FR3103899A1 - Chemical detection system, control and analysis unit for such a chemical detection system and method - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un système de détection chimique (1) comprenant : un premier détecteur chimique (200) à corde vibrante comprenant une première corde tendue (210) un premier actionneur (230) et un premier capteur (240) configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la première corde tendue (210) à partir du déplacement de la première corde tendue (210) ; une unité de commande et d’analyse (400) configurée pour commander le premier actionneur (230) et le premier capteur (240). La première corde tendue (210) présente au moins un premier pic de résonnance avec un facteur de qualité supérieur ou égal à 1000, voire 2000 ou encore 4000. La détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux (2) est obtenu par l’unité de commande et d’analyse (400) à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité. Figure pour l’abrégé : figure 1A chemical detection system (1) comprising: a first vibrating wire chemical detector (200) comprising a first tensioned string (210) a first actuator (230) and a first sensor (240) configured to measure a characteristic vibrational of the first stretched string (210) from the displacement of the first stretched string (210); a control and analysis unit (400) configured to control the first actuator (230) and the first sensor (240). The first stretched string (210) has at least a first resonance peak with a quality factor greater than or equal to 1000, or even 2000 or even 4000. The determination of the presence and / or the dosage of the analyte in the gaseous medium (2) is obtained by the control and analysis unit (400) from said quantity proportional to the quality factor. Figure for the abstract: figure 1
Description
L’invention se rapporte au domaine de la détection chimique dans un milieu gazeux.The invention relates to the field of chemical detection in a gaseous medium.
Ainsi, l’invention a pour objet un système de détection chimique, une unité de commande et d’analyse pour un tel système de détection et un procédé de détection chimique basé sur la mise en œuvre d’un tel système de détection.Thus, the subject of the invention is a chemical detection system, a control and analysis unit for such a detection system and a chemical detection method based on the implementation of such a detection system.
État de l’art antérieurState of the prior art
Certains lieux, tels que des lieux de stockage, d’entreposage et réservoirs industriels de produits et/ou déchets qu’ils soient chimiques et/ou radioactifs, présentent des risques de dégagements spécifiques aux produits qui y sont entreposés. Ces mêmes risques sont également présents dans certains lieux de production tels que des usines de fabrication de produits chimiques et/ou radioactifs, ou les usines de retraitement de déchets chimiques et/ou radioactifs, ainsi que dans les réseaux d’eau usée ou de transport de gaz, tels que les égouts.Certain places, such as places of storage, warehousing and industrial tanks of products and/or waste, whether chemical and/or radioactive, present risks of releases specific to the products stored there. These same risks are also present in certain production sites such as chemical and/or radioactive product manufacturing plants, or chemical and/or radioactive waste reprocessing plants, as well as in wastewater or transport networks. gas, such as sewage.
Afin d’identifier au mieux ces risques et éventuellement intervenir afin d’éliminer et/ou traiter ces dégagements, il est connu de surveiller ces lieux de stockage, d’entreposage et réservoirs industriels de produits chimiques et/ou radioactifs en utilisant des détecteurs chimiques adaptés pour détecter ces dégagements spécifiques.In order to better identify these risks and possibly intervene in order to eliminate and/or treat these releases, it is known to monitor these places of storage, storage and industrial tanks of chemical and/or radioactive products by using chemical detectors adapted to detect these specific releases.
Parmi ces détecteurs chimiques, il est plus spécifiquement connu du document FR2975184 d’utiliser un détecteur chimique à corde vibrante pour permettre une surveillance pérenne de ces lieux de stockage. De tels détecteurs chimiques utilisent une corde tendue en tant que transducteur ce qui autorise une détection et/ou un dosage stable et fiable dans le temps pour une période supérieure à 10 ans.Among these chemical detectors, it is more specifically known from document FR2975184 to use a vibrating wire chemical detector to allow long-term monitoring of these storage places. Such chemical detectors use a stretched cord as a transducer, which allows stable and reliable detection and/or metering over time for a period of more than 10 years.
En effet, selon le même principe que les extensomètres à corde vibrante, la mise en œuvre d’un tel détecteur chimique consiste en une surveillance de la fréquence d’un pic de résonnance de la corde tendue, les caractéristiques vibrationnelles de la corde tendue, dont notamment la fréquence de résonnance de ses pics de résonnance, étant directement influencées par la composition du milieu gazeux avec lequel est mise en contact la corde tendue. On notera que, selon une possibilité d’un tel détecteur chimique, celui-ci peut présenter sa capacité de discrimination de l’analyte améliorée par l’utilisation d’un matériau sensible adapté pour interagir avec l’analyte.Indeed, according to the same principle as vibrating-wire extensometers, the implementation of such a chemical detector consists of monitoring the frequency of a resonance peak of the taut string, the vibrational characteristics of the taut string, including in particular the resonance frequency of its resonance peaks, being directly influenced by the composition of the gaseous medium with which the taut string is brought into contact. It will be noted that, according to one possibility of such a chemical detector, the latter can present its capacity for discriminating the analyte improved by the use of a sensitive material adapted to interact with the analyte.
Si de tels détecteurs permettent une surveillance fiable et durable, ils présentent néanmoins l’inconvénient majeur d’être particulièrement dépendant de la température. De ce fait, lors de l’utilisation d’un détecteur chimique à corde vibrante, il est nécessaire d’également surveiller la température du détecteur chimique et de corriger la mesure réalisée à partir de la corde tendue pour compenser les éventuelles dérives en température. Ainsi, il serait intéressant, pour une installation pérenne de tels détecteurs, c’est-à-dire supérieure à 10ans voire à 50ans ou encore à 100ans, de fournir des détecteurs présentant une influence de la température réduite et pour lesquels il ne soit donc pas nécessaire de compenser la dérive thermique.While such detectors allow reliable and long-lasting monitoring, they nevertheless have the major drawback of being particularly temperature-dependent. Therefore, when using a vibrating wire chemical detector, it is also necessary to monitor the temperature of the chemical detector and to correct the measurement made from the stretched wire to compensate for any temperature drifts. Thus, it would be interesting, for a permanent installation of such detectors, that is to say longer than 10 years or even 50 years or even 100 years, to provide detectors with a reduced temperature influence and for which it is therefore not no need to compensate for thermal drift.
Ainsi, l’invention vise à remédier à l’inconvénient ci-dessus et a plus précisément pour objet de fournir un système de détection chimique à corde vibrante destiné à la détection de la présence et/ou le dosage d’un analyte dans un milieu gazeux qui permet d’effectuer la détection et/ou le dosage dudit analyte avec, en l’absence de toute compensation, une influence de la température, et en particulier de la dérive en température, réduite vis-à-vis des systèmes de détection à corde vibrante de l’art antérieur.Thus, the invention aims to remedy the above drawback and more specifically aims to provide a vibrating wire chemical detection system intended for the detection of the presence and/or the assay of an analyte in a medium. gas which makes it possible to carry out the detection and/or the assay of said analyte with, in the absence of any compensation, an influence of the temperature, and in particular of the temperature drift, reduced with respect to the detection systems vibrating wire of the prior art.
L’invention a ainsi pour objet un système de détection chimique destiné à la détection de la présence et/ou le dosage d’un analyte dans un milieu gazeux, le système de détection chimique comprenant:
- un premier détecteur chimique à corde vibrante comprenant une première corde tendue destinée à être en contact avec le milieu gazeux, un premier actionneur configuré pour appliquer une première excitation mécanique à la première corde tendue afin de la mettre en vibration, et un premier capteur configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la première corde tendue à partir du déplacement de la première corde tendue résultant de ladite première excitation, le premier capteur étant en outre configuré pour délivrer un premier signal de mesure correspondant à ladite caractéristique vibrationnelle mesurée,
- une unité de commande et d’analyse configurée pour commander le premier actionneur et le premier capteur du premier détecteur chimique et pour analyser le premier signal de mesure afin de déterminer la présence et/ou un dosage dudit analyte dans le milieu gazeux,
la première corde tendue présente au moins un premier pic de résonnance avec un facteur de qualité supérieur ou égal à 1000, voire à 2000, ou encore préférentiellement à 4000, et en ce que l’unité de commande et d’analyse est adaptée pour déterminer à partir de la caractéristique vibrationnelle transmise à partir du signal de mesure d’une grandeur proportionnelle au facteur de qualité du premier pic de résonnance, la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité.The invention thus relates to a chemical detection system intended for the detection of the presence and/or the assay of an analyte in a gaseous medium, the chemical detection system comprising:
- a first vibrating string chemical detector comprising a first stretched string intended to be in contact with the gaseous medium, a first actuator configured to apply a first mechanical excitation to the first stretched string in order to make it vibrate, and a first sensor configured to measure a vibrational characteristic of the first taut string from the displacement of the first taut string resulting from said first excitation, the first sensor being further configured to deliver a first measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic,
- a control and analysis unit configured to control the first actuator and the first sensor of the first chemical detector and to analyze the first measurement signal in order to determine the presence and/or a dosage of said analyte in the gaseous medium,
the first stretched string has at least a first resonance peak with a quality factor greater than or equal to 1000, even 2000, or even preferably 4000, and in that the control and analysis unit is adapted to determine from the vibrational characteristic transmitted from the measurement signal of a magnitude proportional to the quality factor of the first resonance peak, the determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium from said magnitude proportional to the quality factor.
Un tel système de détection permet, comme l’ont démontré les inventeurs, d’obtenir une détection et/ou un dosage d’analyte qui présente une influence avec la température réduite vis-à-vis des autres systèmes de détection et/ou dosage qui sont généralement basés sur un suivi de la fréquence de résonnance. Ainsi, avec un tel système, il n’est pas forcément nécessaire de compenser les dérives en température pour obtenir une bonne détection et/ou un bon dosage contrairement aux détecteurs de l’art antérieur.Such a detection system makes it possible, as the inventors have demonstrated, to obtain a detection and/or an analyte assay which has an influence with the reduced temperature with respect to the other detection and/or assay systems. which are generally based on resonant frequency tracking. Thus, with such a system, it is not necessarily necessary to compensate for temperature drifts to obtain good detection and/or good dosage, unlike the detectors of the prior art.
La grandeur proportionnelle au facteur de qualité du premier pic de résonnance peut être une amplitude de vibration maximale ou gain de vibration maximal de la corde tendue dans une plage de fréquence d’excitation donnée incluant la fréquence de résonnance du premier pic de résonnance.The magnitude proportional to the quality factor of the first resonance peak can be a maximum vibration amplitude or maximum vibration gain of the stretched string in a given excitation frequency range including the resonance frequency of the first resonance peak.
Une telle amplitude maximale et un tel gain maximal sont particulièrement avantageux afin d’obtenir une grandeur proportionnelle au facteur de qualité. En effet, la détermination de ces grandeurs peut directement être obtenue par un simple balayage en fréquence de la première excitation.Such a maximum amplitude and such a maximum gain are particularly advantageous in order to obtain a magnitude proportional to the quality factor. Indeed, the determination of these magnitudes can be obtained directly by a simple frequency sweep of the first excitation.
L’analyte peut être un élément, ou une molécule, sélectionné dans le groupe comprenant le dihydrogène, l’hélium, le monoxyde de carbone, le méthane et le dioxyde de carbone.The analyte can be an element, or a molecule, selected from the group comprising dihydrogen, helium, carbon monoxide, methane and carbon dioxide.
L’invention est particulièrement intéressante dans le cadre de ces analytes puisqu’il s’agit de substances particulièrement importantes à surveiller dans le cas de stockage et/ou de retraitement de produits et/ou déchets chimiques et/ou radioactifs.The invention is particularly interesting in the context of these analytes since they are particularly important substances to be monitored in the case of storage and/or reprocessing of chemical and/or radioactive products and/or waste.
