FR3023916A1

FR3023916A1 - Dispositif capteur de gaz pour mesurer une concentration de gaz cible

Info

Publication number: FR3023916A1
Application number: FR1556694A
Authority: FR
Inventors: Ralf Monkemoller
Original assignee: Paragon AG
Current assignee: Paragon AG
Priority date: 2014-07-19
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2016-01-22
Also published as: US20160018321A1; DE102014010713A1; CN105277501B; CN105277501A; US9322774B2

Abstract

Le dispositif capteur de gaz (1) destiné à mesurer une concentration de gaz cible comprend : une source de rayonnement (3) permettant d'émettre de l'énergie de rayonnement à travers un espace (2) contenant le gaz cible; un récepteur de rayonnement (4) permettant de détecter l'énergie de rayonnement émise par la source de rayonnement (3); un filtre (5) qui est associé au récepteur de rayonnement (4) et laisse passer le rayonnement d'une gamme de longueurs d'onde correspondant au gaz cible; et un système de commande et d'évaluation (6) qui est connecté au récepteur de rayonnement (4) et qui permet de calculer la concentration de gaz cible sur la base d'un signal de détection appliqué au système de commande et d'évaluation (6) par le récepteur de rayonnement. Afin de réaliser un dispositif capteur de gaz (1) de ce type, pour qu'il fonctionne de manière sûre à long terme, et de pouvoir l'alimenter avec une dépense en énergie électrique relativement faible, il est proposé que le dispositif capteur de gaz (1) soit réalisé en tant que dispositif capteur de gaz de spectroscopie infrarouge non dispersive (NDIR) (1) comprenant une source de rayonnement infrarouge (3), en tant que source de rayonnement, et un récepteur de rayonnement infrarouge (4) en tant que récepteur de rayonnement, et que la source de rayonnement infrarouge (3) du dispositif capteur de gaz NDIR (1) puisse fonctionner avec des puissances différentes.

Description

Dispositif capteur de gaz pour mesurer une concentration de gaz cible La présente invention concerne un dispositif capteur de gaz destiné à la mesure d'une concentration de gaz cible, comprenant : une source de rayonnement permettant d'émettre de l'énergie de rayonnement à travers un espace contenant le gaz cible; un récepteur de rayonnement permettant de détecter l'énergie de rayonnement émise par la source de rayonnement; un filtre qui est associé au récepteur de rayonnement et laisse passer le rayonnement d'une gamme de longueurs d'onde correspondant au gaz cible; et un système de commande et d'évaluation qui est connecté au récepteur de rayonnement et qui permet de calculer la concentration de gaz cible sur la base d'un signal de détection appliqué au système de commande et d'évaluation par le récepteur de rayonnement. Des dispositifs capteurs de gaz de ce type sont de plus en plus utilisés pour surveiller la qualité de l'air, notamment pour surveiller la qualité de l'air extérieur et/ou la qualité de l'air dans des espaces fermés, en particulier aussi des habitacles de véhicules automobiles.

Lors de la surveillance de la qualité de l'air dans des espaces fermés, on souhaite garantir qu'en cas de dégradation de cette qualité de l'air, il soit possible de réagir en prenant les mesures appropriées. Dans le domaine automobile, on utilise depuis quelque temps des dispositifs capteurs de gaz adaptés à cet effet, qui englobent des capteurs à oxyde métallique (MOS) permettant de surveiller l'air pour détecter la présence de COVs (composés organiques volatils). Lorsque les concentrations de ces COVs dans l'air de l'habitacle du véhicule sont trop élevées, l'utilisation de ce type de dispositifs capteurs de gaz permet d'activer automatiquement la ventilation du véhicule pour assurer ainsi le renouvellement de l'air. Dans les véhicules automobiles, on utilise de plus en plus fréquemment des installations de conditionnement d'air dans lesquelles le fluide frigorigène est le dioxyde de carbone (CO2). Etant donné que le dioxyde de carbone, lorsque sa concentration dans l'air de l'habitacle augmente, peut provoquer des phénomènes de fatigue et de somnolence chez le conducteur, on utilise des dispositifs capteurs de gaz également pour surveiller des fuites dans l'installation de conditionnement d'air. Dans ces cas, le dispositif capteur de gaz, qui est réalisé comme dispositif capteur de CO2, doit déclencher une alarme en cas de concentration inadmissible de CO2 dans l'air de l'habitacle, ou doit agir sur un dispositif de commande d'une ventilation de véhicule, dans le but d'éliminer le risque d'une teneur en CO2 trop élevée dans l'air de l'habitacle. Cela pourrait être réalisé par exemple en augmentant le débit d'air dans l'habitacle, ce qui a pour effet de réduire la concentration de CO2 à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Par le document DE 10 2004 024 284 Al, on connaît un procédé de surveillance de la qualité de l'air dans un habitacle de véhicule, selon lequel un dispositif capteur de gaz, adapté pour détecter du CO2, doit écarter tout risque pour des êtres vivants qui se trouvent dans l'habitacle d'un véhicule en stationnement. A cet effet, on surveille non seulement la teneur en CO2 de l'air de l'habitacle, mais aussi la température de l'habitacle. Si, en cas de température relativement élevée de l'habitacle, un gradient d'accroissement de CO2 prédéfinissable est détecté, on part du principe qu'un être vivant, par exemple un enfant ou un animal domestique, se trouve dans l'habitacle d'un véhicule. Ici, le gradient d'accroissement de CO2 est caractéristique d'une respiration à l'intérieur du véhicule.

