FR3050031A1 - Capteur pour la mesure de la concentration atmospherique de particules - Google Patents
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Abstract
Un capteur pour la mesure en temps réel de la concentration atmosphérique de particules comportant : • une entrée d'air adaptée pour recevoir un flux d'air (40) dont la concentration atmosphérique de particules est à mesurer ; • au moins deux étages (20, 30) montés en cascade et configurés pour séparer les particules selon leur taille, ladite entrée d'air étant connectée à au moins un des deux étages; • au moins un desdits étages (20, 30) comprenant des moyens de mesure en temps réel de la concentration des particules; le capteur étant caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure en temps réel de la concentration des particules comportent au moins un transducteur à Ondes Acoustiques de Surface ou Surface Acoustic Wave (SAW) en anglais.
Description
Capteur pour la mesure de la concentration atmosphérique de particules
DOMAINE DE L’INVENTION L’invention concerne le domaine des capteurs de pollution atmosphérique et plus précisément le domaine des instruments pour la mesure en temps réel de la concentration de particules polluantes présentes dans l’atmosphère.
ETAT DE L’ART
La qualité de l’air est un paramètre essentiel pour assurer une bonne qualité de vie, notamment dans les villes et dans les agglomérations urbaines. Parmi les causes de pollution atmosphérique, les particules de quelques pm de diamètre sont particulièrement dangereuses pour la santé humaine. Ces particules sont produites en grande partie par des activités humaines liées à l’industrie et aux transports. Elles sont responsables de risques sanitaires tels que l’altération des fonctions pulmonaires et peuvent entraîner une diminution de l’espérance de vie.
Les particules fines (PM ou « Particulate Matter >> en anglais) sont souvent classées suivant leur taille. On utilise l’appellation PM10 pour les particules ayant un diamètre aérodynamique inférieur à 10 pm et PM2.5 pour les particules de diamètre inférieur à 2.5 pm. Le diamètre aérodynamique d’une particule est défini comme étant le diamètre d'une sphère, de densité unitaire (1 g/cm^), ayant la même vitesse limite de chute qu’une particule dans un fluide. Il décrit le comportement aéraulique des particules dans le flux d’air.
Les épisodes de pollution atmosphérique intense deviennent aujourd’hui de plus en plus fréquents et les institutions doivent mettre en place des solutions - souvent dans l’urgence - pour contrer ces phénomènes. Ces solutions requièrent un suivi en temps réel de la concentration atmosphérique de particules fines. La nécessité de déployer un réseau dense de capteurs est de plus en plus ressentie.
Aujourd’hui deux méthodes de mesure des particules sont principalement utilisées : • Les techniques optiques : ces techniques reposent sur la perturbation d’un faisceau lumineux par le passage des particules à travers le faisceau même ; • Les techniques gravimétriques : ces techniques consistent à accumuler les particules sur un filtre puis à le quantifier par pesée directe ou indirecte.
Les dispositifs exploitant des techniques optiques comportent des coûts de réalisation élevés et, même s’ils sont assez compacts et portables, ils ont généralement une faible sélectivité en taille des particules.
Les dispositifs gravimétriques les plus simples fonctionnent par impaction des particules sur un filtre qui est ensuite pesé. Même si ces dispositifs ont une bonne sélectivité en taille et des coûts relativement peu élevés, ils ne permettent pas un suivi en temps réel de la concentration de particules.
Les systèmes à jauge beta reposent sur une technique d’absorption d’électrons. Ces systèmes ont l’avantage d’être très fiables mais, en plus de leur coût élevé, ils demandent la présence d’une source radioactive, ce qui peut en diminuer la portabilité.
Les systèmes gravimétriques TEOM® (Tapered Elément Oscillating Microbalance) reposent sur l’utilisation d’une microbalance et sont utilisés pour le suivi réglementaire dans certains pays. Ces systèmes permettent le suivi en temps réel de la concentration de particules mais ils ne permettent pas une bonne sélectivité tout en gardant des coûts relativement élevés.
