FR3002637A1 - Detecteur de gaz et procede de fabrication associe - Google Patents

Abstract

Détecteur de gaz (10) comprenant - au moins un canal (50) de circulation d'un flux de gaz à analyser, - au moins un capteur à ondes acoustiques de surface (20), le capteur (20) comportant une surface active (170) propre à interagir avec au moins une espèce chimique, et des connecteurs (180) pour acheminer des signaux électriques, - au moins une carte électronique (30, 40) comportant des pistes électriques (130), au moins une piste électrique (130) comprenant un connecteur de bout de piste (140) à l'une au moins de ses extrémités, le capteur (20) étant monté sur la carte électronique (30, 40) de sorte que la surface active (170) délimite en partie le canal (50), au moins un connecteur (180) du capteur (20) étant disposé sur un connecteur de bout de piste (140) pour relier électriquement le capteur (20) à la carte électronique (30, 40), caractérisé en ce que le connecteur de bout de piste (140) recevant le connecteur (180) du capteur (20) présente une forme convergente.

Description

Détecteur de gaz et procédé de fabrication associé La présente invention concerne un détecteur de gaz comprenant - au moins un canal de circulation d'un flux de gaz à analyser, - au moins un capteur à ondes acoustiques de surface, le capteur comportant une surface active propre à interagir avec au moins une espèce chimique, et des connecteurs pour acheminer des signaux électriques, - au moins une carte électronique comportant des pistes électriques, au moins une piste électrique comprenant un connecteur de bout de piste à l'une au moins de ses extrémités, le capteur étant monté sur la carte électronique de sorte que la surface active délimite en partie le canal, au moins un connecteur du capteur étant disposé sur un connecteur de bout de piste pour relier électriquement le capteur à la carte électronique. Au sens de la présente invention, un gaz est une espèce chimique ou un mélange d'espèces chimiques dans un flux gazeux.

L'invention s'applique à la reconnaissance d'odeurs afin, par exemple, de détecter des dérives dans un processus de fabrication, de contrôler la qualité d'un ingrédient, d'un produit fini ou semi-fini, de reconnaître des objets, de détecter des substances potentiellement dangereuses ou d'identifier des contrefaçons grâce à leur odeur, une odeur étant caractérisée par un gaz particulier, correspondant soit à une espèce chimique particulière, soit à une mélange d'espèces chimiques particulières, éventuellement dans des proportions volumiques données. US20050044956 décrit un détecteur de gaz à capteurs à ondes acoustiques de surface. Dans ce détecteur transite un flux de gaz à analyser. Ce détecteur comprend des capteurs à ondes acoustiques de surface, comportant une surface active propre à interagir avec au moins une espèce chimique, et des connecteurs pour acheminer des signaux électriques. Au sens de la présente invention, un connecteur est une surface métallique propre à être mise en contact physique avec une autre surface métallique pour réaliser une connexion électrique. Cette connexion électrique est appelée contact.

Le détecteur comprend en outre une carte électronique comportant des pistes électriques et une rigole. Les pistes électriques comportent des connecteurs pour acheminer des signaux électriques. Chaque capteur est monté sur la carte électronique de sorte que sa surface active et la rigole délimitent un canal de circulation du flux de gaz à analyser.

Chaque capteur est électriquement relié à la carte électronique. Pour ce faire, chaque connecteur de capteur est disposé sur un connecteur d'une piste électrique pour réaliser un contact électrique. Une monture maintient les capteurs en place, sur la carte électronique.

Néanmoins, une telle invention ne donne pas entière satisfaction. En effet, dans cette invention, une couche diélectrique, telle que par exemple une couche de polymère, recouvre la carte électronique, et en particulier les connecteurs des pistes électriques. Par conséquent, la disposition d'un connecteur de capteur en regard d'un connecteur de piste électrique, ces deux éléments étant séparés par une couche diélectrique, constitue un contact capacitif. En l'absence d'une telle couche diélectrique, un contact capacitif est constitué par la disposition d'un connecteur de capteur en regard d'un connecteur de piste électrique en présence d'air, l'air présentant des propriétés diélectriques.

Or, la capacité du contact capacitif varie avec les contraintes mécaniques et thermiques s'exerçant sur le détecteur, ce qui altère de façon non reproductible les signaux électriques à destination et en provenance du capteur. De plus, ces effets ne sont pas négligeables devant ceux liés à la résistance électrique propre du contact, la valeur de cette résistance étant connue et peu variable.

