil est déterminé dans les conditions d'utilisation du capteur et tient donc compte de son environnement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le seuil initial S{ est obtenu en divisant la mesure initiale M1 par un facteur 0,7.
S( = M→0, l ; Selon un mode de réalisation alternatif, on mesure en usine la différence entre la valeur de la capacité hors d'eau et la valeur de la capacité lorsque le capteur est totalement immergé. On appelle Delta cette différence. La mise en service ayant lieu hors d'une période de surverse, le seuil initial correspond alors à la mesure initiale plus 0,7*Delta.
S. = M. + 0, 7 x Delta ;
D'autres manières de calculer un seuil initial peuvent être choisies et s'avérer fonctionnelles. En particulier, la valeur numérique 0,7 retenue dans les modes de réalisation décrits peut être modifiée.
Avantageusement, ce seuil peut être adapté de manière périodique ou continue pour tenir compte de l'évolution de l'environnement du capteur. Des mesures sont alors effectuées périodiquement en dehors des périodes de surverse. Un ajustement lent peut être réalisé. Par exemple, il est possible d'ajuster le seuil périodiquement à l'aide d'une mesure courante faite dans un état hors d'eau du capteur. Pour éviter de trop rapides variations du seuil, cette mesure courante intervient pour un centième, par exemple, dans le calcul du seuil. On ajuste alors le seuil selon l'une des formules suivantes en accord avec la formule utilisée pour le calcul du seuil initial :
_ S x l00 + (Mc - 0, 7)
101
c _ S x lQQ + Mc + 0, 7 x Delta
101
Cet ajustement permet une évolution lente du seuil pour tenir compte des évolutions de l'environnement comme le taux d'humidité de l'air ambiant ou la température extérieure. Une meilleure détection des conditions de surverse est alors obtenue. Le choix de la valeur numérique 100 est arbitraire et peut être modifiée pour régler la vitesse d'adaptation du seuil.
Le capteur ainsi obtenu permet de limiter les risques d'encrassement grâce à sa forme hydrodynamique et à la grande surface utilisée pour la détection. Il n'est pas sensible à l'oxydation du fait de l'absence d'électrode métallique en contact avec le milieu extérieur. La détection est particulièrement fiable du fait de cette grande surface de détection. Cette fiabilité est encore améliorée par l'utilisation optionnelle de l'adaptation du seuil de détection.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le boîtier est fermé par une semelle métallique, typiquement en acier inoxydable. Cette semelle est avantageusement au moins aussi grande que la plaque 4.2 à laquelle elle est fixée typiquement par vissage ou collage. Elle est reliée électriquement à la masse du circuit électronique. Le fait de disposer d'une électrode de la capacité de cette semelle permet de stabiliser la mesure de capacité.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Dispositif de détection de la présence d'eau comportant :
- un boîtier étanche dans une matière non conductrice d'électricité ;
- un circuit électronique contenu dans ledit boîtier ;
- au moins une cellule de détection constituée d'un capteur capacitif situé à l'intérieur dudit boîtier et connecté audit circuit électronique ;
ledit circuit électronique comportant :
- des moyens de mesurer la capacité dans ladite cellule ; et
- des moyens de générer un signal de sortie indicatif de la présence d'eau autour du boîtier en fonction de la capacité mesurée,
caractérisé en ce que ledit boîtier étanche est de forme hydrodynamique.
2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un émetteur radio pour émettre le signal de sortie.
3/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un câble connecté au circuit électronique et sortant dudit boîtier pour transmettre le signal de sortie.
4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le boîtier est constitué en polyfluorure de vinylidène, l'étanchéité étant obtenue par coulage dans le boîtier d'une résine. 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit boîtier électronique comporte en outre :
- des moyens d'effectuer périodiquement une mesure de la capacité dans ladite cellule de détection,
- des moyens de générer le signal de sortie par comparaison de ladite mesure à un seuil prédéterminé.
6/ Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit boîtier électronique comporte en outre des moyens de consolider ladite mesure sur plusieurs mesures avant de générer un signal indiquant la présence d'eau. 11 Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que ledit boîtier électronique étant alimenté par une pile il comporte en outre :
- des moyens de générer un signal d'alerte indiquant la décharge de la pile.
8/ Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que ledit boîtier électronique comporte en outre :
- des moyens pour générer un signal de sortie comportant une information relative au niveau d'immersion dudit dispositif.
9/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une semelle métallique venant fermer ledit boîtier étanche et relier électriquement à la masse dudit circuit électronique.
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