RESUME DE L’INVENTION
Pour remédier aux inconvénients des systèmes actuellement disponibles, la présente invention porte sur un dispositif capable notamment du suivi en temps réel de la concentration de particules dans l’atmosphère tout en assurant une bonne portabilité du système, des coûts limités et la possibilité de réaliser des réseaux de capteurs. L’invention porte sur un capteur pour la mesure en temps réel de la concentration atmosphérique de particules comportant : • une entrée d’air adaptée pour recevoir un flux d’air dont la concentration atmosphérique de particules est à mesurer ; • au moins deux étages montés en cascade et configurés pour séparer les particules selon leur taille, ladite entrée d’air étant connectée à au moins un des deux étages ; • au moins un desdits étages comprenant des moyens de mesure en temps réel de la concentration des particules; lesdits moyens de mesure en temps réel de la concentration des particules comportant au moins un transducteur à Ondes Acoustiques de Surface ou Surface Acoustic Wave (SAW) en anglais.
On entend par entrée d’air une entrée connue de l’homme du métier telle qu’une canule adaptée à l’aspiration de l’air dont l’on veut mesurer la concentration de particules.
On entend par étage un empilement de pièces adaptées pour que l’air puisse s’écouler à travers l’étage et adaptées à filtrer les particules suivant leur taille. Par exemple, une ou plusieurs pièces composant l’étage peuvent posséder un ou plusieurs trous de diamètre adapté à la taille des particules à retenir et au débit d’air employé.
On entend par moyens de mesure en temps réel une ou plusieurs composantes adaptées, par exemple, pour fournir un signal proportionnel à la masse de particules présentes dans le flux d’air traversant le dispositif.
Plus spécifiquement, le capteur selon l’invention utilise comme moyens de mesure des transducteurs à Onde Acoustique de Surface (ou transducteur SAW en anglais). Ces transducteurs sont utilisés en guise de microbalance pouvant mesurer la masse de particules se déposant sur leur surface.
Le capteur selon l’invention permet donc une mesure sélective des particules en différentiant PM10 et PM2.5.
Un avantage de l’invention est de proposer un capteur pour le suivi en temps réel de la concentration de particules atmosphériques, ledit capteur étant de taille réduite et donc ayant une grande portabilité. Le volume utile est par exemple de l’ordre de 750 cm^.
Un autre avantage de l’invention est l’utilisation de transducteurs de type SAW. Ces transducteurs ont une sensibilité plus grande par rapport à d’autres types de microbalances comme les microbalances à quartz classiques. En utilisant les transducteurs SAW, on peut estimer un gain d’un facteur 5 à 10 en sensibilité par rapport à une microbalance à quartz. De plus, le dispositif selon l’invention permet d’atteindre une résolution très élevée de l’ordre de quelques ng/cm^.
Avantageusement, le temps de réponse de ce système est très rapide et inférieur à 10 minutes.
De plus, le capteur nécessite une faible maintenance et il peut fonctionner jusqu’à six mois sans intervention.
Au-delà des caractéristiques évoquées précédemment, le capteur selon l’invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : • l’entrée d’air comprend un élément de protection, ledit élément de protection étant destiné à empêcher la pénétration de gouttelettes d’eau ou de particules macroscopiques à l’intérieur de la structure en cascade tout en permettant la circulation de l’air ; • l’élément de protection est un tronc de cône creux ayant une face ouverte ; • le capteur comprend des moyens de contrôle du flux d’air à travers les étages connectés en cascade ; • le flux d’air à l’intérieur des étages en cascade est réglé pour avoir un débit compris entre 0.45 et 5.5 l/min ; • le capteur comporte trois étages montés en cascade et configurés pour retenir respectivement les particules de diamètre supérieur à 10 pm, celles de diamètre compris entre 10 pm et 2,5 pm et celles de diamètre compris entre 2,5 pm et 0,5 pm ; • la première plaque de filtrage comporte au moins un trou de diamètre compris entre 3 mm et 8 mm, la deuxième plaque de filtrage au moins un trou de diamètre compris entre 1 mm et 3 mm et la troisième plaque de filtrage au moins un trou de diamètre compris entre 0,7 et 0,9 mm ; • le capteur comprend des plaques de support pour lesdits moyens de mesure de la concentration des particules ; • lesdites plaques de support comportent des ouvertures agencées de façon à permettre la circulation de l’air et la séparation des particules suivant leur taille ; • lesdites plaques de support comportent des connecteurs et des circuits imprimés destinés à l’alimentation du transducteur SAW et à la récupération des signaux correspondant à la mesure de la concentration des particules ; • les transducteurs SAW présentent une fonctionnalisation mécanique et chimique de leur surface pour faciliter l’adhésion des particules à la surface du transducteur ; • les transducteurs SAW présentent une fonctionnalisation mécanique et chimique de la surface avec une couche en Teflon™ pour faciliter l’adhésion des particules à la surface du transducteur ; • la fréquence de vibration des transducteurs SAW est comprise entre 100 et 270 MHz ; • la fréquence de vibration des transducteurs SAW est comprise de préférence entre 110 et 130 MHz ; • le capteur comporte une pluralité de transducteurs SAW. • lesdites plaques de support et lesdits transducteurs SAW sont placés au niveau du deuxième et du troisième étage montés en cascade.
