FR3114152A1 - Device and method for detecting hydrogen - Google Patents

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Isabelle Madeleine Henriette DUFOUR
Luis Iglesias Hernandez
Dominique Certon
Jean-Francois MICHAUD
Priyadarshini SHANMUGAM
Laurent Colin
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Universite de Tours
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Agence Nationale pour la Gestion des Dechets Radioactifs ANDRA
Universite de Tours
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Abstract

L’invention concerne un dispositif de détection (1) d’hydrogène comprenant au moins un émetteur d’ultrasons (10), au moins un récepteur à ultrasons (20), définissant ensemble un espace de mesure (40), et une unité de traitement (30) apte à déterminer, à partir d’un signal caractéristique fourni par le récepteur à ultrasons (20) une valeur caractéristique de la présence d’hydrogène dans l’espace de mesure (40). L’émetteur d’ultrasons (10) est configuré pour émettre des ondes ultrasonores (45) à une fréquence supérieure ou égale à 2 MHz, et l’unité de traitement (30) est configurée pour déterminer la valeur caractéristique de présence d’hydrogène sur la base d’une valeur d’atténuation de l’onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons (10), ladite valeur d’atténuation étant déterminée à partir d’une valeur caractéristique d’amplitude de l’onde ultrasonore (45) reçue. Figure pour l’abrégé : figure 1The invention relates to a hydrogen detection device (1) comprising at least one ultrasonic transmitter (10), at least one ultrasonic receiver (20), together defining a measurement space (40), and a processing (30) capable of determining, from a characteristic signal supplied by the ultrasonic receiver (20), a value characteristic of the presence of hydrogen in the measurement space (40). The ultrasound transmitter (10) is configured to emit ultrasound waves (45) at a frequency greater than or equal to 2 MHz, and the processing unit (30) is configured to determine the characteristic value of the presence of hydrogen based on an attenuation value of the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter (10), said attenuation value being determined from a characteristic amplitude value of the ultrasonic wave ( 45) received. Figure for abstract: figure 1

Description

Dispositif et procédé de détection d’hydrogèneDevice and method for detecting hydrogen

L’invention concerne le domaine détection d’hydrogène dans un milieu gazeux, tel que l’atmosphère d’un espace confiné d’un lieu de stockage de produits chimiques et/ou radioactifs ou un réservoir à combustibles.The invention relates to the field of detecting hydrogen in a gaseous medium, such as the atmosphere of a confined space of a storage place for chemical and/or radioactive products or a fuel tank.

L’invention a ainsi plus particulièrement pour objet un dispositif de détection d’hydrogène et un procédé de détection d’hydrogène.The invention thus more particularly relates to a hydrogen detection device and a hydrogen detection method.

État de l’art antérieurState of the prior art

Comme l’ont démontré les inventeurs dans leurs travaux présentés par L. Iglesiaset. aldans le cadre de la conférence« 16 th International Workshop on Nanomechanical Sensors»qui a eu lieu entre le 19 et le 21 juin 2019 à Lausanne en Suisse, il est possible d’utiliser les ultrasons pour surveiller la composition d’un milieu gazeux. En effet, la composition du milieu gazeux influençant directement la vitesse de propagation des ondes ultrasonores de ce dernier, il est possible d’obtenir une information sur la composition du milieu gazeux à partir de mesures de temps de vol des ondes ultrasonores.As demonstrated by the inventors in their work presented by L. Iglesias et. al as part of the conference "16 th International Workshop on Nanomechanical Sensors" which took place between June 19 and 21, 2019 in Lausanne, Switzerland, it is possible to use ultrasound to monitor the composition of a gaseous medium . Indeed, the composition of the gaseous medium directly influencing the speed of propagation of the ultrasonic waves of the latter, it is possible to obtain information on the composition of the gaseous medium from measurements of the time of flight of the ultrasonic waves.