Partant de l'état de la technique décrit au début, l'invention a pour objet de proposer un dispositif capteur de gaz, destiné à mesurer une concentration de gaz cible, qui peut être réalisé avec une dépense relativement faible sur le plan de la technique et de la conception et qui permet d'effectuer des mesures extrêmement fiables et précises, notamment dans des conditions où des mesures sont nécessaires pour écarter les risques. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que le dispositif capteur de gaz est réalisé en tant que dispositif capteur de gaz de spectroscopie infrarouge non dispersive (NDIR) comprenant une source de rayonnement infrarouge, en tant que source de rayonnement, et un récepteur de rayonnement infrarouge en tant que récepteur de rayonnement, et par le fait que la source de rayonnement infrarouge du dispositif capteur de gaz NDIR peut fonctionner avec des puissances différentes. Etant donné que le dispositif capteur de gaz conforme à l'invention est réalisé comme dispositif capteur de gaz NDIR, on peut garantir une mise en oeuvre plus fiable et plus précise, car la sensibilité transversale de dispositifs capteurs de gaz NDIR à des gaz insignifiants pour la mesure et notamment à l'humidité de l'air est très faible comparée à d'autres dispositifs capteurs de gaz prévus pour les utilisations dont il est question ici, en particulier des dispositifs dotés de capteurs à oxyde métallique. Le dispositif capteur de gaz NDIR comprend la source de rayonnement infrarouge et le récepteur de rayonnement infrarouge. Devant le récepteur de rayonnement infrarouge, est placé le filtre qui laisse passer jusqu'au récepteur de rayonnement infrarouge uniquement la longueur d'onde qui est intéressante pour la mesure concernée. Cette longueur d'onde est fonction du gaz cible à surveiller. Pour un dispositif capteur de gaz NDIR destiné à détecter la teneur en CO2, cette longueur d'onde est par exemple de 4,26 1.1m, car ici se situe l'une des bandes d'absorption de CO2. Dans le cas où le dispositif capteur de gaz NDIR est utilisé pour surveiller des HC (hydrocarbures), on choisit une longueur d'onde de par exemple 3,3 1.1m.

Le récepteur de rayonnement infrarouge du dispositif capteur de gaz NDIR mesure l'énergie transmise par la source de rayonnement infrarouge au récepteur de rayonnement infrarouge. Si le gaz cible dont la concentration doit être mesurée apparaît dans le trajet des rayons entre la source de rayonnement infrarouge et le récepteur de rayonnement infrarouge, une partie de l'énergie de rayonnement sur la longueur d'onde spécifique est absorbée par le gaz cible se trouvant sur le trajet des rayons. Conformément à la loi de Beer-Lambert, cette absorption dépend entre autres de la longueur moyenne du trajet optique du parcours de mesure entre la source de rayonnement infrarouge et le récepteur de rayonnement infrarouge et de la concentration du gaz cible. L'énoncé de la loi de Beer-Lambert est le suivant : I = Io - 10' - - d Ici, Io est l'énergie transmise sans gaz cible c est la concentration du gaz cible d est la longueur de trajet optique moyenne du parcours de mesure entre la source de rayonnement infrarouge et le récepteur de rayonnement infrarouge et est une constante qui est fonction du gaz cible.