LISTE DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : • La figure 1 montre une vue en coupe du capteur selon l’invention ; • La figure 2 montre une vue en coupe du capteur selon l’invention, le plan de coupe étant normal au plan de coupe de la figure 1 ; • La figure 3a montre l’arrivée d’air du capteur selon l’invention ; • La figure 3b montre un élément de protection de l’entrée d’air dans un capteur selon l’invention ; • La figure 4a montre une plaque d’accélération du flux d’air utilisée pour trier les particules suivant leur taille dans un capteur selon l’invention ; • La figure 4b montre une plaque d’impaction pour la récolte des particules de taille supérieure à 10 pm dans un capteur selon l’invention ; • La figure 4c montre une plaque d’accélération du flux d’air utilisée pour trier les particules suivant leur taille dans un capteur selon l’invention ; • La figure 4d montre une plaque d’accélération du flux d’air utilisée pour trier les particules suivant leur taille dans un capteur selon l’invention ; • La figure 5 montre une plaque de support d’un transducteur SAW dans un capteur selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 montre une vue en coupe du capteur 100.
Le capteur 100 selon l’invention comporte : - Une entrée d’air 40 pour permettre l’entrée de l’air dont l’on veut mesurer la concentration de particules à l’intérieur du capteur ; - Un élément de protection 50 de l’entrée d’air 40, ledit élément de protection 50 ayant une surface ouverte 501 ; - Un étage 10 comprenant une plaque 102 dite plaque d’accélération du flux d’air ou plaque de filtrage et une plaque d’impaction 101, ladite plaque d’impaction destinée à retenir les particules de diamètre supérieur à 10 pm ; - Un étage 20 comprenant une plaque 203 dite plaque d’accélération du flux d’air ou plaque de filtrage, un élément 202 destiné à lier la plaque 203 à une plaque 201, ladite plaque 201 étant une plaque de support d’un élément pour la mesure en temps réel de la concentration de particules, notamment un transducteur SAW ; - Un étage 30 comprenant une plaque 303 dite plaque d’accélération du flux d’air ou plaque de filtrage, un élément 302 destiné à lier la plaque 303 à une plaque 301, ladite plaque 301 étant une plaque de support d’un élément pour la mesure en temps réel de la concentration de particules, notamment un transducteur SAW ; - Des connecteurs 60 pour relier les transducteurs SAW pour la mesure en temps réel de la concentration de particules à l’extérieur du capteur ; - Un élément 70 pour la sortie de l’air dont la concentration de particules a été mesuré. L’entrée d’air 40 ramène l’air dont l’on veut mesurer la concentration de particules à l’intérieur du capteur. Elle est protégée par l’élément de protection 50 comportant la face ouverte 501, le rôle de l’ouverture 501 étant de laisser passer l’air à analyser.
Un avantage de la présence de l’élément 50 est d’empêcher l’arrivée de particules macroscopiques ou de gouttelettes d’eau à l’intérieur du capteur, éléments qui pourraient perturber l’opération de mesure.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément 50 a la forme d’un tronc de cône creux.