Le système de détection chimique peut comprendre un deuxième détecteur chimique à corde vibrante comprenant une deuxième corde tendue destinée à être en contact avec le milieu gazeux, un deuxième actionneur configuré pour appliquer une deuxième excitation mécanique à la deuxième corde tendue afin de la mettre en vibration, et un deuxième capteur configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la deuxième corde tendue à partir du déplacement de la deuxième corde tendue résultant de ladite deuxième excitation,
l’unité de commande et d’analyse étant configurée pour commander le deuxième actionneur et le deuxième capteur du deuxième détecteur chimique et pour analyser le deuxième signal de mesure afin de fournir une détermination complémentaire de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux.The chemical detection system may comprise a second vibrating-wire chemical detector comprising a second stretched string intended to be in contact with the gaseous medium, a second actuator configured to apply a second mechanical excitation to the second stretched string in order to make it vibrate , and a second sensor configured to measure a vibrational characteristic of the second taut string from the displacement of the second taut string resulting from said second excitation,
the control and analysis unit being configured to control the second actuator and the second sensor of the second chemical detector and to analyze the second measurement signal in order to provide a complementary determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium.
De cette manière il est possible d’avoir une mesure redondante de la présence/ du dosage de l’analyte assurant une surveillance du milieu gazeux parfaitement sécurisée.In this way it is possible to have a redundant measurement of the presence / dosage of the analyte ensuring a perfectly secure monitoring of the gaseous medium.
Le système de détection chimique peut comprendre un troisième détecteur à corde vibrante comprenant un logement hermétique au milieu gazeux, une troisième corde tendue logée dans le logement hermétique, un troisième actionneur configuré pour appliquer une troisième excitation mécanique à la troisième corde tendue afin de la mettre en vibration, et un troisième capteur configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la troisième corde tendue à partir du déplacement de la troisième corde tendue résultant de ladite troisième excitation,
dans lequel la troisième corde tendue présente une configuration sensiblement identique de manière à ce que la troisième corde tendue présente le premier pic de résonnance avec un facteur de qualité sensiblement identique à celle de la première corde tendue,
l’unité de commande et d’analyse étant configurée pour commander le troisième actionneur et le troisième capteur du troisième détecteur, pour analyser le troisième signal de mesure afin de fournir une référence vibrationnelle en l’absence d’analyte et pour corriger la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de ladite référence vibrationnelle.The chemical sensing system may include a third vibrating-wire detector including a gas-sealed housing, a taut third string housed in the sealed housing, a third actuator configured to apply a third mechanical excitation to the taut third string to cause it to in vibration, and a third sensor configured to measure a vibrational characteristic of the taut third string from the displacement of the taut third string resulting from said third excitation,
wherein the third stretched string has a substantially identical configuration such that the third stretched string exhibits the first resonance peak with a quality factor substantially identical to that of the first stretched string,
the control and analysis unit being configured to control the third actuator and the third sensor of the third detector, to analyze the third measurement signal in order to provide a vibrational reference in the absence of analyte and to correct the determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium from said vibrational reference.
De cette manière, il est possible, notamment dans le cadre d’une application de l’invention pour la surveillance d’un milieu gazeux sur des périodes de temps longs, telles que des périodes de plusieurs dizaines d’années, voire de l’ordre de la centaine d’années, de corriger l’évolution dans le temps du premier détecteur chimique, puisque le troisième détecteur fait office de détecteur de référence.In this way, it is possible, in particular in the context of an application of the invention for the monitoring of a gaseous medium over long periods of time, such as periods of several tens of years, or even order of a hundred years, to correct the evolution over time of the first chemical detector, since the third detector acts as a reference detector.
Le système de détection chimique peut comprendre en outre un capteur de température adapté pour fournir un signal relatif à la température, l’unité de commande et d’analyse étant en outre configurée pour appliquer, à partir du signal relatif à la température, une compensation thermique à la grandeur proportionnelle au facteur de qualité lors de la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualitéThe chemical detection system may further comprise a temperature sensor adapted to supply a signal relating to the temperature, the control and analysis unit being further configured to apply, from the signal relating to the temperature, a compensation temperature to the quantity proportional to the quality factor when determining the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium from said quantity proportional to the quality factor
De cette manière il est possible de fournir une détection/dosage de l’analyte fine/fin même dans le cas où le milieu gazeux est soumis à de forte variation de température.In this way it is possible to provide a detection/dosage of the fine/fine analyte even in the case where the gaseous medium is subjected to strong temperature variation.
Le troisième détecteur à corde vibrante peut former le capteur de température, la caractéristique vibrationnelle de la troisième corde tendue formant le signal relatif à la température.The third vibrating-wire detector may form the temperature sensor, with the vibrational characteristic of the taut third string forming the temperature-related signal.
Le capteur de température peut comprendre au moins un du premier actionneur et du premier capteur.The temperature sensor may include at least one of the first actuator and the first sensor.
L’invention concerne en outre une unité de commande et d’analyse dans laquelle le système de détection chimique comprend un deuxième détecteur chimique à corde vibrante comprenant un logement hermétique au milieu gazeux, une deuxième corde tendue logée dans le logement hermétique, un deuxième actionneur configuré pour appliquer une deuxième excitation mécanique à la deuxième corde tendue afin de la mettre en vibration, et un deuxième capteur configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la deuxième corde tendue à partir du déplacement de la deuxième corde tendue résultant de ladite deuxième excitation,
l’unité de commande et d’analyse étant en outre configurée pour commander le deuxième actionneur et le deuxième capteur du deuxième détecteur chimique et pour analyser le deuxième signal de mesure afin de fournir une détermination complémentaire de la présence et/ou le dosage de l’analyte dans le milieu gazeux.The invention further relates to a control and analysis unit in which the chemical detection system comprises a second vibrating-wire chemical detector comprising a housing hermetic to the gaseous medium, a second tensioned cord housed in the hermetic housing, a second actuator configured to apply a second mechanical excitation to the second taut string to cause it to vibrate, and a second sensor configured to measure a vibrational characteristic of the second taut string from the displacement of the second taut string resulting from said second excitation,
the control and analysis unit being further configured to control the second actuator and the second sensor of the second chemical detector and to analyze the second measurement signal in order to provide a complementary determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium.
L’invention concerne en outre une unité de commande et d’analyse pour un système de détection chimique à corde vibrante, ledit système de détection chimique comprenant une première corde tendue destinée à être en contact avec le milieu gazeux, un premier actionneur configuré pour appliquer une première excitation mécanique à la première corde tendue afin de la mettre en vibration, et un premier capteur configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la première corde tendue à partir du déplacement de la première corde tendue résultant de ladite première excitation, le premier capteur étant en outre configuré pour délivrer un premier signal de mesure correspondant à ladite caractéristique vibrationnelle mesurée,
l’unité de commande et d’analyse étant configurée pour commander le premier actionneur et le premier capteur du premier détecteur chimique et pour analyser le premier signal de mesure afin de déterminer la présence et/ou un dosage dudit analyte dans le milieu gazeux,
l’unité de commande et d’analyse est en outre adaptée pour déterminer à partir de la caractéristique vibrationnelle transmise à partir du signal de mesure d’une grandeur proportionnelle au facteur de qualité d’un premier pic de résonnance de la première corde tendue pour lequel la première corde vibrante présente au moins un premier pic de résonnance avec un facteur de qualité supérieur ou égal à 1000, voire 2000 ou encore préférentiellement à 4000, et, la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité .The invention further relates to a control and analysis unit for a vibrating wire chemical detection system, said chemical detection system comprising a first tensioned cord intended to be in contact with the gaseous medium, a first actuator configured to apply a first mechanical excitation to the first stretched string to cause it to vibrate, and a first sensor configured to measure a vibrational characteristic of the first stretched string from the displacement of the first stretched string resulting from said first excitation, the first sensor being further configured to output a first measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic,
the control and analysis unit being configured to control the first actuator and the first sensor of the first chemical detector and to analyze the first measurement signal in order to determine the presence and/or a dosage of said analyte in the gaseous medium,
the control and analysis unit is further adapted to determine from the vibrational characteristic transmitted from the measurement signal a magnitude proportional to the quality factor of a first resonance peak of the first stretched string for wherein the first vibrating string has at least a first resonance peak with a quality factor greater than or equal to 1000, or even 2000 or even preferably 4000, and, the determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium from said magnitude proportional to the quality factor.
Une telle unité de commande est adaptée pour équiper un système de détection chimique afin de bénéficier des avantages qui sont liés à un tel système de détection chimique.Such a control unit is suitable for equipping a chemical detection system in order to benefit from the advantages which are linked to such a chemical detection system.
Le système de détection chimique peut comprendre un deuxième détecteur chimique à corde vibrante, ledit deuxième détecteur chimique comprenant une deuxième corde tendue, un deuxième actionneur configuré pour appliquer une deuxième excitation mécanique à la deuxième corde tendue afin de la mettre en vibration, et un deuxième capteur configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la deuxième corde tendue à partir du déplacement de la deuxième corde tendue résultant de ladite deuxième excitation,
l’unité de commande et d’analyse étant en outre configurée pour commander le deuxième actionneur et le deuxième capteur du deuxième détecteur chimique et pour analyser le deuxième signal de mesure afin de fournir une détermination complémentaire de la présence et/ou le dosage de l’analyte dans le milieu gazeux.The chemical detection system may include a second vibrating-wire chemical detector, said second chemical detector comprising a second taut string, a second actuator configured to apply a second mechanical excitation to the second taut string to cause it to vibrate, and a second sensor configured to measure a vibrational characteristic of the second taut string from the displacement of the second taut string resulting from said second excitation,
the control and analysis unit being further configured to control the second actuator and the second sensor of the second chemical detector and to analyze the second measurement signal in order to provide a complementary determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium.
L’unité de commande le système de détection chimique peut comprendre un troisième détecteur à corde vibrante, ledit troisième détecteur chimique comprenant un logement hermétique au milieu gazeux, une troisième corde tendue logée dans ledit logement hermétique, un troisième actionneur configuré pour appliquer une troisième excitation mécanique à la troisième corde tendue afin de la mettre en vibration, et un troisième capteur configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la troisième corde tendue à partir du déplacement de la troisième corde tendue résultant de ladite troisième excitation,
l’unité de commande et d’analyse étant en outre configurée pour commander le troisième actionneur et le troisième capteur du troisième détecteur et pour analyser le troisième signal de mesure afin de fournir une référence vibrationnelle en l’absence d’analyte et pour corriger la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de ladite référence vibrationnelle.The control unit the chemical detection system may comprise a third vibrating wire detector, said third chemical detector comprising a housing sealed to the gaseous medium, a third taut string housed in said sealed housing, a third actuator configured to apply a third excitation mechanism to the taut third string in order to make it vibrate, and a third sensor configured to measure a vibrational characteristic of the taut third string from the displacement of the taut third string resulting from said third excitation,
the control and analysis unit being further configured to control the third actuator and the third sensor of the third detector and to analyze the third measurement signal in order to provide a vibrational reference in the absence of analyte and to correct the determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium from said vibrational reference.
Le système de détection chimique comprend en outre un capteur de température, l’unité de commande et d’analyse étant en outre configurée pour appliquer une compensation thermique à la grandeur proportionnelle au facteur de qualité avant la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité.The chemical detection system further comprises a temperature sensor, the control and analysis unit being further configured to apply a thermal compensation to the quantity proportional to the quality factor before the determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium from said magnitude proportional to the quality factor.