Un but de l'invention est de proposer un détecteur de gaz avec un fonctionnement fiable et reproductible pour permettre une analyse d'odeurs précise. A cet effet, l'invention a pour objet un détecteur de gaz du type précité, caractérisé en ce que le connecteur de bout de piste recevant le connecteur du capteur présente une forme convergente.

En effet, dans un détecteur de gaz selon l'invention, un connecteur de bout de piste de forme convergente supporte une pression plus grande qu'un connecteur de bout de piste de forme non convergente. Ainsi, la capacité du contact électrique entre le connecteur du capteur et le connecteur de bout de piste de forme convergente est moindre.

Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention présente l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - le détecteur de gaz comporte un agencement de maintien propre à maintenir le ou chaque connecteur du capteur en contact avec une piste électrique en regard ; - l'agencement de maintien exerce une force de pression sur le capteur dirigée vers le connecteur de bout de piste ; - l'agencement de maintien comporte un organe de serrage et un organe de sollicitation élastique disposé entre l'organe de serrage et le capteur, l'organe de serrage étant propre à maintenir l'organe de sollicitation élastique contre une face du capteur opposée au connecteur ; - la carte électronique comporte une pluralité de connecteurs de bout de piste de forme convergente recevant chacun un connecteur de capteur ; - le ou chaque connecteur de bout de piste comporte une région de base de largeur sensiblement constante et une région d'extrémité de largeur décroissante à partir de la région de base ; - la carte électronique présente une tranche délimitant le canal, le capteur étant monté au dessus du canal dans une région périphérique de la carte électronique délimitée par la tranche, le connecteur de bout de piste s'étendant dans la région périphérique ; - le connecteur de bout de piste présente une forme en pointe ; et - la pression appliquée sur le connecteur de bout de piste de forme convergente recevant le connecteur du capteur est comprise entre 10 kPa et 2 MPa. L'invention a également pour objet un détecteur de gaz comprenant : - au moins un canal de circulation d'un flux de gaz à analyser, - au moins un capteur à ondes acoustiques de surface, le capteur comportant une surface active propre à interagir avec au moins une espèce chimique, et des connecteurs pour acheminer des signaux électriques, - au moins une carte électronique comportant des pistes électriques, au moins une piste électrique comprenant un connecteur de bout de piste à l'une au moins de ses extrémités, le capteur étant monté sur la carte électronique de sorte que la surface active délimite en partie le canal, au moins un connecteur du capteur étant disposé sur un connecteur de bout de piste pour relier électriquement le capteur à la carte électronique, caractérisé en ce qu'une pression comprise entre 10 kPa et 2 MPa est appliquée sur le connecteur de bout de piste recevant le connecteur du capteur. Le capteur selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessus, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible. Par ailleurs, le connecteur de bout de piste recevant le connecteur du capteur ne présente pas nécessairement une forme convergente. Dans ce cas, le connecteur du capteur peut être un via ponctuel traversant la carte électronique entre ses faces.

L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage d'un détecteur de gaz comprenant les étapes suivantes : - fourniture d'une carte électronique comportant des pistes électriques, au moins une piste électrique comprenant un connecteur de bout de piste à l'une au moins de ses extrémités ; - montage d'un capteur à ondes acoustiques de surface sur la carte électronique, le capteur comportant une surface active propre à interagir avec au moins une espèce chimique, et des connecteurs pour acheminer des signaux électriques ; - délimitation d'une partie d'un canal de circulation d'un flux de gaz à analyser par la surface active ; - disposition d'au moins un connecteur du capteur sur un connecteur de bout de piste pour relier électriquement le capteur à la carte électronique ; caractérisé en ce que le connecteur du capteur est disposé sur un connecteur de bout de piste présentant une forme convergente.

Le procédé selon l'invention peut comprendre les caractéristiques suivantes : - le montage d'un agencement de maintien propre à maintenir le ou chaque connecteur du capteur en contact avec une piste électrique en regard. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un détail d'une vue de dessus d'un détecteur de gaz selon l'invention comprenant un capteur à ondes acoustiques de surface ; - la figure 2 est un détail d'une vue en coupe transversale suivant le plan II-Il de la figure 1 en présence d'un agencement de maintien du capteur à ondes acoustiques de surface ; - la figure 3 est un détail de réalisation de connecteurs de bout de piste d'un détecteur de gaz selon l'invention. Un détecteur de gaz 10 selon l'invention est illustré par les figures 1 et 2. Le détecteur 10 est destiné à analyser un flux de gaz pour détecter des molécules représentatives des odeurs présentes dans ce flux de gaz.