Un avantage de ce mode de réalisation est de faciliter l’écoulement de la pluie autour de la canule 40 d’entrée de l’air, tout en empêchant l’eau de pénétrer à l’intérieur du dispositif.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comporte une pluralité d’étages 10, 20, 30 montés en cascade et configurés pour retenir des particules de diamètres différents.
Un avantage de ce mode de réalisation est de pouvoir mesurer séparément les concentrations de particules de taille différente.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comporte trois étages (10, 20, 30) montés en cascade et configurés pour retenir respectivement les particules de diamètre supérieur à 10 pm, celles de diamètre compris entre 10 pm et 2,5 pm et celles de diamètre compris entre 2,5 pm et 0,5 pm.
Un avantage de ce mode de réalisation est de mesurer sélectivement les concentrations des particules PM10 et PM 2.5, particulièrement importantes pour le contrôle de la qualité de l’air.
Le dispositif 100 de figure 1 est équipé de trois étages 10, 20, 30. Chacun de ces étages a le double rôle de sélectionner les particules suivant leur taille et de mesurer la quantité de particules ayant une taille donnée. L’étage 10, connecté à l’arrivée d’air, comporte la plaque 102 d’accélération du flux d’air. Cette plaque permet d’arrêter les particules de diamètre supérieur à 10 pm. L’étage 10 comporte également la plaque d’impaction 101 destinée à accueillir les particules de diamètre supérieur à 10 pm.
Les étages 20 et 30 permettent le suivi en temps réel de la concentration de particules en accueillant les transducteurs SAW. L’étage 20 comporte la plaque 203 d’accélération du flux d’air et d’arrêt des particules de diamètre compris entre 10 pm et 2,5 pm. Ces particules sont mesurées à niveau de l’étage 20. L’étage 20 comporte également l’élément 202 liant l’élément 203 et la plaque 201 de support du transducteur SAW.
Un avantage de ce mode de réalisation est de permettre la mesure en temps réel de la concentration de particules ayant diamètre compris entre 10 pm et 2,5 pm. Ces particules PM10 sont particulièrement importantes pour la vérification de la qualité de l’air. L’étage 30 comporte une plaque d’accélération 303 du flux d’air et d’arrêt des particules de diamètre compris entre 2,5 pm et 0,5 pm. L’étage 30 comporte également un élément 302 de liaison entre l’élément 303 et la plaque 301 de support du transducteur SAW.
Un avantage de ce mode de réalisation est de permettre la mesure en temps réel de la concentration de particules ayant diamètre compris entre 2,5 pm et 0,5 pm, dites aussi PM2.5. Les particules PM2.5 sont particulièrement importantes pour la vérification de la qualité de l’air.
Donc en combinant les mesures effectuées à niveau des étages 20 et 30 on parvient à la mesure de la concentration des particules PM10.
Les câbles sont connectés grâce aux connecteurs 60. Selon un mode de réalisation les câbles et les connecteurs 60 sont de type SMA. Les câbles de connexion permettent d’alimenter les transducteurs SAW et de récupérer les signaux relatifs à la concentration mesurée de particules. L’élément 70 est la sortie de l’air dont la concentration de particules a été mesurée. Cet élément permet de raccorder le capteur 100 à la pompe qui assure la circulation du flux d’air à l’intérieur du dispositif.
Selon un mode de réalisation de l’invention le flux d’air à l’intérieur des étages en cascade est réglé pour avoir un débit compris entre 0,45 et 5.5 l/min.
Selon un mode préféré de réalisation de l’invention le flux d’air est réglé pour avoir un débit de 3 l/min.
Un avantage de ce mode de réalisation est de comporter une faible consommation énergétique, le débit étant relativement faible.
Pour que la sélection en taille des particules soit vraiment efficace, les trous dans les plaques d’accélération 102, 203 et 303 doivent être dimensionnés correctement par rapport au débit d’air choisi.
Selon un mode de réalisation de l’invention la première plaque d’accélération 102 comporte au moins un trou de diamètre compris entre 3 mm et 8 mm, la deuxième plaque d’accélération 203 au moins un trou de diamètre compris entre 1 mm et 3 mm et la troisième plaque d’accélération 303 au moins un trou de diamètre compris entre 0,7 et 0,9 mm.