L’invention concerne en outre un procédé de mesure et/ou dosage d’un analyte dans un milieu gazeux mis en œuvre au moyen d’un premier détecteur chimique à corde vibrante comprenant une première corde tendue destinée à être en contact avec le milieu gazeux, le procédé comprenant les étapes suivantes:
- application d’une première excitation à la première corde tendue du détecteur à corde vibrante alors que la corde vibrante est en contact avec le milieu gazeux ceci de manière à mettre en vibration ladite première corde tendue, ladite corde tendue présentant au moins un premier pic de résonnance avec un facteur de qualité supérieur ou égal à 1000, voire à 2000 ou encore préférentiellement à 4000,
- mesure d’une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue à partir du déplacement de la corde tendue résultant de ladite première excitation ceci afin de fournir un premier signal de mesure correspondant à ladite caractéristique vibrationnelle mesurée,
- détermination à partir de la caractéristique vibrationnelle d’une grandeur proportionnelle au facteur de qualité du premier pic de résonnance de la première corde tendue,
- détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité.The invention further relates to a method for measuring and/or assaying an analyte in a gaseous medium implemented by means of a first vibrating-wire chemical detector comprising a first stretched cord intended to be in contact with the gaseous medium , the method comprising the following steps:
- application of a first excitation to the first stretched string of the vibrating string detector while the vibrating string is in contact with the gaseous medium, this so as to vibrate said first stretched string, said stretched string having at least a first peak resonance with a quality factor greater than or equal to 1000, even 2000 or even preferably 4000,
- measurement of a vibrational characteristic of the taut string from the displacement of the taut string resulting from said first excitation in order to provide a first measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic,
- determination from the vibrational characteristic of a quantity proportional to the quality factor of the first resonance peak of the first stretched string,
- determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium from said quantity proportional to the quality factor.
Un tel procédé permet de bénéficier des avantages liés à l’invention.Such a method makes it possible to benefit from the advantages linked to the invention.
Le procédé peut comprendre en outre les étapes suivantes:
- mesure d’une température du premier détecteur chimique,
et dans lequel lors de l’étape de détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité, la température mesurée est prise en compte afin d’appliquer une compensation thermique.The method may further comprise the following steps:
- measurement of a temperature of the first chemical detector,
and in which during the step of determining the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium from the said magnitude proportional to the quality factor, the measured temperature is taken into account in order to apply a compensation thermal.
Le procédé peut en outre être mis en œuvre au moyen d’un deuxième détecteur chimique à corde vibrante comprenant une deuxième corde tendue destinée à être en contact avec le milieu gazeux et dans lequel le procédé comprend en outre les étapes suivantes:
- application d’une deuxième excitation à la deuxième corde tendue du deuxième détecteur chimique alors que la deuxième corde tendue est en contact avec le milieu gazeux ceci de manière à mettre en vibration ladite deuxième corde tendue,
- mesure d’au moins une caractéristique vibrationnelle de la deuxième corde tendue à partir du déplacement de la deuxième corde tendue résultant de ladite deuxième excitation,
- détermination complémentaire de la présence, et/ou dosage, de l’analyte dans le milieu gazeux à partir de la caractéristique vibrationnelle de la deuxième corde tendue mesurée.The method can further be implemented by means of a second vibrating-wire chemical detector comprising a second taut string intended to be in contact with the gaseous medium and in which the method further comprises the following steps:
- application of a second excitation to the second stretched string of the second chemical detector while the second stretched string is in contact with the gaseous medium in such a way as to vibrate said second stretched string,
- measurement of at least one vibrational characteristic of the second stretched string from the displacement of the second stretched string resulting from said second excitation,
- complementary determination of the presence, and/or dosage, of the analyte in the gaseous medium from the vibrational characteristic of the second taut string measured.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments, given purely for information and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.Identical, similar or equivalent parts of the different figures bear the same reference numerals so as to facilitate passage from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The different parts shown in the figures are not necessarily shown on a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not mutually exclusive and can be combined with each other.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale illustrant un système de détection chimique 1 selon l’invention apte à détecter et/ou doser un analyte ceci avec une influence de la température relativement faible vis-à-vis des systèmes de détection chimique selon l’art antérieur.Figure 1 is a longitudinal sectional view illustrating a chemical detection system 1 according to the invention capable of detecting and / or assaying an analyte this with a relatively low temperature influence vis-à-vis the chemical detection systems according to the prior art.
Ainsi, un tel système de détection chimique 1 est adapté pour détecter la présence et pour doser un analyte dans un milieu gazeux 2, tel que le milieu gazeux d’un lieu de stockage de produits chimiques ou radioactifs ou d’un réservoir de combustibles radioactifs. Un tel analyte peut être par exemple un élément, ou une molécule, sélectionné dans le groupe comprenant le dihydrogène, l’hélium, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le méthane, le propane, le butane, le dioxyde de soufre et l’azote.Thus, such a chemical detection system 1 is suitable for detecting the presence and for assaying an analyte in a gaseous medium 2, such as the gaseous medium of a place of storage of chemical or radioactive products or of a reservoir of radioactive fuels . Such an analyte can be for example an element, or a molecule, selected from the group comprising dihydrogen, helium, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, propane, butane, sulfur dioxide and nitrogen.
Dans le présent document, seuls trois exemples d’analyte sont décrits ci-dessous, le dihydrogène, l’hélium et le méthane. Bien entendu l’homme du métier peut aisément, à partir de ses connaissances et de tests de routine, extrapoler l’enseignement du présent document à d’autres analytes dont notamment le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone.In this document, only three examples of analyte are described below, dihydrogen, helium and methane. Of course, those skilled in the art can easily, based on their knowledge and routine tests, extrapolate the teaching of this document to other analytes, including in particular carbon monoxide and carbon dioxide.
Le système de détection chimique 1 selon ce premier mode de réalisation est particulièrement adapté pour fonctionner en tant que système de détection chimique 1 pour détecter la présence et pour doser l’hydrogène en tant qu’analyte dans un milieu gazeux 2.The chemical detection system 1 according to this first embodiment is particularly suitable for operating as a chemical detection system 1 for detecting the presence and for metering hydrogen as an analyte in a gaseous medium 2.
On notera que le terme d’hydrogène est employé ci-dessus et dans le reste de ce document en tant qu’hydrogène moléculaire ou dihydrogène. Ainsi, les termes d’hydrogène et de dihydrogène doivent être considérés comme synonyme dans le présent document.Note that the term hydrogen is used above and in the rest of this document as molecular hydrogen or dihydrogen. Thus, the terms hydrogen and dihydrogen should be considered synonymous in this document.
Le système de détection chimique 1 comprend:
- un premier détecteur chimique 200 à corde vibrante comprenant une première corde tendue 210 destinée à être en contact avec le milieu gazeux 2, un premier actionneur 230 configuré pour appliquer une première excitation mécanique à la première corde tendue 210 afin de la mettre en vibration, et un premier capteur 240 configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la première corde tendue 210 à partir du déplacement de la première corde tendue 210 résultant de ladite première excitation, le premier capteur 240 étant en outre configuré pour délivrer un premier signal de mesure correspondant à ladite caractéristique vibrationnelle mesurée,
- une unité de commande et d’analyse 400 configurée pour commander le premier actionneur 230 et le premier capteur 240 du premier détecteur chimique 200 et pour analyser le premier signal de mesure afin de déterminer la présence et/ou un dosage dudit analyte dans le milieu gazeux 2.Chemical detection system 1 includes:
- a first vibrating string chemical detector 200 comprising a first stretched string 210 intended to be in contact with the gaseous medium 2, a first actuator 230 configured to apply a first mechanical excitation to the first stretched string 210 in order to set it in vibration, and a first sensor 240 configured to measure a vibrational characteristic of the first taut string 210 from the displacement of the first taut string 210 resulting from said first excitation, the first sensor 240 being further configured to output a first measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic,
- a control and analysis unit 400 configured to control the first actuator 230 and the first sensor 240 of the first chemical detector 200 and to analyze the first measurement signal in order to determine the presence and/or a dosage of said analyte in the medium gaseous 2.
Dans ce premier mode de réalisation, le détecteur chimique 200 comporte un corps 20 délimitant une cavité de détection 22.In this first embodiment, the chemical detector 200 comprises a body 20 delimiting a detection cavity 22.
La cavité de détection 22 loge la première corde tendue 210, le premier actionneur 230 et le premier capteur 240.The detection cavity 22 houses the first taut string 210, the first actuator 230 and the first sensor 240.
Dans ce premier mode de réalisation, comme le montre la figure 1, le premier actionneur 230 est fourni par une bobine électromagnétique d’actionnement adaptée pour actionner la première corde tendue 210. Le premier capteur 240 est fourni par une bobine électromagnétique de mesure.In this first embodiment, as shown in Figure 1, the first actuator 230 is supplied by an electromagnetic actuation coil adapted to actuate the first taut string 210. The first sensor 240 is supplied by an electromagnetic measurement coil.
Pour permettre une mesure stable dans le temps avec une dérive réduite du détecteur chimique 1, le corps 20 est préférentiellement réalisé dans un matériau rigide, sensiblement indéformable, présentant une dilation contrôlée. Ce matériau peut en outre être, pour permettre un fonctionnement dans un milieu corrosif, tel que celui d’un lieu de stockage de produit chimique ou de produit radioactif, non oxydable.To allow a stable measurement over time with a reduced drift of the chemical detector 1, the body 20 is preferably made of a rigid material, substantially non-deformable, having a controlled expansion. This material can also be, to allow operation in a corrosive environment, such as that of a place of storage of chemical product or radioactive product, non-oxidizable.
Ainsi le corps 20 peut être en céramique ou en acier inoxydable comportant une protection contre la pénétration d’hydrogène, telle qu’une nitruration ionique de sa surface. Cette particularité est particulièrement avantageuse dans le cadre d’un système de détection chimique pour la détection et le dosage de l’hydrogène en tant qu’analyte.Thus the body 20 can be made of ceramic or stainless steel comprising protection against the penetration of hydrogen, such as ion nitriding of its surface. This feature is particularly advantageous in the context of a chemical detection system for the detection and dosage of hydrogen as an analyte.
Le corps 20 comporte un fond et des parois s’étendant à partir du fond, seules deux parois latérales 202 étant représentées.Body 20 has a bottom and walls extending from the bottom, only two side walls 202 being shown.
Les parois 202 s’étendent sensiblement perpendiculairement à partir du fond 201 du corps 20. Au moins une paroi de la cavité 22 est adaptée pour mettre en communication la cavité 22 et le milieu gazeux 2 dans lequel est installé le détecteur chimique 1. La paroi 220 de la cavité 22 opposée au fond 201 du corps 20 est préférentiellement la paroi 220 adaptée pour mettre en communication la cavité 22 et le milieu gazeux 2.The walls 202 extend substantially perpendicularly from the bottom 201 of the body 20. At least one wall of the cavity 22 is adapted to place the cavity 22 in communication with the gaseous medium 2 in which the chemical detector 1 is installed. 220 of the cavity 22 opposite the bottom 201 of the body 20 is preferably the wall 220 adapted to put the cavity 22 in communication with the gaseous medium 2.
Cette adaptation peut être réalisée par la présence d’ouvertures 225 (comme cela sera montré en lien avec la figure 6) en communication directe avec le milieu gazeux ou par l’utilisation d’une membrane séparatrice de gaz adaptée, telle que celles illustrées sur la figure 1, pour permettre le passage de l’analyte, dans ce premier mode de réalisation l’hydrogène. Une telle membrane peut être indifféremment une membrane poreuse ou une membrane en polymère.This adaptation can be achieved by the presence of openings 225 (as will be shown in connection with FIG. 6) in direct communication with the gaseous medium or by the use of a suitable gas separator membrane, such as those illustrated in Figure 1, to allow the passage of the analyte, in this first embodiment hydrogen. Such a membrane can be either a porous membrane or a polymer membrane.