Ainsi, les inventeurs ont pu démontrer qu’avec de telles mesures de temps de vol, il est possible, lorsque le milieu gazeux présente une composition binaire dont les composants sont connus, de déterminer la proportion respective des composants du milieu gazeux. Il serait donc envisageable, pour une composition relativement simple d’un milieu gazeux à surveiller, d’utiliser de telles mesures pour détecter la présence d’hydrogène.Thus, the inventors have been able to demonstrate that with such time-of-flight measurements, it is possible, when the gaseous medium has a binary composition whose components are known, to determine the respective proportion of the components of the gaseous medium. It would therefore be possible, for a relatively simple composition of a gaseous medium to be monitored, to use such measurements to detect the presence of hydrogen.

Néanmoins, dans le cadre de la surveillance d’un milieu gazeux, telle que l’atmosphère d’un espace confiné d’un lieu de stockage de produits chimiques et/ou radioactifs ou un réservoir à combustibles, la composition gazeuse peut être relativement complexe et peut varier dans le temps. De ce fait, l’utilisation des ultrasons telle que l’ont proposée les inventeurs dans leurs travaux présentés à Lausanne en 2019 ne semble pas adaptée en raison de cette complexité.Nevertheless, in the context of the monitoring of a gaseous medium, such as the atmosphere of a confined space of a storage place for chemical and/or radioactive products or a fuel tank, the gaseous composition can be relatively complex. and may vary over time. As a result, the use of ultrasound as proposed by the inventors in their work presented in Lausanne in 2019 does not seem appropriate due to this complexity.

Ainsi, il n’existe pas à l’heure actuelle de dispositif de détection d’hydrogène basé sur les ultrasons qui soit adapté pour la surveillance de milieu gazeux présentant une composition relativement complexe.Thus, there is currently no hydrogen detection device based on ultrasound that is suitable for monitoring gaseous media with a relatively complex composition.

L’invention vise à remédier à cet inconvénient et a ainsi pour but de fournir un dispositif de détection d’hydrogène qui autorise la détection d’hydrogène dans un milieu gazeux présentant une composition relativement complexe.The invention aims to remedy this drawback and thus aims to provide a hydrogen detection device which allows the detection of hydrogen in a gaseous medium having a relatively complex composition.

L’invention concerne à cet effet un dispositif de détection d’hydrogène comprenant :
- au moins un émetteur d’ultrasons apte à émettre des ondes ultrasonores,
- au moins un récepteur à ultrasons apte à mesurer une valeur caractéristique d’une onde ultrasonore, l’émetteur d’ultrasons et le récepteur étant agencés de manière à définir un espace de mesure entre eux et à ce qu’une onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons soit reçue par le récepteur à ultrasons après être passée par l’espace de mesure,
- une unité de traitement apte à déterminer, à partir d’au moins une valeur caractéristique mesurée par le récepteur à ultrasons lors de la réception d’une onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons, une valeur caractéristique de la présence d’hydrogène dans l’espace de mesure.
The invention relates for this purpose to a hydrogen detection device comprising:
- at least one ultrasonic transmitter able to emit ultrasonic waves,
- at least one ultrasonic receiver capable of measuring a characteristic value of an ultrasonic wave, the ultrasonic transmitter and the receiver being arranged so as to define a measurement space between them and such that an ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter is received by the ultrasonic receiver after passing through the measurement space,
- a processing unit capable of determining, from at least one characteristic value measured by the ultrasonic receiver when receiving an ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter, a characteristic value of the presence of hydrogen in the measurement space.

L’émetteur d’ultrasons est configuré pour émettre des ondes ultrasonores à une fréquence supérieure ou égale à 2 MHz, la fréquence étant préférentiellement supérieure à 2,5 MHz,The ultrasonic transmitter is configured to emit ultrasonic waves at a frequency greater than or equal to 2 MHz, the frequency preferably being greater than 2.5 MHz,

l’unité de traitement étant configurée pour déterminer la valeur caractéristique de présence d’hydrogène sur la base d’une valeur d’atténuation de l’onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons, ladite valeur d’atténuation étant déterminée à partir de la valeur caractéristique d’amplitude de l’onde ultrasonore reçue.the processing unit being configured to determine the characteristic value of the presence of hydrogen on the basis of an attenuation value of the ultrasound wave emitted by the ultrasound emitter, said attenuation value being determined from the characteristic amplitude value of the ultrasonic wave received.