La concentration du gaz cible c est déterminée conformément à la formule ci-dessus. Idéalement, Io, d et E sont constantes. Dans ce cas, il serait suffisant de mesurer l'énergie I transmise, à l'aide du récepteur de rayonnement infrarouge, et de calculer la concentration de gaz cible c à l'aide de la formule. Plus la concentration de gaz cible c est élevée, plus l'énergie transmise est réduite. Cela a de l'importance, car tous les facteurs d'influence provoquant une diminution de la transmission d'énergie conduisent à des valeurs émises trop élevées pour la concentration de gaz cible c. Pour obtenir un résultat de mesure exact, une condition préalable réside dans le fait que la puissance rayonnée de la source de rayonnement infrarouge est constante même sur un laps de temps très long, pour la longueur d'onde spécifique à la mesure prévue. D'autre part, la longueur moyenne du trajet optique du parcours de mesure entre la source de rayonnement infrarouge et le récepteur de rayonnement infrarouge ne doit pas subir de changement. Lorsqu'on utilise par exemple des surfaces réfléchissantes pour augmenter la qualité du signal de détection du dispositif capteur de gaz NDIR, de manière à ce qu'une partie plus importante de l'énergie de rayonnement émise par la source de rayonnement infrarouge puisse être focalisée sur le récepteur de rayonnement infrarouge, il est très important que les propriétés de réflexion des matériaux constituant les surfaces réfléchissantes soient stables et ne changent pas, même au cours d'une durée de vie éventuellement considérable du dispositif capteur de gaz NDIR. Sinon, une diminution de la réflexivité ou bien une diminution de la puissance rayonnée de la source de rayonnement infrarouge serait toujours interprétée comme une concentration trop élevée du gaz cible. Suivant l'utilisation du dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention, une fausse alerte risque alors d'être déclenchée, ce qu'il s'agit bien entendu d'éviter. Afin de réduire le vieillissement de la source de rayonnement infrarouge du dispositif capteur de gaz NDIR et également pour réduire la consommation d'énergie électrique du dispositif capteur de gaz NDIR, il est par exemple connu de l'état de la technique de faire fonctionner la source de rayonnement infrarouge en mode pulsé. Ainsi, pour certaines applications et fonctions, il est suffisant qu'une valeur de mesure mise à jour soit disponible toutes les 5 secondes. Dans ce cas, la source de rayonnement infrarouge n'est activée que toutes les 5 secondes, jusqu'à ce qu'elle ait atteint sa pleine puissance de rayonnement. A cet effet, 500 à 1000 millisecondes sont souvent suffisantes. Après un intervalle de temps défini, on mesure ensuite la puissance de réception sur le récepteur de rayonnement infrarouge, et le dispositif de commande et d'évaluation placé en aval calcule la concentration de gaz cible à partir du signal de détection obtenu. Dans le cas où le dispositif capteur de gaz NDIR est alimenté par une pile en tant que source d'énergie électrique, le mode de fonctionnement pulsé, connu de l'état de la technique, entraîne également une absorption d'énergie qui est trop élevée pour de nombreuses utilisations. Pour résoudre ce problème, il est prévu, dans le cas du dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention, que la source de rayonnement infrarouge du dispositif capteur de gaz NDIR puisse être alimentée avec des puissances différentes. Cela permet de réaliser des économies d'énergie supplémentaires considérables.