La corde tendue de détection 210 est tendue entre deux parois 202 de la cavité de détection 22 qui sont opposées l’une à l’autre dans le sens longitudinal du corps 20. Les conditions de tension et de maintien de la corde tendue de détection 210 sont identiques à celles d’une corde tendue utilisée dans un extensomètre à corde vibrante.The tensioned detection cord 210 is stretched between two walls 202 of the detection cavity 22 which are opposite to each other in the longitudinal direction of the body 20. The tension and holding conditions of the tensioned detection cord 210 are identical to those of a taut string used in a vibrating wire extensometer.
Selon une première variante de l’invention, dans laquelle la détection et le dosage de l’hydrogène dans le milieu gazeux 2 sont obtenus par une mesure d’une caractéristique physique du milieu gazeux 2, la corde tendue de détection 210 est une corde tendue du même type qu’une corde tendue d’un extensomètre à corde vibrante classique. Ainsi la corde tendue de détection 210 est du type corde à piano. La corde tendue de détection peut en outre présenter une protection contre les conditions existant dans le milieu gazeux 2 à surveiller, tel qu’un revêtement de protection la protégeant de la présence d’hydrogène.According to a first variant of the invention, in which the detection and metering of hydrogen in the gaseous medium 2 are obtained by measuring a physical characteristic of the gaseous medium 2, the taut detection cord 210 is a taut cord of the same type as a taut string of a conventional vibrating-wire extensometer. Thus the taut detection string 210 is of the piano wire type. The taut detection cord may also have protection against the conditions existing in the gaseous medium 2 to be monitored, such as a protective coating protecting it from the presence of hydrogen.
Selon le principe de l’invention, la première corde tendue 210 présente au moins un premier pic de résonnance dont le facteur de qualité est supérieur à 1000, voire à 2000, ou encore préférentiellement à 4000.According to the principle of the invention, the first taut string 210 has at least a first resonance peak whose quality factor is greater than 1000, even 2000, or even preferably 4000.
Ainsi en fonctionnement le système de détection chimique 1 est mis en contact avec le milieu gazeux 2 à mesurer, la cavité de détection 22 en communication avec ledit milieu gazeux 2.Thus, in operation, the chemical detection system 1 is brought into contact with the gaseous medium 2 to be measured, the detection cavity 22 in communication with said gaseous medium 2.
Le premier détecteur chimique 200 est, notamment par l’intermédiaire du premier actionneur 230 et du premier capteur 240, connecté à l’unité de commande et d’analyse 400.The first chemical detector 200 is, in particular via the first actuator 230 and the first sensor 240, connected to the control and analysis unit 400.
L’unité de commande et d’analyse 400 est configurée pour commander le premier actionneur 230 afin d’appliquer une première excitation mécanique à la première corde tendue 210 et pour analyser au moins un premier signal de mesure fourni par le premier capteur 240.The control and analysis unit 400 is configured to control the first actuator 230 in order to apply a first mechanical excitation to the first stretched string 210 and to analyze at least a first measurement signal supplied by the first sensor 240.
Le signal de mesure fourni par le premier capteur 240 peut être, par exemple, un signal de mesure proportionnel à l’amplitude de vibration de la corde tendue 210 correspondante en réponse à l’excitation appliquée par l’actionneur 230 correspondant ou un signal proportionnel au déplacement de la corde tendue 210.The measurement signal provided by the first sensor 240 can be, for example, a measurement signal proportional to the vibration amplitude of the corresponding taut string 210 in response to the excitation applied by the corresponding actuator 230 or a signal proportional to the movement of the stretched rope 210.
Ainsi, selon le principe de l’invention, l’unité de commande et d’analyse 400 est à même à partir de ces signaux de mesure fournis par le premier capteur 240, de déterminer pour la première corde tendue 210, 310 une grandeur proportionnelle au facteur de qualité du premier pic de résonnance.Thus, according to the principle of the invention, the control and analysis unit 400 is able, on the basis of these measurement signals supplied by the first sensor 240, to determine for the first stretched string 210, 310 a magnitude proportional to the quality factor of the first resonance peak.
Cette grandeur proportionnelle peut être:
(i) une mesure directe du facteur de qualité de ladite corde tendue 210 pour le premier pic de résonnance ou,
(ii) une mesure d’une amplitude de vibration maximale de la corde tendue 210 dans une plage de fréquence comportant la fréquence de résonnance du premier pic de résonnance.This proportional quantity can be:
(i) a direct measurement of the quality factor of said taut string 210 for the first resonance peak or,
(ii) a measurement of a maximum vibration amplitude of the taut string 210 in a frequency range comprising the resonance frequency of the first resonance peak.
Selon la possibilité (i), l’unité de contrôle et d’analyse 400 est adaptée pour contrôler le premier actionneur 230 pour effectuer un balayage en fréquence de la première excitation appliquée à la première corde tendue 210 et pour, à partir du premier capteur 240, déterminer la variation de l’amplitude de vibration de la première corde tendue en fonction de la fréquence de vibration. Ce balayage peut notamment être réalisé sur une plage de fréquence supérieure à une plage de fréquence attendue du premier pic de résonnance et centrée autour de la fréquence de résonnance attendue. Une fois la variation de l’amplitude de vibration de la première corde tendue 210 en fonction de la fréquence de vibration déterminée, l’unité de contrôle et d’analyse 400 est apte à calculer le facteur de qualité selon le principe connu de l’homme du métier.According to possibility (i), the control and analysis unit 400 is adapted to control the first actuator 230 to perform a frequency sweep of the first excitation applied to the first stretched string 210 and to, from the first sensor 240, determine the variation of the vibration amplitude of the first stretched string as a function of the vibration frequency. This scanning can in particular be carried out over a frequency range greater than an expected frequency range of the first resonance peak and centered around the expected resonance frequency. Once the variation in the vibration amplitude of the first stretched string 210 as a function of the vibration frequency has been determined, the control and analysis unit 400 is able to calculate the quality factor according to the known principle of man of the trade.
Selon la possibilité (ii), l’unité de contrôle et d’analyse 400 est adaptée pour contrôler le premier actionneur 230 pour effectuer un balayage en fréquence de la première excitation appliquée à la première corde tendue 210 dans une plage de fréquence comportant la fréquence de résonnance attendue pour le premier pic de résonnance et permettant de couvrir,a minima, une plage de variation de la fréquence de résonnance du premier pic de résonnance attendue pour une concentration maximale de l’analyte attendue. Généralement, ceci afin d’assurer un bon suivi de l’amplitude de vibration maximale de la corde tendue 210, cette plage de fréquence est plus étendue que la plage de variation de la fréquence de résonnance du premier pic de résonnance attendue.According to possibility (ii), the control and analysis unit 400 is adapted to control the first actuator 230 to perform a frequency sweep of the first excitation applied to the first stretched string 210 in a frequency range comprising the frequency of resonance expected for the first resonance peak and making it possible to cover, at a minimum , a range of variation of the resonance frequency of the first resonance peak expected for a maximum concentration of the expected analyte. Generally, in order to ensure good monitoring of the maximum vibration amplitude of the taut string 210, this frequency range is wider than the range of variation of the resonance frequency of the first expected resonance peak.
Ainsi, selon la possibilité (ii), l’unité de contrôle et d’analyse 400 peut déterminer à partir du premier signal de mesure fourni par le premier capteur 240 lors de l’application de la première excitation une amplitude de vibration maximale de la première corde tendue 210. A partir de cette amplitude et de l’excitation appliquée par l’actionneur 230 correspondant, il est possible de calculer un gain maximal. Or, un tel gain maximal est directement proportionnel au facteur de qualité du pic de résonnance.Thus, according to possibility (ii), the control and analysis unit 400 can determine from the first measurement signal supplied by the first sensor 240 during the application of the first excitation a maximum vibration amplitude of the first stretched string 210. From this amplitude and from the excitation applied by the corresponding actuator 230, it is possible to calculate a maximum gain. However, such a maximum gain is directly proportional to the quality factor of the resonance peak.
A partir de la grandeur proportionnelle au facteur de qualité déterminée par l’unité de contrôle et d’analyse 400, l’unité de contrôle et d’analyse est apte à déterminer la présence et/ou un dosage dudit analyte dans le milieu gazeux 2.From the magnitude proportional to the quality factor determined by the control and analysis unit 400, the control and analysis unit is able to determine the presence and/or a dosage of said analyte in the gaseous medium 2 .
En effet, quelle que soit la possibilité de détermination d’une grandeur proportionnelle au facteur de qualité, les inventeurs ont identifié qu’avec un facteur de qualité supérieur à 1000 voire à 2000, ou de manière préférentielle à 4000, il était possible de détecter et/ou doser l’analyte, ici l’hydrogène, ceci avec une dépendance particulièrement réduite à la température. La mesure, notamment lorsqu’il s’agit d’un dosage, obtenue selon le principe de l’invention, est donc particulièrement robuste et précise.Indeed, whatever the possibility of determining a magnitude proportional to the quality factor, the inventors have identified that with a quality factor greater than 1000 or even 2000, or preferably 4000, it was possible to detect and/or metering the analyte, here hydrogen, this with a particularly reduced dependence on temperature. The measurement, in particular when it is a dosage, obtained according to the principle of the invention, is therefore particularly robust and precise.
On notera que dans ce premier mode de réalisation et selon une possibilité avantageuse de l’invention, l’unité de contrôle et d’analyse 400 est configurée conformément à la possibilité (ii) et est donc adaptée pour déterminer un gain à une fréquence donnée.It will be noted that in this first embodiment and according to an advantageous possibility of the invention, the control and analysis unit 400 is configured in accordance with possibility (ii) and is therefore adapted to determine a gain at a given frequency .
On notera également que, selon une possibilité de l’invention dans laquelle le gaz peut être soumis à variation importante de température, typiquement supérieure à 50°C, le système de détection chimique 1 peut comporter un capteur de température afin de compenser la variation de température afin d’optimiser la sensibilité du détecteur chimique selon l’invention. En effet, comme cela est montré ci-après, même si un système de détection chimique 1 présente une influence de la température réduite vis-à-vis des systèmes de détection à corde vibrante de l’art antérieur, cette influence est néanmoins non nulle. Ainsi, en compensant cette influence de la température à partir d’un capteur de température, il est possible d’optimiser la sensibilité du détecteur chimique. On notera que dans le présent mode de réalisation, chacun du premier actionneur 230 et du premier capteur 240 peut fournir une telle mesure de température et ainsi former un tel capteur de température.It will also be noted that, according to one possibility of the invention in which the gas can be subjected to a significant variation in temperature, typically greater than 50° C., the chemical detection system 1 can comprise a temperature sensor in order to compensate for the variation in temperature in order to optimize the sensitivity of the chemical detector according to the invention. Indeed, as shown below, even if a chemical detection system 1 has a reduced temperature influence compared to the vibrating wire detection systems of the prior art, this influence is nevertheless not zero. . Thus, by compensating for this temperature influence from a temperature sensor, it is possible to optimize the sensitivity of the chemical detector. It will be noted that in the present embodiment, each of the first actuator 230 and the first sensor 240 can provide such a temperature measurement and thus form such a temperature sensor.