Le détecteur 10 comprend un capteur à ondes acoustiques de surface 20. Le détecteur 10 comporte également une première carte électronique 30 et une deuxième carte électronique 40, sur lesquelles est monté le capteur 20 en définissant un canal 50 de circulation d'un flux de gaz. Le détecteur 10 comprend en outre un agencement de maintien 60 du capteur 20 sur chaque carte électronique 30, 40.

La première carte électronique 30 comprend une première face supérieure 70. La deuxième carte électronique 40 comprend une deuxième face supérieure 80. En outre, chacune des cartes électroniques 30 et 40 comprend une tranche, respectivement 90 et 100.

La tranche 90 délimite une région périphérique 110 de la première carte 30, tandis que la tranche 100 délimite une région périphérique 120 de la deuxième carte 40. Par ailleurs, les cartes électroniques 30 et 40 comportent des pistes électriques 130 disposées sur leurs faces supérieures 70 et 80 respectivement. Les pistes électriques 130 sont réalisées en matériau conducteur électrique, par exemple du cuivre ou de l'or, et sont propres à acheminer des signaux électriques. Chaque piste électrique 130 comporte à son extrémité située dans la région périphérique 110, 120, un connecteur de bout de piste 140. Le connecteur de bout de piste s'étend de façon privilégiée le long d'un axe longitudinal Y-Y. Le connecteur de bout de piste 140 comporte une région de base 150, de largeur sensiblement constante. Le connecteur de bout de piste 140 comporte également une région d'extrémité 160, présentant une forme convergente en pointe, comme cela est visible sur la figure 1. Ainsi, si l'on définit un plan de coupe P de la région d'extrémité 160 orthogonal à l'axe Y-Y, et un axe D appartenant à la fois au plan de coupe P et au plan de la face supérieure 70, 80, l'étendue transversale le long de l'axe D du segment de piste électrique contenu dans le plan de coupe P est d'autant plus faible que la distance entre le plan de coupe P et la tranche 90, 100 est faible. En particulier, l'étendue transversale du segment dans la région d'extrémité varie entre 1 mm et moins de 200 lm sur une longueur inférieure à 2 mm. La surface de contact est avantageusement inférieure à 2 mm2 notamment inférieure à 1 mm2, par exemple de l'ordre de 0,5 mm2. Le capteur 20 est du type à ondes acoustiques de surface. Il comporte une surface active 170. La surface active 170 est propre à interagir avec au moins une espèce chimique spécifique. La surface active 170 comporte un substrat en matériau piézoélectrique, sur lequel est déposé un traitement de surface, par exemple en polymère ou en nanocristaux de diamant, propre à adsorber des composés chimiques. Le capteur 20 comprend également des connecteurs 180. Un premier groupe de connecteurs 190 est disposé d'un premier côté du capteur 20 pour être raccordé à la première face supérieure 70 de la première carte électronique 30. Un deuxième groupe de connecteurs 200 est disposé d'un deuxième côté du capteur 20 pour être raccordé à la deuxième face supérieure 80 de la deuxième carte électronique 40. La surface active 170 est disposée entre le premier groupe de connecteurs 190 et le deuxième groupe de connecteurs 200.

Un générateur interdigité d'ondes acoustiques est, par exemple, disposé sur un côté du substrat et un récepteur interdigité est, par exemple, disposé sur un autre côté du substrat. Le générateur interdigité est électriquement raccordé à deux connecteurs 180 pour être électriquement relié à un oscillateur, l'oscillateur générant un signal électrique propre à créer des ondes acoustiques dans le substrat en matériau piézoélectrique du capteur 20. Le récepteur interdigité est électriquement raccordé à deux autres connecteurs 180 pour être électriquement raccordé à un dispositif d'analyse propre à analyser le signal électrique en provenance du capteur 20.

Chacun des connecteurs 180 du premier groupe de connecteurs 190 est par exemple raccordé électriquement à une sortie de l'oscillateur ou à une entrée du dispositif d'analyse. Le deuxième groupe de connecteurs 200 est par exemple raccordé à la masse électrique du détecteur. Le capteur 20 est monté sur les cartes électroniques 30 et 40. Plus précisément, le premier groupe de connecteurs 190 du capteur 20 est monté sur la première face supérieure 70 de la première carte électronique 30 et est raccordé électriquement à la première carte électronique 30, tandis que le deuxième groupe de connecteurs 200 du capteur 20 est monté sur la deuxième face supérieure 80 de la deuxième carte électronique 40 et est raccordé électriquement à la deuxième carte électronique 40.