Les inventeurs ont découvert qu’avec une fréquence des ondes ultrasonores supérieure ou égale à 2 MHz, la valeur d’atténuation de l’onde ultrasonore varie majoritairement avec le taux d’hydrogène dans l’espace de mesure. De ce fait, un dispositif de détection d’hydrogène va permettre d’obtenir une détection efficace de l’hydrogène, ceci avec une influence réduite du taux des autres gaz pouvant se trouver dans l’espace de mesure. Le dispositif selon l’invention est donc parfaitement fonctionnel, même dans le cadre de la détection d’hydrogène dans des milieux gazeux présentant une composition relativement complexe.The inventors have discovered that with an ultrasonic wave frequency greater than or equal to 2 MHz, the attenuation value of the ultrasonic wave varies mainly with the hydrogen content in the measurement space. Therefore, a hydrogen detection device will make it possible to obtain effective detection of hydrogen, with a reduced influence of the rate of other gases that may be found in the measurement space. The device according to the invention is therefore perfectly functional, even in the context of the detection of hydrogen in gaseous media having a relatively complex composition.

On notera que pour fournir une telle détection, un simple placement du dispositif de détection dans le milieu gazeux avec l’espace de mesure en communication fluidique avec le milieu gazeux permet une surveillance dudit milieu gazeux.It will be noted that to provide such detection, a simple placement of the detection device in the gaseous medium with the measurement space in fluid communication with the gaseous medium allows monitoring of said gaseous medium.

La valeur d’atténuation peut être déterminée à partir d’un rapport entre une valeur caractéristique d’amplitude de l’onde ultrasonore reçue et une valeur caractéristique d’amplitude d’au moins une onde ultrasonore préalablement déterminée en absence d’hydrogène dans l’espace de mesure.The attenuation value can be determined from a ratio between a characteristic amplitude value of the ultrasonic wave received and a characteristic amplitude value of at least one ultrasonic wave previously determined in the absence of hydrogen in the measurement space.

En utilisant un tel rapport de valeur caractéristique, il est possible de s’affranchir des caractéristiques des éléments du détecteur, un tel rapport dépendant uniquement des caractéristiques du milieu gazeux et du dimensionnement de l’espace de mesure.By using such a characteristic value ratio, it is possible to overcome the characteristics of the elements of the detector, such a ratio depending solely on the characteristics of the gaseous medium and the dimensioning of the measurement space.

La valeur caractéristique de présence d’hydrogène peut être une valeur estimée de la quantité d’hydrogène présente dans l’espace de mesure.The characteristic value of the presence of hydrogen can be an estimated value of the quantity of hydrogen present in the measurement space.

De cette manière, il est possible d’identifier précisément les risques liés à une telle présence d’hydrogène.In this way, it is possible to precisely identify the risks associated with such a presence of hydrogen.

L’émetteur d’ultrasons peut être configuré pour émettre des ondes ultrasonores à au moins une première fréquence et une deuxième fréquence dont au moins l’une de la première et la deuxième fréquence est supérieure ou égale à 2 MHz,
l’unité de traitement étant préférentiellement configurée pour déterminer la valeur caractéristique de présence d’hydrogène sur la base de valeurs d’atténuation obtenues respectivement à la première et à la deuxième fréquence.
The ultrasonic transmitter can be configured to emit ultrasonic waves at at least a first frequency and a second frequency, at least one of the first and second frequencies of which is greater than or equal to 2 MHz,
the processing unit being preferably configured to determine the characteristic value of the presence of hydrogen on the basis of attenuation values obtained respectively at the first and at the second frequency.

De cette manière il est possible d’obtenir une valeur caractéristique de présence d’hydrogène plus précise.In this way it is possible to obtain a more precise characteristic value of the presence of hydrogen.