Ainsi, dans le cas où le dispositif capteur de gaz NDIR est utilisé pour la détection de fuites de CO2 d'une installation de conditionnement d'air d'un véhicule, il est par exemple utile et judicieux de prévoir une valeur seuil d'alarme qui est supérieure à une concentration de gaz cible ou de CO2 de 10 000 ppm (1,0 % en volume). La limite supérieure de la plage de mesure qui est utile à cet effet se situe alors souvent au-dessus de 100 000 ppm (10,0 % en volume). Lorsqu'on souhaite détecter si un être vivant se trouve à l'intérieur d'un habitacle, le dispositif capteur de gaz NDIR nécessite une plage de mesure totalement différente de celle requise pour la détection précitée d'une fuite de CO2 d'une installation de conditionnement d'air. Si le dispositif capteur de gaz NDIR est utilisé pour détecter la présence d'êtres vivants dans un habitacle, cela nécessite une résolution et une précision élevées du signal de détection caractérisant la concentration de CO2 dans une gamme de concentrations allant jusqu'à 1 000 ppm (0,1 % en volume). Cela sera illustré à l'aide de l'exemple suivant : Un nourrisson qui dort respire au rythme d'environ 20 respirations par minute. Le volume d'air par respiration est d'environ 100 ml. Par conséquent, pour un enrichissement de l'air respiratoire de 0,04 % en volume de CO2, le nourrisson rejette 0,08 1 de CO2 par minute. Pour une heure, cela correspond à environ 5 1 de CO2. Lorsque l'espace intérieur à surveiller présente un volume d'environ 5 m3, c'est-à-dire de 5 000 1, le nourrisson a provoqué une augmentation de la concentration de CO2 de 0,1 % en volume de CO2 au bout d'une heure. Si l'on part du principe qu'en plein soleil un véhicule automobile atteint en une demi-heure des températures critiques supérieures à 60 degrés C dans l'habitacle, le dispositif capteur de gaz NDIR doit être capable de détecter de manière fiable une augmentation de 0,05 % en volume (500 ppm) de la concentration de CO2. Sans le fonctionnement, prévu conformément à l'invention, de la source de rayonnement infrarouge du dispositif capteur de gaz NDIR avec des puissances différentes, un dispositif capteur de gaz NDIR connu de l'état de la technique aurait une résolution nettement trop faible dans une plage de mesure comprise entre 400 ppm et 5 000 ppm. Afin d'illustrer les avantages du dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention, il convient d'ajouter que l'un des principaux consommateurs d'énergie d'un tel dispositif capteur de gaz NDIR est la source de rayonnement infrarouge. Pour un dispositif capteur de gaz NDIR avec une consommation d'énergie particulièrement faible, il faut par conséquent changer le mode de fonctionnement de la source de rayonnement infrarouge, telle qu'elle est connue de l'état de la technique. A cet effet, on part du principe que l'énergie de rayonnement reçue dans le récepteur de rayonnement infrarouge du dispositif capteur de gaz NDIR est proportionnelle à l'énergie de rayonnement émise par la source de rayonnement infrarouge. A son tour, l'énergie de rayonnement émise par la source de rayonnement infrarouge dépend directement de l'énergie électrique utilisée pour le fonctionnement de la source de rayonnement infrarouge. Par conséquent, une énergie de rayonnement émise relativement grande signifie qu'il y a également une énergie de rayonnement reçue relativement grande et donc un signal de détection relativement grand ou net du récepteur de rayonnement infrarouge. Un tel signal de détection relativement grand améliore le rapport signal/bruit, de sorte que le résultat de mesure est plus précis et présente une meilleure résolution. L'énergie de rayonnement W transmise de la source de rayonnement infrarouge au récepteur de rayonnement infrarouge est proportionnelle au produit de la puissance rayonnée Io et de la durée de rayonnement T. Afin d'améliorer la qualité du signal, il serait possible d'augmenter la puissance rayonnée et/ou la durée de rayonnement. Pour réduire l'absorption d'énergie du dispositif capteur de gaz NDIR, il serait possible de réduire la puissance rayonnée et/ou la durée de rayonnement. A cet effet, la réduction pourrait être prévue de manière telle que le signal de détection émis par le récepteur de rayonnement infrarouge réponde encore tout juste aux exigences concernant la résolution, la précision et le rapport signal/bruit. A cet effet, le dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention est doté d'un système de commande et d'évaluation qui permet de faire fonctionner la source de rayonnement infrarouge avec des puissances rayonnées différentes. Pour cela, une source de tension prévue pour l'alimentation en énergie de la source de rayonnement infrarouge peut être réglable, sachant que le réglage est effectué par le système de commande et d'évaluation. La tension de service respective de la source de tension permet de régler différents niveaux de la puissance rayonnée de la source de rayonnement infrarouge.