Un avantage de ce mode de réalisation est de dimensionner le nombre et la taille des trous à chaque étage pour que la filtration et la sélection en taille des particules soit efficace pour un débit d’air donné.
La figure 2 montre une vue en coupe du capteur 100, le plan de coupe étant normal au plan de coupe de la figure 1.
La figure 3a montre l’entrée d’air 40 du capteur 100. Les trous 401 d’entrée de l’air permettent à l’air de rentrer à l’intérieur du dispositif.
La figure 3b montre l’élément de protection 50 comportant une face ouverte 501, ledit élément de protection adapté pour empêcher l’entrée de gouttelettes ou de particules macroscopiques à l’intérieur du dispositif.
Un avantage de ce mode de réalisation est d’empêcher l’entrée de gouttelettes d’eau ou de particules macroscopiques à l’intérieur du dispositif.
La figure 4a montre la plaque d’accélération 102 du flux d’air positionnée à niveau de l’étage 10 ou première plaque d’accélération.
La plaque 102 comporte un trou central 105 et des trous latéraux 106.
Avantageusement, le trou central 105 permet d’accélérer le flux d’air quand il passe à travers cet élément. Les particules de plus grande inertie sont déviées de la trajectoire du flux d’air. Plus particulièrement, les particules de diamètre supérieur à 10 pm sont arrêtées à niveau de la plaque d’impaction 101.
Les trous latéraux 106 peuvent accueillir des moyens de maintien du capteur, par exemple pour fixer les différentes plaques qui forment le capteur.
Pour que le filtrage des particules suivant leur taille soit efficace, la taille des trous présents à chaque étage doit être dimensionnée en fonction du débit d’air utilisé. Selon un mode de réalisation préféré, pour un flux d’air de (3 ± 0,3) l/min, le trou sur la plaque 102 possède un diamètre de (7 ± 1) mm. Par exemple, pour des flux de (0,50 ± 0,05) et (5,0 ± 0,5) l/min le trou possède un diamètre respectivement de (3,0 ± 0,3) et (8 ± 1) mm.
La figure 4b montre la deuxième partie de l’étage 10 composée par une plaque d’impaction 101. La plaque 101 comprend des ouvertures 108 et des trous 107.
Les particules de diamètre supérieur à 10 pm se déposent sur cette plaque. Les ouvertures 108 permettent au flux d’air contenant les particules de diamètre inférieur à 10 pm de s’écouler vers l’étage 20.
Les trous latéraux 107 peuvent accueillir des moyens de maintien du capteur, par exemple pour fixer les différentes plaques qui forment le capteur.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux la plaque d’impaction 101 peut être recouverte d’une couche en Teflon® pour faciliter l’adhésion des particules à la surface de la plaque 101 même.
La figure 4c représente la plaque d’accélération 203 du flux d’air à niveau de l’étage 20 du capteur 100. La plaque 203 comporte un trou central 205 et des trous latéraux 206.
Le trou central 205 permet d’accélérer le flux d’air quand il passe à travers cet élément. Les particules de plus grande inertie sont déviées de la trajectoire du flux d’air. Plus particulièrement, les particules de diamètre supérieur à 2,5 pm sont arrêtées à niveau de la plaque 201 de support du transducteur SAW.
Cet élément permet d’arrêter les particules de diamètre compris entre 10 pm et 2.5 pm à niveau de l’étage 20.
Les trous latéraux 206 peuvent accueillir des moyens de maintien du capteur, par exemple pour fixer les différentes plaques qui forment le capteur.
Comme pour l’élément 102, dans ce cas aussi la taille des trous doit être choisie en fonction du débit d’air pour que le filtrage des particules suivant leur taille soit efficace. Selon un mode de réalisation préféré, pour un débit d’air égal à (3 ± 0,3) l/min le trou sur la plaque 203 possède un diamètre de (3,0 ± 0,5) mm. Si un débit de l’ordre de (0,50 ± 0,05) l/min est choisi le trou doit posséder un diamètre de (1,0 ± 0,3) mm. En revanche pour un débit plus élevé de l’ordre de (5,0 ± 0,5) l/min la plaque 203 doit posséder deux trous chacun de diamètre égal à (2,0 ± 0,3) mm.