Un tel système de détection chimique 1 permet la mise en œuvre d’un procédé de détection et/ou dosage d’un analyte comprenant les étapes suivantes:
- application d’une excitation à la première corde tendue 210 du premier détecteur chimique 200 à corde vibrante alors que la première corde tendue 210 est en contact avec le milieu gazeux 2, ladite corde tendue 210 présentant au moins un premier pic de résonnance avec un facteur de qualité supérieur ou égal à 1000 voire à 2000, ou encore, de manière préférentielle, à 4000,
- mesure d’une caractéristique vibrationnelle de la première corde tendue 210 à partir du déplacement de la première corde tendue 210 résultant de ladite première excitation,
- détermination à partir de la caractéristique vibrationnelle d’une grandeur proportionnelle au facteur de qualité du premier pic de résonnance de la première corde tendue 210,
- détermination de la présence, et/ou dosage, de l’analyte dans le milieu gazeux 2 à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité.Such a chemical detection system 1 allows the implementation of a method for detecting and/or assaying an analyte comprising the following steps:
- application of an excitation to the first stretched string 210 of the first chemical detector 200 with vibrating string while the first stretched string 210 is in contact with the gaseous medium 2, said stretched string 210 exhibiting at least a first resonance peak with a quality factor greater than or equal to 1000 or even 2000, or even, preferably, 4000,
- measurement of a vibrational characteristic of the first taut string 210 from the displacement of the first taut string 210 resulting from said first excitation,
- determination from the vibrational characteristic of a magnitude proportional to the quality factor of the first resonance peak of the first stretched string 210,
- determination of the presence, and/or dosage, of the analyte in the gaseous medium 2 from said magnitude proportional to the quality factor.
Afin de montrer l’avantage d’un détecteur chimique selon l’invention vis-à-vis d’un détecteur chimique de l’art antérieur basé sur une corde tendue, les inventeurs ont comparé les signaux de mesure obtenus avec un détecteur chimique selon l’art antérieur, illustrés graphiquement sur les figures 2A et 2B avec ceux obtenus avec un détecteur chimique selon l’invention, illustrés graphiquement sur les figures 3A et 3B ceci pour deux températures différentes afin d’illustrer les avantages liés à l’invention. On notera que, concernant les signaux du détecteur selon l’invention, conformément à ce premier mode réalisation, c’est la possibilité (ii) qui a été retenue et c’est le gain maximal (G) qui est montré sur les figures 3A et 3B. Il est à noter que dans le cadre de ces deux types de mesure aucune compensation de la variation de température n’a été utilisée.In order to show the advantage of a chemical detector according to the invention vis-à-vis a chemical detector of the prior art based on a stretched cord, the inventors compared the measurement signals obtained with a chemical detector according to the prior art, illustrated graphically in FIGS. 2A and 2B with those obtained with a chemical detector according to the invention, illustrated graphically in FIGS. 3A and 3B, this for two different temperatures in order to illustrate the advantages associated with the invention. It will be noted that, concerning the signals of the detector according to the invention, in accordance with this first embodiment, it is possibility (ii) which has been retained and it is the maximum gain (G) which is shown in FIGS. 3A and 3B. It should be noted that in the context of these two types of measurement, no compensation for the temperature variation was used.
Dans le cadre d’une telle comparaison de l’art antérieur et de l’invention, le premier détecteur chimique 200 comporte une première corde tendue 210 en acier avec un diamètre de corde de 0,25mm de diamètre présentant une fréquence de résonnance de 777Hz avec un facteur de qualité de 2050. Dans le cadre de la mesure du gain maximum selon le principe de l’invention et dans le cadre de la mesure de la fréquence de résonnance selon le principe de l’art antérieur, la fréquence d’excitation a été balayée sur une plage allant de 300 à 1800Hz.In the context of such a comparison of the prior art and the invention, the first chemical detector 200 comprises a first stretched string 210 made of steel with a string diameter of 0.25mm in diameter having a resonance frequency of 777Hz with a quality factor of 2050. In the context of the measurement of the maximum gain according to the principle of the invention and in the context of the measurement of the resonance frequency according to the principle of the prior art, the excitation frequency was swept over a range from 300 to 1800Hz.
Ainsi, comme illustré sur les figures 2A à 3B, le premier détecteur chimique 200 a été soumis à milieu gazeux 2 constitué principalement d’azote et dans lequel une proportion d’hydrogène est ajoutée par moment, cette proportion d’hydrogène, en pourcentage volumique, étant tour à tour passée à 4%Vol, 2%Vol, 1%Vol et 0,6%Vol (plages illustrées par les flèches H24%, H22%, H21% et H20.6%). Entre deux ajouts, le milieu gazeux 2 est purgé afin de ramener le pourcentage volumique d’hydrogène à 0.Thus, as illustrated in FIGS. 2A to 3B, the first chemical detector 200 has been subjected to a gaseous medium 2 consisting mainly of nitrogen and in which a proportion of hydrogen is added at times, this proportion of hydrogen, in volume percentage , being in turn increased to 4%Vol, 2%Vol, 1%Vol and 0.6%Vol (ranges illustrated by the arrows H 2 4%, H 2 2%, H 2 1% and H 2 0.6%) . Between two additions, the gaseous medium 2 is purged in order to bring the volume percentage of hydrogen to 0.
Cette soumission a été réalisée à deux températures différentes, à savoir 23°C pour les mesures illustrées sur les figures 2A et 3A et 50°C pour celles illustrées sur les figures 2B et 3B.This submission was carried out at two different temperatures, namely 23°C for the measurements illustrated in Figures 2A and 3A and 50°C for those illustrated in Figures 2B and 3B.
On peut donc voir sur les figures 2A et 2B que, quelle que soit la température, avec le principe de l’art antérieur, la dérive en température à laquelle est soumise le premier détecteur chimique 200 ne permet pas l’identification d’une quelconque variation de la proportion d’hydrogène. Ainsi l’influence de la température prépondérante rend impossible, en l’absence de compensation de la dérive en température, toute mesure quantitative d’hydrogène et rend même difficile la détection d’hydrogène.It can therefore be seen in FIGS. 2A and 2B that, whatever the temperature, with the principle of the prior art, the temperature drift to which the first chemical detector 200 is subjected does not allow the identification of any change in the proportion of hydrogen. Thus the influence of the preponderant temperature makes it impossible, in the absence of compensation for the temperature drift, any quantitative measurement of hydrogen and even makes it difficult to detect hydrogen.
Par contre, dans le cadre de l’invention, comme le montrent les figures 3A et 3B, on observe que la dérive thermique est relativement faible, ceci quelle que soit la température, et qu’il est possible d’identifier pour chaque proportion d’hydrogène un palier distinct. Ainsi, il est possible selon l’invention, ceci sans nécessiter de compensation thermique, de détecter la présence d’hydrogène, les paliers se détachant parfaitement du bruit, et même de déterminer la quantité d’hydrogène présent dans le milieu gazeux 2.On the other hand, in the context of the invention, as shown in FIGS. 3A and 3B, it is observed that the thermal drift is relatively low, this whatever the temperature, and that it is possible to identify for each proportion of hydrogen a separate bearing. Thus, it is possible according to the invention, this without requiring thermal compensation, to detect the presence of hydrogen, the bearings standing out perfectly from the noise, and even to determine the quantity of hydrogen present in the gaseous medium 2.
Néanmoins, si le principe de mesure selon l’invention permet de limiter l’influence de la température, il ne permet pas de totalement supprimer cette influence. Ainsi, pour illustrer ce phénomène, la figure 3C montre la variation du gain maximal ΔG en % obtenue en fonction de la proportion d’hydrogène à trois températures différentes, 25°C (511), 50°C (512) et 80°C (513). Sur la base de telles mesures, il est donc parfaitement envisageable, selon le principe de l’invention, de coupler la mesure selon l’invention à une compensation thermique. De cette manière, dans le cas où une mesure fine de la quantité d’analyte présente dans le milieu gazeux 2 et d’une variation de température relativement importante, une telle compensation thermique peut être réalisée à partir d’une mesure de température par exemple offerte par l’un du premier actionneur 230 et du premier capteur 240.Nevertheless, if the principle of measurement according to the invention makes it possible to limit the influence of the temperature, it does not make it possible to completely eliminate this influence. Thus, to illustrate this phenomenon, figure 3C shows the variation of the maximum gain ΔG in % obtained as a function of the proportion of hydrogen at three different temperatures, 25°C (511), 50°C (512) and 80°C (513). On the basis of such measurements, it is therefore perfectly possible, according to the principle of the invention, to couple the measurement according to the invention to thermal compensation. In this way, in the case where a fine measurement of the quantity of analyte present in the gaseous medium 2 and of a relatively large temperature variation, such thermal compensation can be carried out from a temperature measurement for example offered by one of the first actuator 230 and the first sensor 240.
Afin de démontrer l’application de l’invention à un autre type d’analyte, les inventeurs ont réalisé le même type de démonstration en soumettant le même premier détecteur chimique 200 à un milieu gazeux 2 constitué principalement d’azote et dans lequel une proportion d’hélium a été ajoutée par moment, cette proportion d’hélium, en pourcentage volumique, étant tour à tour passée à 80%Vol, 40%Vol, 20%Vol, 10%Vol et 5%Vol. Entre deux ajouts, le milieu gazeux 2 est purgé afin de ramener le pourcentage volumique d’hélium à 0 et la température du milieu été fixée à 23°C.In order to demonstrate the application of the invention to another type of analyte, the inventors carried out the same type of demonstration by subjecting the same first chemical detector 200 to a gaseous medium 2 consisting mainly of nitrogen and in which a proportion of helium was added from time to time, this proportion of helium, in percentage by volume, being alternately increased to 80%Vol, 40%Vol, 20%Vol, 10%Vol and 5%Vol. Between two additions, the gaseous medium 2 is purged in order to bring the volume percentage of helium to 0 and the temperature of the medium has been set at 23°C.
Afin d’illustrer l’avantage du procédé de l’invention vis-à-vis de la méthode de suivi de la fréquence du pic de résonnance usuellement utilisée dans le cadre d’un système de l’art antérieur, les inventeurs ont suivi lors de ces mesures, la variation du gain maximal ΔG, le résultat étant montré sur la figure 4A, et la fréquence du pic de résonnance, le résultat étant montré sur la figure 4B.In order to illustrate the advantage of the method of the invention vis-à-vis the method of monitoring the frequency of the resonance peak usually used in the context of a system of the prior art, the inventors followed during of these measurements, the variation of the maximum gain ΔG, the result being shown in FIG. 4A, and the frequency of the resonance peak, the result being shown in FIG. 4B.
D’une manière identique pour la démonstration faite pour l’hydrogène, on peut noter qu’avec la mesure de la variation du gain maximale ΔG les différents paliers de proportion d’hélium sont parfaitement identifiables et qu’il est donc possible de déterminer la présence d’hélium dans le milieu gazeux et d’en déduire une proportion.In the same way for the demonstration made for hydrogen, it can be noted that with the measurement of the variation of the maximum gain ΔG the different levels of helium proportion are perfectly identifiable and that it is therefore possible to determine the presence of helium in the gaseous medium and to deduce a proportion.
En ce qui concerne le suivi de de la fréquence du pic de résonnance mis en œuvre dans le cadre de l’art antérieur, on remarque que si la dérive en fréquence semble moins prépondérante que dans le cadre de la détection/dosage de l’hydrogène, la dérive en température reste importante puisque l’on observe, sur toute la durée de la mesure, une variation de fréquence pour le milieu gazeux 2 sans hélium d’une amplitude supérieure au palier de 80% d’hélium.With regard to the monitoring of the frequency of the resonance peak implemented in the context of the prior art, it is noted that if the frequency drift seems less predominant than in the context of the detection/dosage of hydrogen , the temperature drift remains significant since, over the entire duration of the measurement, a frequency variation is observed for the gaseous medium 2 without helium of an amplitude greater than the 80% helium plateau.