De façon avantageuse, le dispositif capteur de gaz NDIR peut être utilisé dans au moins deux modes de fonctionnement, et dans ce cas la source de rayonnement infrarouge fonctionne avec une puissance très faible dans un premier mode de fonctionnement et avec une puissance élevée dans un deuxième mode de fonctionnement. Dans le premier mode de fonctionnement, le dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention a une consommation d'énergie relativement faible. Dans ce mode de fonctionnement, on accepte volontairement une qualité de signal réduite et donc l'absence d'une résolution, d'une précision et d'un rapport signal/bruit relativement élevés. Dans ce mode de fonctionnement, la priorité est donnée à la consommation d'énergie relativement faible. Dans le deuxième mode de fonctionnement, le dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention travaille avec une consommation d'énergie relativement élevée. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, la priorité est donnée à une qualité relativement élevée du signal de détection, c'est-à-dire à une résolution élevée, à une précision élevée et à un rapport signal/bruit élevé de celui-ci. Comme évoqué plus haut, il est connu de l'état de la technique de faire fonctionner par intervalles la source de rayonnement infrarouge d'un dispositif capteur de gaz NDIR, afin de réduire la consommation d'énergie de ce dernier. Si une cadence de mesure réduite est suffisante, la source de rayonnement infrarouge n'est alors activée que brièvement pour effectuer chaque mesure individuelle. Entre les mesures, la source de rayonnement infrarouge est coupée et ne consomme donc pas d'énergie électrique. Le fonctionnement intermittent connu présente en outre l'avantage qu'aux instants où la source de rayonnement infrarouge est coupée, le signal du récepteur de rayonnement infrarouge du dispositif capteur de gaz NDIR peut être recueilli en tant que point de référence pour l'évaluation de signal qui suit. Comme mentionné plus haut, il existe des applications où il faut obtenir une consommation d'énergie minimale avec une cadence de mesure minimale prédéterminée, par exemple lors de la détection de fuites de CO2 d'une installation de conditionnement d'air fonctionnant avec du CO2 en tant que frigorigène, dans un véhicule en stationnement. Le seuil d'alarme se situe ici par exemple à une concentration de CO2 de 30 000 ppm dans l'air de l'habitacle du véhicule. Avec une imprécision admissible de quelques pour cent, la valeur seuil d'alarme doit déclencher l'alarme. La teneur de base en CO2 dans l'air est d'environ 380 ppm. Dans une voiture de tourisme occupée par plusieurs passagers ou personnes, la concentration de CO2 peut atteindre des valeurs allant jusqu'à 1 900 ppm. Dans tous les cas, l'écart avec la valeur seuil d'alarme de 30 000 ppm évoquée plus haut reste significatif. Dans l'exemple décrit ci-dessus, le facteur est supérieur à 15. A titre d'exemple, dans un véhicule en stationnement, le courant absorbé moyen de 50 1.1A à 12 V DC (W = 0,6 mWh) ne doit pas être dépassé à l'état de repos. Or, en même temps, il faut atteindre une cadence de mesure minimale d'une mesure par minute. Pour chaque mesure, on dispose par conséquent de seulement 0,6 mWh/60 = 0,01 mWh d'énergie électrique. Une source de rayonnement infrarouge d'une puissance nominale de 400 mW pourrait fonctionner pendant 90 ms avec cette énergie électrique disponible. Or, une source de rayonnement infrarouge typique pour l'utilisation de dispositifs NDIR atteint sa température de service, et donc sa puissance rayonnée totale, seulement après quelques centaines de millisecondes. De ce fait, la réduction de la durée de rayonnement de par exemple 300 ms, dans le deuxième mode de fonctionnement décrit plus haut, à 90 ms dans le premier mode de fonctionnement décrit plus haut implique une diminution sensible de la puissance rayonnée et par conséquent une réduction sensible de la qualité du signal. Cela ne permet pas d'atteindre les tolérances de mesure requises par rapport à la valeur seuil d'alarme. Pour le dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention, ces tolérances de mesure ne sont atteintes que par le fait que la source de rayonnement infrarouge du dispositif NDIR peut fonctionner avec des puissances différentes. Conformément à un perfectionnement avantageux du dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention, il est prévu que le dispositif NDIR puisse être commuté du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement par son système de commande et d'évaluation, en fonction de signaux de détection recueillis dans celui-ci lorsque le dispositif capteur de gaz NDIR est dans le premier mode de fonctionnement. La commutation du premier au deuxième mode de fonctionnement peut être prévue notamment lorsque le système de commande et d'évaluation détecte qu'une valeur seuil prédéfinissable de la concentration de gaz cible est atteinte ou dépassée.