La figure 4d montre la plaque 303 d’accélération du flux d’air. La plaque 303 comporte deux trous centraux 305 et des trous latéraux 306.
Les deux trous centraux 305 permettent d’accélérer le flux d’air quand il passe à travers cet élément. Les particules de plus grande inertie sont déviées de la trajectoire du flux d’air. Plus particulièrement, les particules de diamètre compris entre 2,5 et 0,5 pm sont arrêtées à niveau de la plaque 301 de support du transducteur SAW.
Les trous latéraux 306 peuvent accueillir des moyens de maintien du capteur, par exemple pour fixer les différentes plaques qui forment le capteur.
Si un débit d’air de (3,0 ± 0,3) l/min est choisi, selon un mode de réalisation préféré, la plaque 303 possède deux trous, chacun de diamètre égal à (0,8 ± 0,1) mm. Pour un débit d’air de (0,50 ± 0,05) l/min la plaque 303 comporte un seul trou de diamètre égal à (0,7 ± 0,1) mm. Pour un débit d’air égal à (5,0 ± 0,5) l/min la plaque 303 comprend 2 trous chacun de diamètre égal à (0,9 ± 0,1) mm.
Le dimensionnement des trous des plaques 102, 203 et 303 en fonction du débit d’air à analyser est résumé par le tableau suivant :
Avantageusement, en choisissant un débit compris entre 0,5 et 3 l/min le dispositif a une consommation énergétique réduite, ce qui permet d’avoir une autonomie prolongée.
En revanche un débit élevé, même si plus coûteux en terme d’énergie de fonctionnement, permet des acquisitions plus rapides et précises.
Selon un mode de réalisation de l’invention le capteur comprend au moins une plaque de support (201,301) pour les moyens de mesure de la concentration des particules.
La figure 5 montre une des plaques de support 201, 301 des transducteurs SAW 600. Ces plaques ont plusieurs fonctions techniques : • Accueillir le transducteur SAW 600 ; • Accueillir les circuits imprimés 604 et les connecteurs 60 adaptés pour relier les SAW 600 à l’extérieur ; • Accueillir les trous 603 nécessaires à l’écoulement de l’air à analyser.
Les trous latéraux 606 peuvent accueillir des moyens de maintien du capteur, par exemple pour fixer les plaques 201,301 aux autres éléments du capteur.
Un avantage de ce mode de réalisation est de permettre l’installation des transducteurs SAW à l’intérieur du capteur 100 tout en assurant la connexion à l’aide de circuits imprimés sur les plaques mêmes.
Selon un mode de réalisation de l’invention lesdites plaques de support comportent des ouvertures agencées de façon à permettre la circulation de l’air et la séparation des particules suivant leur taille.
Un avantage de ce mode de réalisation est de permettre la circulation du flux d’air à niveau des transducteurs, tout en permettant la mesure sélective en taille et en temps réel de la concentration de particules.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les plaques de support 201,301 comportent des connecteurs 60 destinés à l’alimentation du transducteur SAW 600 et à la récupération des signaux correspondant à la mesure de la concentration des particules.
Un avantage de ce mode de réalisation est de pouvoir en même temps alimenter les transducteurs SAW 600 et récupérer les signaux électriques contenant les informations relatives à la concentration de particules.
Chaque transducteur SAW 600 comporte deux surfaces vibrantes : une partie « mesure » et une partie « référence ». Le flux d’air à analyser dépose les particules sur la partie « mesure ». De façon connue, les particules déposées sur cette surface modifient la fréquence de vibration de la surface même, pendant que la fréquence de vibration de la partie « référence » reste inaltérée. En mesurant la différence entre la fréquence originelle et celle altérée par la présence des particules déposées on peut remonter à la masse des particules déposées sur la partie « mesure ».