Ainsi, que ce doit dans le cadre de l’hydrogène en tant qu’analyte ou l’hélium en tant qu’analyte, le procédé selon l’invention permet de discriminer des concentrations relativement faibles de l’analyte dans le milieu gazeux 2 vis-à-vis d’un procédé selon l’art antérieur.Thus, whether in the context of hydrogen as analyte or helium as analyte, the method according to the invention makes it possible to discriminate relatively low concentrations of the analyte in the gaseous medium 2 vis -à-vis a method according to the prior art.
D’une manière identique, afin de montrer qu’un détecteur chimique peut également être utilisé pour des analytes moléculaires, les inventeurs ont réalisé le même type de mesure en soumettant le même premier détecteur chimique 200 au milieu gazeux 2 constitué principalement d’azote et dans lequel une proportion de méthane a été ajoutée par moment, cette proportion de méthane, en pourcentage volumique, étant tour à tour passée à 10%Vol, 5%Vol, 3%Vol, 1%Vol et 0,2%Vol pour une seule température de 50°C (les plages d’ajouts étant figurées au moyen de flèches correspondantes). Entre deux ajouts, le milieu gazeux 2 est purgé afin de ramener le pourcentage volumique de méthane à 0. Lors de ces ajouts, les inventeurs ont à la fois enregistré, selon le principe de l’invention, la variation du gain maximal, et, selon le principe de l’art antérieur, la variation de la fréquence de résonnance. Ces mesures sont respectivement montrées sur les figures 5A et 5B.In an identical manner, in order to show that a chemical detector can also be used for molecular analytes, the inventors carried out the same type of measurement by subjecting the same first chemical detector 200 to the gaseous medium 2 consisting mainly of nitrogen and in which a proportion of methane has been added at times, this proportion of methane, in percentage by volume, being alternately increased to 10%Vol, 5%Vol, 3%Vol, 1%Vol and 0.2%Vol for a a single temperature of 50° C. (the ranges of additions being represented by means of corresponding arrows). Between two additions, the gaseous medium 2 is purged in order to reduce the volume percentage of methane to 0. During these additions, the inventors both recorded, according to the principle of the invention, the variation of the maximum gain, and, according to the principle of the prior art, the variation of the resonance frequency. These measurements are respectively shown in Figures 5A and 5B.
De la même manière que pour l’hydrogène et l’hélium, ces mesures effectuées par les inventeurs montrent que les mesures selon le principe de l’invention, illustrées sur la figure 5A, permettent bien d’identifier les différents ajouts de méthane, mis-à-part, le palier correspondant à 0,2%Vol de méthane alors que dans le cas de l’art antérieur, comme le montre la figure 5B, aucun palier n’est identifiable en raison de la dérive thermique. Ainsi les mesures selon l’invention permettent également, pour le méthane, d’envisager une mesure quantitative sans compensation thermique contrairement aux mesures selon l’art antérieur pour lesquelles cela est clairement inenvisageable.In the same way as for hydrogen and helium, these measurements carried out by the inventors show that the measurements according to the principle of the invention, illustrated in FIG. 5A, do make it possible to identify the various additions of methane, put -apart, the level corresponding to 0.2% Vol of methane whereas in the case of the prior art, as shown in FIG. 5B, no level is identifiable due to the thermal drift. Thus the measurements according to the invention also make it possible, for methane, to envisage a quantitative measurement without thermal compensation, unlike the measurements according to the prior art for which this is clearly unthinkable.
La figure 6 illustre un système de détection selon un exemple de mise en œuvre pratique du premier mode de réalisation de l’invention. Selon cet exemple de mise en œuvre le corps 1 est cylindrique avec une cavité de détection 22 centrale. Ladite cavité de détection 22 présentant une ouverture sur un côté du corps 20 pour le placement d’un organe de maintien d’une extrémité de la corde tendue 210.FIG. 6 illustrates a detection system according to an example of practical implementation of the first embodiment of the invention. According to this example of implementation the body 1 is cylindrical with a central detection cavity 22 . Said detection cavity 22 having an opening on one side of the body 20 for the placement of a member for holding one end of the taut rope 210.
La cavité de détection 22 présente également un orifice pour le passage de la bobine d’actionnement 230 et un orifice pour le passage de la bobine de mesure 240. Cette même cavité de détection 22 comporte également deux canaux de communication 225 pour mettre en relation la corde tendue de détection 210 avec le milieu gazeux 2.The detection cavity 22 also has an orifice for the passage of the actuating coil 230 and an orifice for the passage of the measurement coil 240. This same detection cavity 22 also comprises two communication channels 225 to connect the taut detection rope 210 with the gaseous medium 2.
Ainsi la corde tendue de détection 210 est tendue dans la cavité de détection 22, une extrémité maintenue par l’organe de maintien 26 et l’autre extrémité fixée à l’extrémité de la cavité de détection 22 opposée à l’ouverture 215.Thus the taut detection cord 210 is stretched in the detection cavity 22, one end held by the holding member 26 and the other end fixed to the end of the detection cavity 22 opposite the opening 215.
Le fonctionnement d’un détecteur chimique 1 selon cet exemple de mise en œuvre du premier mode de réalisation est, bien entendu, identique à celui d’un détecteur chimique selon le premier mode de réalisation.The operation of a chemical detector 1 according to this example of implementation of the first embodiment is, of course, identical to that of a chemical detector according to the first embodiment.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 7, le système de détection chimique 1 peut comporter une détection chimique redondante en comportant un premier détecteur chimique 200 à corde vibrante selon l’invention et un deuxième détecteur chimique 300 à corde vibrante selon l’art antérieur.According to a second embodiment illustrated in FIG. 7, the chemical detection system 1 can comprise redundant chemical detection by comprising a first vibrating-wire chemical detector 200 according to the invention and a second vibrating-wire chemical detector 300 according to the prior art.
Ainsi un système de détection 1 selon ce deuxième mode de réalisation se différencie d’un système de détection 1 selon le premier mode de réalisation en ce qu’il comporte, outre le premier détecteur chimique 200 à corde vibrante, un deuxième détecteur chimique 300 à corde vibrante, et en ce que l’unité de commande et d’analyse 400 est adaptée pour également interroger le deuxième détecteur chimique 300.Thus a detection system 1 according to this second embodiment differs from a detection system 1 according to the first embodiment in that it comprises, in addition to the first chemical detector 200 with vibrating wire, a second chemical detector 300 with vibrating wire, and in that the control and analysis unit 400 is adapted to also interrogate the second chemical detector 300.
Le deuxième détecteur chimique 300 à corde vibrante comprend une deuxième corde tendue 310 agencée dans un logement communiquant avec le milieu gazeux 2, un deuxième actionneur 330 configuré pour appliquer une deuxième excitation mécanique à la deuxième corde tendue 310 afin de la mettre en vibration, et un premier capteur 340 configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la deuxième corde tendue 310 à partir du déplacement de la deuxième corde tendue 310 résultant de ladite deuxième excitation, le premier capteur 340 étant en outre configuré pour délivrer un premier signal de mesure correspondant à ladite caractéristique vibrationnelle mesurée.The second chemical detector 300 with vibrating string comprises a second stretched string 310 arranged in a housing communicating with the gaseous medium 2, a second actuator 330 configured to apply a second mechanical excitation to the second stretched string 310 in order to set it in vibration, and a first sensor 340 configured to measure a vibrational characteristic of the second taut string 310 from the displacement of the second taut string 310 resulting from said second excitation, the first sensor 340 being further configured to deliver a first measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic.
Le deuxième détecteur chimique 300 comporte un corps 30 délimitant une deuxième cavité de détection 32. Le corps 30 comporte un fond 301 et des parois s’étendant à partir du fond 301, seules deux parois latérales 302 étant représentées.The second chemical detector 300 comprises a body 30 delimiting a second detection cavity 32. The body 30 comprises a bottom 301 and walls extending from the bottom 301, only two side walls 302 being shown.
La deuxième cavité de détection 32 loge la deuxième corde tendue 310, le deuxième actionneur 330 et le deuxième capteur 340.The second detection cavity 32 houses the second taut string 310, the second actuator 330 and the second sensor 340.
Selon l’invention, la deuxième corde tendue 310 peut avoir des caractéristiques vibrationnelles identiques ou différentes de celles de la première corde tendue 210.According to the invention, the second tight string 310 can have identical or different vibrational characteristics from those of the first tight string 210.
Comme le montre la figure 7, le deuxième actionneur 330 est fourni par une bobine électromagnétique d’actionnement adaptée pour actionner la deuxième corde tendue 310. Le deuxième capteur 340 est fourni par une bobine électromagnétique de mesure.As shown in Figure 7, the second actuator 330 is provided by an electromagnetic actuation coil adapted to actuate the second taut string 310. The second sensor 340 is provided by an electromagnetic measurement coil.
Le deuxième détecteur chimique 300 est, notamment par l’intermédiaire du deuxième actionneur 330 et du deuxième capteur 340, connecté à l’unité de commande et d’analyse 400.The second chemical detector 300 is, in particular via the second actuator 330 and the second sensor 340, connected to the control and analysis unit 400.
L’unité de commande et d’analyse 400 est en outre configurée pour commander le deuxième actionneur 330 afin d’appliquer une deuxième excitation mécanique à la deuxième corde tendue 210 et pour analyser au moins un deuxième signal de mesure fourni par le deuxième capteur 340.The control and analysis unit 400 is further configured to control the second actuator 330 in order to apply a second mechanical excitation to the second stretched string 210 and to analyze at least a second measurement signal supplied by the second sensor 340 .
Selon le principe de l’art antérieur, le signal de mesure fourni par le deuxième capteur 340 peut être, par exemple, un signal de mesure proportionnel à l’amplitude de vibration de la deuxième corde tendue 310 correspondante en réponse à l’excitation appliquée par l’actionneur 330 correspondant ou un signal proportionnel au déplacement de la deuxième corde tendue 310.According to the principle of the prior art, the measurement signal provided by the second sensor 340 can be, for example, a measurement signal proportional to the vibration amplitude of the corresponding second stretched string 310 in response to the excitation applied. by the corresponding actuator 330 or a signal proportional to the movement of the second taut string 310.
Selon une possibilité de ce deuxième mode de réalisation, la deuxième corde tendue peut comporter au moins une portion (non illustrée) comportant un matériau sensible à l’analyte. Ainsi, dans le cas où l’analyte serait de l’hydrogène, le matériau sensible peut être un matériau dont les propriétés sont altérées lors de l’interaction avec l’hydrogène, tel que le palladium (Pd), le platine (Pt), le tantale (Ta), le zirconium (Zr) ou tout autre matériau précipitant sous forme d’hydrure en présence d’hydrogène, ou tel qu’un métal comme le fer (Fe) ou les aciers dont l’interaction avec l’hydrogène peut endommager le réseau cristallin et le fragiliser. Selon cette même possibilité, le matériau sensible peut également être un matériau favorisant l’adsorption de l’hydrogène, tel que le titane (Ti).According to one possibility of this second embodiment, the second stretched cord may comprise at least one portion (not shown) comprising a material sensitive to the analyte. Thus, in the case where the analyte is hydrogen, the sensitive material can be a material whose properties are altered when interacting with hydrogen, such as palladium (Pd), platinum (Pt) , tantalum (Ta), zirconium (Zr) or any other material which precipitates in the form of hydride in the presence of hydrogen, or such as a metal such as iron (Fe) or steels whose interaction with hydrogen can damage the crystal lattice and weaken it. According to this same possibility, the sensitive material can also be a material promoting the adsorption of hydrogen, such as titanium (Ti).