Le capteur 20 est disposé de sorte que chacun de ses connecteurs 180 soit en regard d'un connecteur de bout de piste 140, en contact physique et électrique avec le connecteur de bout de piste 140. Plus précisément, chaque connecteur 180 du capteur 20 est en contact avec la région d'extrémité 160 du connecteur de bout de piste 140 en regard duquel il est disposé.

Le capteur 20 étant ainsi disposé, la surface active 170 du capteur 20 délimite verticalement le canal 50 de circulation du flux de gaz à analyser, tandis que les tranches 90, 100 des cartes électroniques 30, 40 délimitent latéralement le canal 50. L'agencement de maintien 60 comporte un organe de sollicitation élastique 210 et un organe de serrage 220.

L'organe de sollicitation élastique 210 est, par exemple, un pavé de mousse.

Cet organe présente avantageusement un module d'Young compris entre 50 kPa et 900kPa, par exemple entre 150 kPa et 300 kPa. L'organe de serrage comprend un pied 230 et une plaque de serrage 240. La plaque de serrage 240 est assemblée au pied 230 au moyen d'une vis 250 et est maintenue en butée contre le pied 230. Le pied 230 est indifféremment fixé à la première carte électronique 30, à la deuxième carte électronique 40 ou à un autre support solide tel qu'un châssis du détecteur, non représenté sur ces figures. L'organe de sollicitation élastique 210 est enserré entre la plaque de serrage 240 et une face 260 du capteur 20 opposée aux connecteurs 180. L'agencement de maintien 60 exerce sur le capteur 20 une force pressante dirigée vers les connecteurs de bout de piste 140. La conception de l'agencement de maintien 60 est telle que la force pressante s'exerçant sur le capteur 20 est constante au cours du temps, malgré la fluctuation des contraintes mécaniques agissant sur le détecteur. La pression appliquée sur le connecteur de bout de piste 140 recevant un connecteur 180 du capteur 20 est supérieure à 10kPa et est avantageusement comprise entre 10 kPa et 2 MPa. Elle est par exemple comprise entre 100kPa et 300kPa. La faible surface de la région d'extrémité 160 est telle que la force pressante qui s'exerce sur le connecteur de bout de piste 140 de forme convergente est plus importante que la force pressante qui s'exercerait sur un connecteur de bout de piste de forme non convergente qui se trouverait dans un montage analogue. Par conséquent, la capacité parasite du contact électrique entre le connecteur de bout de piste 140 de forme convergente et le connecteur 180 du capteur 20 est significativement réduite. Par ailleurs, le contact électrique dans un détecteur de gaz 10 selon l'invention entre le connecteur de bout de piste 140 et le connecteur 180 du capteur 20 est suffisamment faible pour que les effets liés à la capacité parasite soient négligeables devant les effets liés à la résistance de ce contact électrique. Le contact est alors qualifié de « résistif ». Les effets liés à la résistance du contact électrique sont en général connus et reproductibles. Le contact de type résistif améliore ainsi le fonctionnement du capteur en évitant que les signaux transmis vers et depuis le capteur 20 varient en fonction des conditions externes.

Le détecteur est donc fiable et offre une mesure reproductible.

En fonctionnement, le flux de gaz à analyser est introduit dans le canal 50 et circule en regard de la surface active 170 du capteur 20 où les molécules d'intérêt sont détectées. Pour l'assemblage du détecteur, la première carte électronique 30 et la deuxième carte électronique 40 sont fournies en plaçant leurs tranches 90 et 100, respectivement, en regard et à l'écart l'une de l'autre pour définir le canal 50. Le capteur 20 est alors monté sur les cartes électroniques 30, 40 en disposant chaque connecteur 180 au contact d'un connecteur de bout de piste 140 et la surface active 170 en regard du canal 50.

En particulier, chaque connecteur 180 est placé sur la région d'extrémité 160 de forme convergente d'un connecteur de bout de piste 140. Puis l'agencement de maintien 60 est mis en place. Le pied 230 est monté sur l'une des cartes électroniques 30, 40 ou sur un autre support solide tel qu'un châssis du détecteur.