Les transducteurs SAW 600 sont placés légèrement en décalé par rapport aux trous de passage du flux d’air des éléments 203 et 303. Cette disposition permet de diriger le flux d’air directement sur la partie « mesure » du transducteur SAW, en laissant inaltérée la fréquence de vibration de la partie « référence ».
Les peignes interdigités des SAW 600 peuvent être reliés aux circuits imprimés par des microfils en or.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comprend des moyens de contrôle du flux d’air à travers les étages connectés en cascade.
Un avantage de ce mode de réalisation est la possibilité de régler le débit d’air à travers le dispositif.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les transducteurs SAW 600 présentent une fonctionnalisation mécanique et chimique de leur surface.
Un avantage de ce mode de réalisation est de faciliter l’adhésion des particules à la surface du transducteur.
Selon un mode de réalisation de l’invention, les transducteurs SAW 600 présentent une fonctionnalisation mécanique et chimique de leur surface avec une couche en Teflon™.
Un avantage de ce mode de réalisation est de faciliter l’adhésion des particules à la surface du transducteur sans les coller définitivement, ce qui est important pour pouvoir nettoyer/régénérer le surface des transducteurs après utilisation.
Selon un mode de réalisation de l’invention la fréquence de vibration des transducteurs SAW est comprise entre 100 et 270 MHz.
Un avantage de ce mode de réalisation est d’utiliser une fréquence de vibration plus élevée que celle utilisée dans d’autres systèmes à microbalance, ce qui permet d’augmenter la sensibilité de la mesure de masse.
Selon un mode de réalisation de l’invention la fréquence de vibration des transducteurs SAW est comprise préférentiellement entre 110 et 130 MHz.
Claims (10)
- Revendications1. Capteur pour la mesure en temps réel de la concentration atmosphérique de particules comportant : • une entrée d’air adaptée pour recevoir un flux d’air (40) dont la concentration atmosphérique de particules est à mesurer ; • au moins deux étages (20, 30) montés en cascade et configurés pour séparer les particules selon leur taille, ladite entrée d’air étant connectée à au moins un des deux étages ; • au moins un desdits étages (20, 30) comprenant des moyens de mesure en temps réel de la concentration des particules; le capteur étant caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure en temps réel de la concentration des particules comportent au moins un transducteur à Ondes Acoustiques de Surface ou Surface Acoustic Wave (SAW) en anglais.
- 2. Capteur selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’entrée d’air (40) comprend un élément de protection (50), ledit élément de protection (50) étant destiné à empêcher la pénétration de gouttelettes d’eau ou de particules macroscopiques à l’intérieur de la structure en cascade tout en permettant la circulation de l’air.
- 3. Capteur selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’élément de protection (50) est un tronc de cône creux ayant une face ouverte (501 ).
- 4. Capteur selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de contrôle du flux d’air à travers les étages connectés en cascade.
- 5. Capteur selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le flux d’air à l’intérieur des étages en cascade est réglé pour avoir un débit compris entre 0.45 et 5.5 l/min.
- 6. Capteur selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte trois étages (10, 20, 30) montés en cascade et configurés pour retenir respectivement les particules de diamètre supérieur à 10 pm (10), celles de diamètre compris entre 10 pm et 2,5 pm (20) et celles de diamètre compris entre 2,5 pm et 0,5 pm (30).
- 7. Capteur selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend au moins une plaque de support (201,301) pour lesdits moyens de mesure de la concentration des particules.
- 8. Capteur selon la revendication précédente caractérisé en ce que lesdites plaques de support (201, 301) comportent des ouvertures agencées de façon à permettre la circulation de l’air et la séparation des particules suivant leur taille.
- 9. Capteur selon les revendications 7 et 8 caractérisé en ce que lesdites plaques de support (201, 301) comportent des connecteurs (60) et des circuits imprimés (604) destinés à l’alimentation du transducteur SAW (600) et à la récupération des signaux correspondant à la mesure de la concentration des particules.
- 10. Capteur selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que les transducteurs SAW (600) présentent une fonctionnalisation mécanique et chimique de la surface avec une couche en Teflon™ pour faciliter l’adhésion des particules à la surface du transducteur.
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