Pour un matériau sensible ne présentant pas de propriétés magnétiques, la corde tendue de détection 210 présente au moins une portion dans un matériau possédant des propriétés magnétiques, le matériau sensible pouvant être, soit une autre portion de la corde tendue de détection 210, soit un revêtement de cette dernière. Un tel deuxième détecteur chimique 300 permet de fournir une détection et/ou analyse redondante de l’hydrogène assurant ainsi une détection redondante de l’hydrogène.For a sensitive material not having magnetic properties, the taut detection cord 210 has at least one portion in a material having magnetic properties, the sensitive material possibly being either another portion of the taut detection cord 210, or a coating of the latter. Such a second chemical detector 300 makes it possible to provide redundant detection and/or analysis of hydrogen, thus ensuring redundant detection of hydrogen.
Bien entendu, en variante à ce deuxième mode de réalisation, non illustrée, il est également possible d’associer le premier détecteur chimique 200 à un deuxième détecteur chimique selon l’invention.Of course, as a variant of this second embodiment, not illustrated, it is also possible to associate the first chemical detector 200 with a second chemical detector according to the invention.
L’unité de commande et d’analyse 400 est adaptée pour interroger chacun du premier et du deuxième détecteur chimique 200, 300 selon, pour le premier détecteur chimique 200, un procédé conforme au principe de l’invention et similaire à celui décrit dans le cadre du premier mode de réalisation et, pour le deuxième détecteur chimique 300, selon un procédé conforme à l’art antérieur. Pour se faire, l’unité de commande et d’analyse peut être fournie par une électronique dédiée unique ou encore par deux sous-unités correspondant respectivement au premier et au deuxième détecteur chimique 200, 300.The control and analysis unit 400 is adapted to interrogate each of the first and second chemical detectors 200, 300 according to, for the first chemical detector 200, a method in accordance with the principle of the invention and similar to that described in the framework of the first embodiment and, for the second chemical detector 300, according to a method in accordance with the prior art. To do this, the control and analysis unit can be provided by a single dedicated electronics or even by two sub-units corresponding respectively to the first and to the second chemical detector 200, 300.
On notera qu’en variante non illustrée à ce deuxième mode de réalisation, le premier et le deuxième détecteur chimique 200, 300 peuvent être monoblocs et comporter un unique corps mutualisé. Selon une telle variante le corps délimite alors la première cavité 22 dite de détection, appartenant au premier détecteur chimique 200 et la deuxième cavité 32 appartenant au deuxième détecteur chimique 300. Selon une possibilité de cette variante, le corps peut être muni d’un noyau de rigidification afin d’assurer que la contrainte appliquée à chacune des première et deuxième cordes tendues 210, 310 soit sensiblement constante.It will be noted that in a variant not illustrated to this second embodiment, the first and the second chemical detector 200, 300 can be in one piece and comprise a single pooled body. According to such a variant, the body then delimits the first so-called detection cavity 22, belonging to the first chemical detector 200 and the second cavity 32 belonging to the second chemical detector 300. According to one possibility of this variant, the body can be provided with a core stiffening to ensure that the stress applied to each of the first and second stretched strings 210, 310 is substantially constant.
Selon un troisième mode de réalisation, le système de détection chimique 1 peut en outre comporter, comme illustré sur la figure 8, un troisième capteur 600 apte à fournir un signal de référence.According to a third embodiment, the chemical detection system 1 can also comprise, as illustrated in FIG. 8, a third sensor 600 capable of supplying a reference signal.
Ainsi un système de détection 1 selon ce troisième mode de réalisation se différencie d’un système de détection 1 selon le premier mode de réalisation en ce qu’il comporte, outre le premier détecteur chimique 200 à corde vibrante un troisième détecteur chimique 600 à corde vibrante, et en ce que l’unité de commande et d’analyse 400 est adaptée pour également interroger le troisième détecteur chimique 600 afin de fournir une référence vibrationnelle en l’absence d’analyte et pour corriger la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux 2 à partir de ladite référence vibrationnelle.Thus a detection system 1 according to this third embodiment differs from a detection system 1 according to the first embodiment in that it comprises, in addition to the first chemical detector 200 with vibrating wire, a third chemical detector 600 with vibrating wire vibration, and in that the control and analysis unit 400 is adapted to also interrogate the third chemical detector 600 in order to provide a vibrational reference in the absence of analyte and to correct the determination of the presence and/or the assay of the analyte in the gaseous medium 2 from said vibrational reference.
Le troisième détecteur 600 à corde vibrante comprend un logement 62 hermétique au milieu gazeux et une troisième corde tendue 610 agencée dans ledit logement 62 sans communication avec le milieu gazeux 2, un troisième actionneur 630 configuré pour appliquer une troisième excitation mécanique à la troisième corde tendue 610 afin de la mettre en vibration, et un troisième capteur 640 configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la troisième corde tendue 610 à partir du déplacement de la troisième corde tendue 610 résultant de ladite troisième excitation, le troisième capteur 640 étant en outre configuré pour délivrer un troisième signal de mesure correspondant à ladite caractéristique vibrationnelle mesurée.The third vibrating string detector 600 comprises a housing 62 hermetic to the gaseous medium and a third stretched string 610 arranged in said housing 62 without communication with the gaseous medium 2, a third actuator 630 configured to apply a third mechanical excitation to the third stretched string 610 to vibrate it, and a third sensor 640 configured to measure a vibrational characteristic of the third taut string 610 from the displacement of the third taut string 610 resulting from said third excitation, the third sensor 640 being further configured to delivering a third measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic.
Le troisième détecteur 600 comporte un corps 60 délimitant une deuxième cavité de détection faisant office de logement 62 hermétique. Le corps 60 comporte un fond 601 et des parois s’étendant à partir du fond 601, seules deux parois latérales 602 étant représentées.The third detector 600 comprises a body 60 delimiting a second detection cavity acting as a sealed housing 62. The body 60 has a bottom 601 and walls extending from the bottom 601, only two side walls 602 being shown.
Le logement 62 loge la troisième corde tendue 610, le troisième actionneur 630 et le troisième capteur 340.Housing 62 houses the third taut string 610, the third actuator 630 and the third sensor 340.
Selon l’invention, la troisième corde tendue 610 présente des caractéristiques vibrationnelles identiques ou différentes de celles de la première corde tendue 210. Autrement dit, la troisième corde tendue 610 présente une configuration sensiblement identique de manière à ce que la troisième corde tendue 610 présente le premier pic de résonnance avec un facteur de qualité sensiblement identique à celle de la première corde tendue 210,According to the invention, the third stretched string 610 has identical or different vibrational characteristics from those of the first stretched string 210. In other words, the third stretched string 610 has a substantially identical configuration so that the third stretched string 610 has the first resonance peak with a quality factor substantially identical to that of the first stretched string 210,
Comme le montre la figure 8, le troisième actionneur 630 est fourni par une bobine électromagnétique d’actionnement adaptée pour actionner la troisième corde tendue 610. Le troisième capteur 640 est fourni par une bobine électromagnétique de mesure.As shown in Figure 8, the third actuator 630 is provided by an electromagnetic actuation coil adapted to actuate the third taut string 610. The third sensor 640 is provided by an electromagnetic measurement coil.
Le troisième détecteur 600 est, notamment par l’intermédiaire du troisième actionneur 630 et du troisième capteur 640, connecté à l’unité de commande et d’analyse 400.The third detector 600 is, in particular via the third actuator 630 and the third sensor 640, connected to the control and analysis unit 400.
L’unité de commande et d’analyse 400 est en outre configurée pour commander le troisième actionneur 630 afin d’appliquer une troisième excitation mécanique à la troisième corde tendue 610 et pour analyser au moins un troisième signal de mesure fourni par le troisième capteur 640.The control and analysis unit 400 is further configured to control the third actuator 630 in order to apply a third mechanical excitation to the third stretched string 610 and to analyze at least a third measurement signal supplied by the third sensor 640 .
Une telle interrogation du troisième détecteur permet de déterminer un signal vibrationnel de référence permettant de fournir une référence aux mesures effectuées à partir du premier détecteur chimique 200. Une telle possibilité est en effet particulièrement intéressante dans le cadre d’un système de détection destiné à être utilisé sur plusieurs dizaines d’années, voire une centaines d’années, pendant lesquelles le premier détecteur chimique 200 est destiné à évoluer et risque donc de présenter, en raison de cette évolution, un décalage du facteur de qualité du premier pic de résonnance.Such interrogation of the third detector makes it possible to determine a reference vibrational signal making it possible to provide a reference to the measurements carried out from the first chemical detector 200. Such a possibility is in fact particularly interesting in the context of a detection system intended to be used over several tens of years, even a hundred years, during which the first chemical detector 200 is intended to evolve and therefore runs the risk of exhibiting, due to this evolution, a shift in the quality factor of the first resonance peak.
On notera que, de plus, dans le cadre d’un tel troisième mode de réalisation, conformément à la possibilité dans laquelle le système de détection chimique 1 comprend un capteur de température, il est envisageable que le troisième capteur forme le capteur de température. En effet, conformément au fonctionnement des détecteurs à corde vibrante, il est envisageable d’utiliser la variation de la fréquence de résonnance de la troisième corde tendue pour déterminer une température du troisième détecteur 600.It will be noted that, moreover, within the framework of such a third embodiment, in accordance with the possibility in which the chemical detection system 1 comprises a temperature sensor, it is possible that the third sensor forms the temperature sensor. Indeed, in accordance with the operation of vibrating-wire detectors, it is possible to use the variation of the resonance frequency of the third stretched string to determine a temperature of the third detector 600.
Selon cette possibilité, il est envisageable d’interroger le troisième détecteur 600 ponctuellement pour corriger régulièrement le signal de référence du premier détecteur chimique 200, cette interrogation troisième détecteur 600 pouvant être réalisée, par exemple, une fois par jour, une fois par semaine, voire une fois par mois. Il est également envisageable, dans le cas où le premier détecteur chimique 200 n’est interrogé que ponctuellement, par exemple juste avant qu’un opérateur rentre dans une pièce susceptible d’être contaminée par l’analyte, que l’interrogation du troisième détecteur 600 soit préalable à celle du premier détecteur afin de fournir le signal de référence pour l’interrogation du premier détecteur chimique 200 afin de détecter l’éventuelle présence de l’analyte.According to this possibility, it is possible to interrogate the third detector 600 occasionally to regularly correct the reference signal of the first chemical detector 200, this third detector interrogation 600 being able to be carried out, for example, once a day, once a week, even once a month. It is also possible, in the case where the first chemical detector 200 is interrogated only occasionally, for example just before an operator enters a room likely to be contaminated by the analyte, that the interrogation of the third detector 600 is prior to that of the first detector in order to supply the reference signal for the interrogation of the first chemical detector 200 in order to detect the possible presence of the analyte.
L’unité de commande et d’analyse 400 est adaptée pour interroger chacun du premier et du troisième détecteur 200, 600 selon un procédé conforme au principe de l’invention et similaire à celui décrit dans le cadre du premier mode de réalisation. Pour se faire, l’unité de commande et d’analyse peut être fournie par une électronique dédiée unique ou encore par deux sous-unités correspondant respectivement au premier et au troisième détecteur 200, 600.The control and analysis unit 400 is adapted to interrogate each of the first and third detectors 200, 600 according to a method in accordance with the principle of the invention and similar to that described in the context of the first embodiment. To do this, the control and analysis unit can be provided by a single dedicated electronics or even by two sub-units corresponding respectively to the first and to the third detector 200, 600.