Conformément à un autre perfectionnement utile du dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention, celui-ci peut être commuté du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement par son système de commande et d'évaluation, s'il est détecté dans le système de commande et d'évaluation qu'une valeur seuil prédéfinissable du gradient ou de l'augmentation de la concentration de gaz cible est atteinte ou dépassée. Pour limiter les risques, il peut être utile et avantageux de déclencher, à l'aide du système de commande et d'évaluation du dispositif capteur de gaz NDIR, une installation d'alarme et/ou un dispositif de ventilation ou un système analogue, si, dans le deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR, le système de commande et d'évaluation de celui-ci détecte qu'une valeur d'alarme prédéfinissable est atteinte ou dépassée.

Afin de garantir que le dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention, chaque fois que cela est judicieux et possible, se trouve dans son premier mode de fonctionnement qui va de pair avec une faible consommation d'énergie, il est avantageux que le dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention puisse être ramené par son système de commande et d'évaluation de son deuxième mode de fonctionnement à son premier mode de fonctionnement, si on détecte dans le deuxième mode de fonctionnement du dispositif NDIR, au moyen du système de commande et d'évaluation, que la valeur seuil fixée pour la commutation du premier au deuxième mode de fonctionnement du dispositif NDIR, ou une autre valeur seuil fixée pour une commutation du deuxième au premier mode de fonctionnement, est atteinte ou dépassée vers la bas. Pour éviter dans certaines applications qu'il n'y ait en permanence des commutations du premier au deuxième mode de fonctionnement et inversement, il est avantageux que le système de commande et d'évaluation du dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention permette d'adapter la valeur seuil prédéfinissable pour le premier mode de fonctionnement, en vue de la commutation au deuxième mode de fonctionnement, ou la valeur seuil prédéfinissable pour le deuxième mode de fonctionnement, en vue de la commutation au premier mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR, si, dans le deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR, il est détecté au moyen du système de commande et d'évaluation, que la valeur seuil d'alarme prédéfinissable n'est pas atteinte pendant un laps de temps prédéfinissable à partir de la commutation du premier au deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR. Comme expliqué plus haut, le dispositif capteur de gaz NDIR conforme à l'invention décrit ci-dessus peut être utilisé de manière avantageuse pour mesurer la concentration de CO2 ou la concentration de HC dans l'habitacle d'un véhicule. Selon un procédé conforme à l'invention pour l'utilisation d'un dispositif capteur de gaz NDIR, de préférence d'un dispositif capteur de gaz NDIR dans un des modes de réalisation décrits ci-dessus, il est prévu au moins deux modes de fonctionnement du dispositif NDIR, et dans chaque état de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR, une source de rayonnement infrarouge du dispositif NDIR est alimentée avec une puissance différente, sachant que dans un premier mode de fonctionnement la source de rayonnement infrarouge est alimentée avec une puissance faible, et dans un deuxième mode de fonctionnement elle est alimentée avec une puissance élevée. De manière appropriée, lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention décrit ci-dessus, il est prévu d'effectuer une commutation du dispositif capteur de gaz NDIR d'un mode de fonctionnement à un autre, chaque fois que des valeurs seuils prédéfinissables sont atteintes ou dépassées vers le bas ou vers le haut. La présente invention sera décrite en détail ci-après à l'aide d'un mode de réalisation, en référence au dessin dont la figure unique illustre un exemple de réalisation de principe d'un dispositif capteur de gaz conforme à l'invention, destiné à mesurer une concentration de gaz cible. Un mode de réalisation d'un dispositif capteur de gaz 1 représenté dans l'unique figure sert à mesurer une concentration de gaz cible, par exemple dans un espace 2. L'espace 2 peut par exemple être l'habitacle 2 d'un véhicule automobile. Le dispositif capteur de gaz 1 est réalisé comme dispositif capteur de gaz de spectroscopie infrarouge non dispersive (NDIR) 1 et comprend une source de rayonnement infrarouge 3 qui permet d'émettre de l'énergie de rayonnement infrarouge à travers l'espace ou l'habitacle 2 contenant un gaz cible, par exemple du dioxyde de carbone (CO2). Un récepteur de rayonnement infrarouge 4 est disposé à une certaine distance de la source de rayonnement infrarouge 3 du dispositif capteur de gaz NDIR 1. Ce récepteur de rayonnement infrarouge 4 permet de détecter l'énergie de rayonnement infrarouge émise par la source de rayonnement infrarouge 3 à travers l'espace ou l'habitacle 2.