L'organe de sollicitation élastique 210 est placé sur le capteur 20, et la plaque de serrage 240 est ensuite vissée sur le pied 230 pour comprimer l'organe de sollicitation élastique 210. Une force pressante dirigée vers les connecteurs de bout de piste 140 s'applique alors sur le capteur 20, et en particulier sur chaque connecteur 180, assurant ainsi un contact résistif La présence de la région de base 150 à la base du connecteur de bout de piste 140 réduit la force pressante s'exerçant sur la base du connecteur de bout de piste 140. Ceci évite le sectionnement accidentel de la piste électrique 130 au niveau du contact entre le connecteur de bout de piste 140 et le connecteur 180 du capteur 20.

Sur la figure 3 sont représentées des exemples de réalisations d'un connecteur de bout de piste 140 dans un détecteur de gaz 10 selon l'invention. Le connecteur de bout de piste peut, par exemple avoir une forme convergente en pointe 270, convergente concave 280 ou convergente convexe 290. L'extrémité du connecteur de bout de piste 300 de forme convergente présente une largeur non nulle.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1.- Détecteur de gaz (10) comprenant - au moins un canal (50) de circulation d'un flux de gaz à analyser, - au moins un capteur à ondes acoustiques de surface (20), le capteur (20) comportant une surface active (170) propre à interagir avec au moins une espèce chimique, et des connecteurs (180) pour acheminer des signaux électriques, - au moins une carte électronique (30, 40) comportant des pistes électriques (130), au moins une piste électrique (130) comprenant un connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) à l'une au moins de ses extrémités, le capteur (20) étant monté sur la carte électronique (30, 40) de sorte que la surface active (170) délimite en partie le canal (50), au moins un connecteur (180) du capteur (20) étant disposé sur un connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) pour relier électriquement le capteur (20) à la carte électronique (30, 40), caractérisé en ce que le connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) recevant le connecteur (180) du capteur (20) présente une forme convergente.
2. 2.- Détecteur de gaz (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un agencement de maintien (60) propre à maintenir le ou chaque connecteur (180) du capteur (20) en contact avec une piste électrique (130) en regard.
3. 3.- Détecteur de gaz (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agencement de maintien (60) exerce une force de pression sur le capteur (20) dirigée vers le connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300).
4. 4.- Détecteur de gaz (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'agencement de maintien (60) comporte un organe de serrage (220) et un organe de sollicitation élastique (210) disposé entre l'organe de serrage (220) et le capteur (20), l'organe de serrage (220) étant propre à maintenir l'organe de sollicitation élastique (210) contre une face (260) du capteur (20) opposée au connecteur (180).
5. 5.- Détecteur de gaz (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la carte électronique (30, 40) comporte une pluralité de connecteurs de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) de forme convergente recevant chacun un connecteur (180) de capteur (20).
6. 6.- Détecteur de gaz (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou chaque connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) comporte une région de base (150) de largeur sensiblement constante et une région d'extrémité (160) de largeur décroissante à partir de la région de base (150).
7. 7.- Détecteur de gaz (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la carte électronique (30, 40) présente une tranche (90, 100) délimitant le canal (50), le capteur (20) étant monté au dessus du canal (50) dans une région périphérique (110, 120) de la carte électronique (30, 40) délimitée par la tranche (90, 100), le connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) s'étendant dans la région périphérique (110, 120).
8. 8.- Détecteur de gaz (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le connecteur de bout de piste (140 ; 270) présente une forme en pointe.
9. 9.- Procédé d'assemblage d'un détecteur de gaz (10) comprenant les étapes suivantes : - fourniture d'une carte électronique (30, 40) comportant des pistes électriques (130), au moins une piste électrique (130) comprenant un connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) à l'une au moins de ses extrémités ; - montage d'un capteur à ondes acoustiques de surface (20) sur la carte électronique (30, 40), le capteur (20) comportant une surface active (170) propre à interagir avec au moins une espèce chimique, et des connecteurs (180) pour acheminer des signaux électriques ; - délimitation d'une partie d'un canal (50) de circulation d'un flux de gaz à analyser par la surface active (170) ; - disposition d'au moins un connecteur (180) du capteur (20) sur un connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) pour relier électriquement le capteur (20) à la carte électronique (30, 40) ; caractérisé en ce que le connecteur (180) du capteur (20) est disposé sur un connecteur de bout de piste (140 ; 270, 280, 290, 300) présentant une forme convergente.
10. 10.- Procédé d'assemblage d'un détecteur de gaz (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte le montage d'un agencement de maintien (60) propre à maintenir le ou chaque connecteur (180) du capteur (20) en contact avec une piste électrique (130) en regard.