On notera qu’en variante non illustrée à ce troisième mode de réalisation, le premier détecteur chimique 200 et le troisième détecteur 600 peuvent être monoblocs et comporter un unique corps mutualisé. Selon une telle variante le corps délimite alors la première cavité 22 dite de détection, appartenant au premier détecteur chimique 200 et la troisième cavité 62, hermétique au milieu gazeux, appartenant au troisième détecteur chimique 600. Selon une possibilité de cette variante, le corps peut être muni d’un noyau de rigidification afin d’assurer que la contrainte appliquée à chacune des première et deuxième cordes tendues 210, 610 soit sensiblement constante.It will be noted that in a variant not illustrated to this third embodiment, the first chemical detector 200 and the third detector 600 can be in one piece and comprise a single pooled body. According to such a variant, the body then delimits the first so-called detection cavity 22, belonging to the first chemical detector 200 and the third cavity 62, hermetic to the gaseous medium, belonging to the third chemical detector 600. According to one possibility of this variant, the body can be provided with a stiffening core to ensure that the stress applied to each of the first and second stretched cords 210, 610 is substantially constant.
On notera que, bien entendu, le deuxième et le troisième mode de réalisation ne sont pas exclusif l’un de l’autre et il est parfaitement envisageable qu’un système de détection selon l’invention comporte à la fois un deuxième détecteur chimique 300 selon le deuxième mode de réalisation et un détecteur 600 selon le troisième mode de réalisation.It will be noted that, of course, the second and third embodiments are not mutually exclusive and it is perfectly possible for a detection system according to the invention to comprise both a second chemical detector 300 according to the second embodiment and a detector 600 according to the third embodiment.
Claims (14)
- un premier détecteur chimique (200) à corde vibrante comprenant une première corde tendue (210) destinée à être en contact avec le milieu gazeux (2), un premier actionneur (230) configuré pour appliquer une première excitation mécanique à la première corde tendue (210) afin de la mettre en vibration, et un premier capteur (240) configuré pour mesurer une caractéristique vibrationnelle de la première corde tendue (240) à partir du déplacement de la première corde tendue (210) résultant de ladite première excitation, le premier capteur (240) étant en outre configuré pour délivrer un premier signal de mesure correspondant à ladite caractéristique vibrationnelle mesurée,
- une unité de commande et d’analyse (400) configurée pour commander le premier actionneur (230) et le premier capteur (240) du premier détecteur chimique (200) et pour analyser le premier signal de mesure afin de déterminer la présence et/ou un dosage dudit analyte dans le milieu gazeux (1),
- a first vibrating-wire chemical detector (200) comprising a first taut string (210) intended to be in contact with the gaseous medium (2), a first actuator (230) configured to apply a first mechanical excitation to the first taut string ( 210) to vibrate it, and a first sensor (240) configured to measure a vibrational characteristic of the first taut string (240) from the displacement of the first taut string (210) resulting from said first excitation, the first sensor (240) being further configured to deliver a first measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic,
- a control and analysis unit (400) configured to control the first actuator (230) and the first sensor (240) of the first chemical detector (200) and to analyze the first measurement signal in order to determine the presence and/or a dosage of said analyte in the gaseous medium (1),
l’unité de commande et d’analyse (400) étant configurée pour commander le deuxième actionneur (330) et le deuxième capteur (340) du deuxième détecteur chimique (300) et pour analyser le deuxième signal de mesure afin de fournir une détermination complémentaire de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux (2).Chemical detection system (1) according to any one of claims 1 to 3 comprising a second vibrating-wire chemical detector (300) comprising a second stretched wire (310) intended to be in contact with the gaseous medium, a second actuator ( 330) configured to apply a second mechanical excitation to the second taut string (310) to cause it to vibrate, and a second sensor (340) configured to measure a vibrational characteristic of the second taut string (340) from the displacement of the second taut string (310) resulting from said second excitation,
the control and analysis unit (400) being configured to control the second actuator (330) and the second sensor (340) of the second chemical detector (300) and to analyze the second measurement signal in order to provide a complementary determination the presence and/or the assay of the analyte in the gaseous medium (2).
dans lequel la troisième corde tendue (610) présente une configuration sensiblement identique de manière à ce que la troisième corde tendue (610) présente le premier pic de résonnance avec un facteur de qualité sensiblement identique à celle de la première corde tendue (210),
l’unité de commande et d’analyse (400) étant configurée pour commander le troisième actionneur (630) et le troisième capteur (640) du troisième détecteur (600), pour analyser le troisième signal de mesure afin de fournir une référence vibrationnelle en l’absence d’analyte et pour corriger la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux (2) à partir de ladite référence vibrationnelle.Chemical detection system (1) according to any one of claims 1 to 4 further comprising a third vibrating-wire detector (600) comprising a sealed housing (62) to the gaseous medium, a taut third wire (610) housed in the sealed housing (62), a third actuator (630) configured to apply a third mechanical excitation to the third taut string (610) to cause it to vibrate, and a third sensor (640) configured to measure a vibrational characteristic of the third stretched string (640) from the displacement of the third stretched string (610) resulting from said third excitation,
wherein the third taut string (610) has a substantially identical configuration such that the third taut string (610) exhibits the first resonance peak with a quality factor substantially identical to that of the first taut string (210),
the control and analysis unit (400) being configured to control the third actuator (630) and the third sensor (640) of the third detector (600), to analyze the third measurement signal in order to provide a vibrational reference in the absence of analyte and to correct the determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium (2) from said vibrational reference.
l’unité de commande et d’analyse (400) étant configurée pour commander le premier actionneur (230) et le premier capteur (240) du premier détecteur chimique (200) et pour analyser le premier signal de mesure afin de déterminer la présence et/ou un dosage dudit analyte dans le milieu gazeux (2),
l’unité de commande et d’analyse (400) est en outre adaptée pour déterminer à partir de la caractéristique vibrationnelle transmise à partir du signal de mesure d’une grandeur proportionnelle au facteur de qualité d’un premier pic de résonnance de la première corde tendue pour lequel la première corde vibrante (210) présente au moins un premier pic de résonnance avec un facteur de qualité supérieur ou égal à 1000, voire 2000 ou encore préférentiellement à 4000, et, la détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux (2) à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité.Control and analysis unit for a vibrating wire chemical detection system (1), said chemical detection system comprising a first stretched wire (210) intended to be in contact with the gaseous medium (2), a first actuator ( 230) configured to apply a first mechanical excitation to the first taut string (210) to cause it to vibrate, and a first sensor (240) configured to measure a vibrational characteristic of the first taut string (240) from the displacement of the first taut string (210) resulting from said first excitation, the first sensor (240) being further configured to output a first measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic,
the control and analysis unit (400) being configured to control the first actuator (230) and the first sensor (240) of the first chemical detector (200) and to analyze the first measurement signal in order to determine the presence and / or a dosage of said analyte in the gaseous medium (2),
the control and analysis unit (400) is further adapted to determine from the vibrational characteristic transmitted from the measurement signal a magnitude proportional to the quality factor of a first resonance peak of the first stretched string for which the first vibrating string (210) has at least a first resonance peak with a quality factor greater than or equal to 1000, even 2000 or even preferably 4000, and, the determination of the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium (2) from said magnitude proportional to the quality factor.
l’unité de commande et d’analyse (400) étant en outre configurée pour commander le deuxième actionneur (330) et le deuxième capteur (340) du deuxième détecteur chimique (300) et pour analyser le deuxième signal de mesure afin de fournir une détermination complémentaire de la présence et/ou le dosage de l’analyte dans le milieu gazeux (2).A control and analysis unit according to claim 9, wherein the chemical detection system comprises a second vibrating-wire chemical detector (300), said second chemical detector (300) comprising a second taut string (310), a second actuator (330) configured to apply a second mechanical excitation to the second taut string (310) to cause it to vibrate, and a second sensor (240) configured to measure a vibrational characteristic of the second taut string (240) from the displacement of the second taut string (310) resulting from said second excitation,
the control and analysis unit (400) being further configured to control the second actuator (330) and the second sensor (340) of the second chemical detector (300) and to analyze the second measurement signal in order to provide a complementary determination of the presence and/or the assay of the analyte in the gaseous medium (2).
- application d’une première excitation à la première corde tendue du détecteur à corde vibrante alors que la corde vibrante est en contact avec le milieu gazeux (2) ceci de manière à mettre en vibration ladite première corde tendue (210), ladite corde tendue (210) présentant au moins un premier pic de résonnance avec un facteur de qualité supérieur ou égal à 1000, voire à 2000 ou encore préférentiellement à 4000,
- mesure d’une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue (210) à partir du déplacement de la corde tendue (210) résultant de ladite première excitation ceci afin de fournir un premier signal de mesure correspondant à ladite caractéristique vibrationnelle mesurée,
- détermination à partir de la caractéristique vibrationnelle d’une grandeur proportionnelle au facteur de qualité du premier pic de résonnance de la première corde tendue (210),
- détermination de la présence et/ou dosage de l’analyte dans le milieu gazeux (2) à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité.Method for measuring and/or assaying an analyte in a gaseous medium (2) implemented by means of a first chemical detector (200) with a vibrating cord comprising a first stretched cord intended to be in contact with the gaseous medium, the method comprising the following steps:
- application of a first excitation to the first stretched string of the vibrating string detector while the vibrating string is in contact with the gaseous medium (2) this so as to vibrate said first stretched string (210), said stretched string (210) having at least one first resonance peak with a quality factor greater than or equal to 1000, even 2000 or even preferably 4000,
- measurement of a vibrational characteristic of the taut string (210) from the displacement of the taut string (210) resulting from said first excitation, in order to provide a first measurement signal corresponding to said measured vibrational characteristic,
- determination from the vibrational characteristic of a quantity proportional to the quality factor of the first resonance peak of the first stretched string (210),
- determination of the presence and/or dosage of the analyte in the gaseous medium (2) from said magnitude proportional to the quality factor.
- mesure d’une température du premier détecteur chimique (200),
et dans lequel lors de l’étape de détermination de la présence et/ou du dosage de l’analyte dans le milieu gazeux (2) à partir de ladite grandeur proportionnelle au facteur de qualité, la température mesurée est prise en compte afin d’appliquer une compensation thermique.Method for measuring and/or assaying an analyte according to claim 12 further comprising the following steps:
- measurement of a temperature of the first chemical detector (200),
and in which during the step of determining the presence and/or the dosage of the analyte in the gaseous medium (2) from the said magnitude proportional to the quality factor, the measured temperature is taken into account in order to apply thermal compensation.
- application d’une deuxième excitation à la deuxième corde tendue (310) du deuxième détecteur chimique (300) alors que la deuxième corde tendue (310) est en contact avec le milieu gazeux (2) ceci de manière à mettre en vibration ladite deuxième corde tendue (310),
- mesure d’au moins une caractéristique vibrationnelle de la deuxième corde tendue (310) à partir du déplacement de la deuxième corde tendue (310) résultant de ladite deuxième excitation,
- détermination complémentaire de la présence, et/ou dosage, de l’analyte dans le milieu gazeux (2) à partir de la caractéristique vibrationnelle de la deuxième corde tendue (310) mesurée.A method of measuring and/or assaying an analyte according to claim 12 or 13, wherein the method is further implemented by means of a second vibrating-wire chemical sensor (300) comprising a second taut string (310) intended to be in contact with the gaseous medium (2) and in which the method further comprises the following steps:
- application of a second excitation to the second stretched string (310) of the second chemical detector (300) while the second stretched string (310) is in contact with the gaseous medium (2) this so as to vibrate said second taut rope (310),
- measurement of at least one vibrational characteristic of the second taut string (310) from the displacement of the second taut string (310) resulting from said second excitation,
- complementary determination of the presence, and/or dosage, of the analyte in the gaseous medium (2) from the vibrational characteristic of the second taut string (310) measured.
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