Dans le parcours de rayonnement, entre la source de rayonnement infrarouge 3 d'une part et le récepteur de rayonnement infrarouge 4 d'autre part, il est prévu un filtre 5 qui est associé au récepteur de rayonnement infrarouge 4 et est conçu pour laisser passer le rayonnement d'une gamme de longueurs d'onde qui correspond au gaz cible. A cet effet, dans le cas où le CO2 est prévu comme gaz cible, on choisit une gamme de longueurs d'onde d'environ 4,26 ùm, car ici se situe l'une des bandes d'absorption du CO2. Si le gaz cible est constitué d'hydrocarbures (HC), on choisit une plage de longueurs d'onde de par exemple 3,3 ùm. Aussi bien la source de rayonnement infrarouge 3 que le récepteur de rayonnement infrarouge 4 du dispositif capteur de gaz NDIR 1 sont connectés à un système de commande et d'évaluation 6. Dans ce système de commande et d'évaluation 6, la concentration de gaz cible peut être calculée sur la base d'un signal de détection qui est appliqué par le récepteur de rayonnement infrarouge 4 au système de commande et d'évaluation 6. D'autre part, le système de commande et d'évaluation 6 du dispositif capteur de gaz NDIR 1 permet de faire fonctionner la source de rayonnement infrarouge 3 de ce dernier avec des puissances différentes. Dans l'exemple de réalisation montré, le système de commande et d'évaluation 6 du dispositif capteur de gaz NDIR 1 est en outre connecté à une installation d'alarme 7 et à un dispositif de ventilation 8. Dans le cas où la valeur calculée dans le système de commande et d'évaluation 6 pour la concentration de gaz cible dépasse une valeur limite prédéfinissable, le système de commande et d'évaluation 6 déclenche l'installation d'alarme 7, de sorte que les risques pour des personnes se trouvant dans l'espace ou dans l'habitacle 2 peuvent être réduits ou écartés. En plus ou à la place de cela, le système de commande et d'évaluation 6 peut également mettre en marche le dispositif de ventilation 8 lorsque la valeur limite est atteinte ou dépassée, et dans ce cas le fonctionnement du dispositif de ventilation 8 permet de ramener la concentration de gaz cible dans l'espace ou l'habitacle 2 dans une plage de valeurs admissibles. Dans l'exemple de réalisation représenté, le dispositif capteur de gaz NDIR 1 montré dans la figure peut travailler dans deux modes de fonctionnements différents. Dans un premier mode de fonctionnement, le dispositif capteur de gaz NDIR 1 travaille avec une consommation d'énergie relativement faible. Dans ce premier mode de fonctionnement, on accepte volontairement une qualité de signal réduite et on renonce par conséquent à une résolution, une précision et un rapport signal/bruit élevés. La priorité de ce premier mode de fonctionnement est la consommation d'énergie relativement faible. Dans le deuxième mode, le fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR 1 s'accompagne d'une consommation d'énergie relativement élevée. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, la priorité est donnée à une qualité de signal relativement élevée, avec une résolution, une précision et un rapport signal/bruit élevés. Dans le premier mode de fonctionnement, la source de rayonnement infrarouge 3 du dispositif capteur de gaz NDIR 1 est alimentée avec une puissance faible par le système de commande et d'évaluation 6. Dans le deuxième mode de fonctionnement, la source de rayonnement infrarouge 3 est alimentée de manière correspondante avec une puissance élevée par le système de commande et d'évaluation 6. L'aspect essentiel du fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR 1 est le passage du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement et vice versa. A cet effet, une première valeur seuil de la concentration de gaz cible prédéfinissable est enregistrée dans le système de commande et d'évaluation 6. Comparée à une valeur seuil d'alarme, également prédéfinissable, cette première valeur seuil de la concentration de gaz cible est fixée à un niveau si faible qu'en raison de l'écart entre cette première valeur seuil et la valeur seuil d'alarme il est dans tous les cas garanti que la commutation du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement soit effectuée bien avant que la valeur seuil d'alarme de la concentration de gaz cible ne soit atteinte. Si, dans le premier mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR 1, le système de commande et d'évaluation 6 détecte que la concentration de gaz cible a atteint ou dépassé la première valeur seuil prédéfinissable, le système de commande et d'évaluation 6 procède à une commutation du dispositif capteur de gaz NDIR 1 du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement. La source de rayonnement infrarouge 3 travaille alors dans le deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR 1, avec une puissance rayonnée nettement plus élevée. Ainsi, on garantit que la qualité du signal de détection transmis par le récepteur de rayonnement infrarouge 4 au système de commande et d'évaluation 6 est nettement améliorée dans le deuxième mode de fonctionnement, et cela déjà dans une plage de la concentration de gaz cible qui est très éloignée d'une plage présentant des risques. Lorsque, avec le deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR 1, la concentration de gaz cible dans l'espace ou l'habitacle 2 augmente jusqu'à atteindre ou dépasser la valeur seuil d'alarme prédéfinissable, le système de commande et d'évaluation 6 déclenche l'installation d'alarme 7, et en même temps il est possible d'activer le dispositif de ventilation 8 qui permet d'assurer par la ventilation de l'espace ou de l'habitacle 2 que la concentration de gaz cible n'augmente pas davantage.

Si une troisième valeur seuil, qui peut également être prédéfinie pour la concentration de gaz cible et peut être enregistrée dans le système de commande et d'évaluation 6, est dépassée vers le bas, pendant que le dispositif capteur de gaz NDIR 1 est dans le deuxième mode de fonctionnement, le système de commande et d'évaluation 6 commute le dispositif capteur de gaz NDIR 1 pour le ramener dans le premier mode de fonctionnement. Si, après une commutation du dispositif capteur de gaz NDIR 1 dans son deuxième mode de fonctionnement, la valeur seuil d'alarme prédéfinie et enregistrée dans le système de commande et d'évaluation 6 n'est pas atteinte, une nouvelle première valeur seuil est calculée, qui est supérieure à l'ancienne première valeur seuil; cette nouvelle première valeur seuil est enregistrée dans le système de commande et d'évaluation 6, et ensuite le système de commande et d'évaluation 6 commute le dispositif capteur de gaz NDIR 1 pour le ramener dans le premier mode de fonctionnement. Ainsi, cette adaptation ou augmentation de la première valeur seuil qui est prévue pour la commutation du dispositif capteur de gaz NDIR 1 de son premier à son deuxième mode de fonctionnement, empêche que le dispositif capteur de gaz NDIR 1 change sans cesse entre le premier et le deuxième mode de fonctionnement. Lors du fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR 1 décrit ci-dessus, on obtient que pendant la majeure partie de la durée de vie de celui-ci sa source de rayonnement infrarouge 3 peut fonctionner avec des besoins en puissance électrique très faibles. La puissance rayonnée de la source de rayonnement infrarouge 3 du dispositif capteur de gaz NDIR 1 n'est augmentée que dans les cas relativement rares où la première valeur seuil prédéfinissable de la concentration de gaz cible est dépassée. Ce n'est que dans ces cas que l'on a besoin du signal de détection de qualité plus élevée, sachant que cette qualité de signal plus élevée est assurée par la puissance rayonnée nettement plus élevée de la source de rayonnement infrarouge 3 du dispositif capteur de gaz NDIR 1.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif capteur de gaz destiné à la mesure d'une concentration de gaz cible, comprenant : une source de rayonnement (3) permettant d'émettre de l'énergie de rayonnement à travers un espace (2) contenant le gaz cible; un récepteur de rayonnement (4) permettant de détecter l'énergie de rayonnement émise par la source de rayonnement (3); un filtre (5) qui est associé au récepteur de rayonnement (4) et laisse passer le rayonnement d'une gamme de longueurs d'onde correspondant au gaz cible; et un système de commande et d'évaluation (6) qui est connecté au récepteur de rayonnement (4) et qui permet de calculer la concentration de gaz cible sur la base d'un signal de détection appliqué au système de commande et d'évaluation (6) par le récepteur de rayonnement (4), caractérisé en ce que le dispositif capteur de gaz (1) est réalisé en tant que dispositif capteur de gaz de spectroscopie infrarouge non dispersive (NDIR) (1) comprenant une source de rayonnement infrarouge (3) en tant que source de rayonnement et un récepteur de rayonnement infrarouge (4) en tant que récepteur de rayonnement, et en ce que la source de rayonnement infrarouge (3) du dispositif capteur de gaz NDIR (1) peut fonctionner avec des puissances différentes.
2. Dispositif capteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il peut fonctionner dans un premier mode de fonctionnement, dans lequel la source de rayonnement infrarouge (3) est alimentée avec une faible puissance, et dans un deuxième mode de fonctionnement, dans lequel la source de rayonnement infrarouge (3) est alimentée avec une puissance élevée.
3. Dispositif capteur de gaz selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il peut être commuté du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement par son système de commande et d'évaluation (6), en fonction de signaux de détection recueillis dans celui-ci lorsque le dispositif capteur de gaz NDIR (1) est dans le premier mode de fonctionnement.
4. Dispositif capteur de gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il peut être commuté du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement par son système de commande et d'évaluation (6), s'il est détecté dans le système de commande et d'évaluation (6) qu'une valeur seuil prédéfinissable de la concentration de gaz cible est atteinte ou dépassée.
5. Dispositif capteur de gaz selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il peut être commuté du premier mode de fonctionnement au deuxième mode de fonctionnement par son système de commande et d'évaluation (6), s'il est détecté dans le système de commande et d'évaluation (6) qu'une valeur seuil prédéfinissable du gradient ou de l'augmentation de la concentration de gaz cible est atteinte ou dépassée.
6. Dispositif capteur de gaz selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que son système de commande et d'évaluation (6) permet de mettre en marche une installation d'alarme (7) et/ou un dispositif de ventilation (8) ou analogue, si, dans le deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR (1), il est détecté dans le système de commande et d'évaluation (6) de celui-ci, qu'une valeur seuil d'alarme prédéfinissable est atteinte ou dépassée.
7. Dispositif capteur de gaz selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que son système de commande et d'évaluation (6) permet de ramener le dispositif capteur de gaz NDIR (1) de son deuxième mode de fonctionnement dans son premier mode de fonctionnement, si on détecte dans le deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR (1), au moyen du système de commande et d'évaluation (6), que la valeur seuil fixée pour la commutation du premier au deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR (1), ou une autre valeur seuil fixée pour une commutation du deuxième au premier mode de fonctionnement, est atteinte ou dépassée vers la bas.
8. Dispositif capteur de gaz selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que son système de commande et d'évaluation (6) permet d'adapter la valeur seuil prédéfinissable pour le premier modede fonctionnement, en vue de la commutation au deuxième mode de fonctionnement, ou la valeur seuil prédéfinissable pour le deuxième mode de fonctionnement, en vue de la commutation au premier mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR (1), si, dans le deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR (1), il est détecté au moyen du système de commande et d'évaluation (6) que la valeur seuil d'alarme prédéfinissable n'est pas atteinte pendant un laps de temps prédéfinissable à partir de la commutation du premier au deuxième mode de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR (1).
9. Utilisation d'un dispositif capteur de gaz selon l'une des revendications 1 à 8 en vue de mesurer la concentration de CO2 ou de la concentration de HC dans l'habitacle (2) d'un véhicule automobile.
10. Procédé pour faire fonctionner un dispositif capteur de gaz NDIR, de préférence un dispositif capteur de gaz NDIR selon l'une des revendications 1 à 8, selon lequel il est prévu au moins deux modes de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR (1), et selon lequel, dans chaque état de fonctionnement du dispositif capteur de gaz NDIR (1), une source de rayonnement infrarouge (3) du dispositif capteur de gaz NDIR (1) est alimentée avec une puissance différente, sachant que dans un premier mode de fonctionnement la source de rayonnement infrarouge (3) est alimentée avec une puissance faible, et dans un deuxième mode de fonctionnement elle est alimentée avec une puissance élevée.
11. Procédé selon la revendication 10, selon lequel une commutation du dispositif capteur de gaz NDIR (1) d'un mode de fonctionnement à un autre a lieu, si des valeurs seuils prédéfinissables sont atteintes ou dépassées vers le bas ou vers le haut.