L’unité de traitement peut être apte à fournir une valeur caractéristique de la présence d’au moins un autre gaz que l’hydrogène, l’au moins un autre gaz étant préférentiellement sélectionné parmi le dioxyde de carbone et le méthane.The processing unit may be capable of providing a value characteristic of the presence of at least one gas other than hydrogen, the at least one other gas being preferably selected from carbon dioxide and methane.

De cette manière, il est possible d’identifier les risques liés à tout type de contamination gazeuse du milieu gazeux.In this way, it is possible to identify the risks associated with any type of gaseous contamination of the gaseous medium.

L’unité de traitement peut en outre être configurée pour identifier la nature de l’éventuel gaz contaminant parmi l’hydrogène et l’au moins un autre gaz à partir des valeurs d’atténuation déterminées, l’unité de traitement étant en outre configurée pour déterminer la valeur caractéristique de la présence dudit gaz contaminant parmi l’hydrogène et l’au moins un autre gaz après identification de l’éventuel gaz contaminant à partir d’au moins une valeur d’atténuation déterminée parmi les valeurs d’atténuation déterminées pour la première et la deuxième fréquence.The processing unit can furthermore be configured to identify the nature of the possible contaminating gas among hydrogen and the at least one other gas from the attenuation values determined, the processing unit further being configured to determine the characteristic value of the presence of said contaminant gas among hydrogen and the at least one other gas after identification of the possible contaminant gas from at least one determined attenuation value among the determined attenuation values for the first and second frequency.

Avec une telle identification, il est possible de fournir un dispositif de détection particulièrement versatile, puisqu’il est possible d’identifier une contamination pour un gaz contaminant et de connaitre la nature dudit gaz contaminant.With such identification, it is possible to provide a particularly versatile detection device, since it is possible to identify contamination for a contaminant gas and to know the nature of said contaminant gas.

L’unité de traitement peut être configurée pour déterminer au moins deux paramètres d’atténuation dont :
- un signe de la valeur d’atténuation déterminée pour l’une de la première et de la deuxième fréquence,
- un signe de la différence entre la valeur d’atténuation déterminée pour la première fréquence et la valeur d’atténuation déterminée pour la deuxième fréquence,
la nature de l’éventuel gaz contaminant parmi l’hydrogène et l’au moins un autre gaz étant identifiée à partir desdits paramètres d’atténuation.
The processing unit can be configured to determine at least two attenuation parameters including:
- a sign of the attenuation value determined for one of the first and second frequencies,
- a sign of the difference between the attenuation value determined for the first frequency and the attenuation value determined for the second frequency,
the nature of the possible contaminant gas among hydrogen and the at least one other gas being identified from said attenuation parameters.

De cette manière, la nature du gaz contaminant peut être identifiée avec des paramètres simples.In this way, the nature of the contaminating gas can be identified with simple parameters.

La valeur d'atténuation peut être une valeur d'atténuation normalisée en fréquence.The attenuation value may be a frequency normalized attenuation value.

Lors de la détermination de la valeur caractéristique de la présence dudit gaz contaminant parmi l’hydrogène et l’au moins un autre gaz après identification de l’éventuel gaz contaminant, la valeur d’atténuation déterminée utilisée peut être choisie par l’unité de traitement parmi celles déterminées pour la première et la deuxième fréquence en fonction de la nature de l’éventuel gaz contaminant identifié.When determining the characteristic value of the presence of said contaminant gas from hydrogen and the at least one other gas after identification of the possible contaminant gas, the determined attenuation value used can be chosen by the unit of treatment from among those determined for the first and second frequency depending on the nature of any contaminant gas identified.

De cette manière, il est possible d’identifier la valeur caractéristique de présence dudit gaz contaminant avec précision quelle que soit la nature de ce dernier.In this way, it is possible to identify the characteristic value of the presence of said contaminant gas with precision whatever the nature of the latter.

Au moins l’un de l’émetteur d’ultrasons et du récepteur à ultrasons peut comprendre au moins un transducteur capacitif micro-usiné (cMUT).At least one of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver may include at least one capacitive micro-machined transducer (cMUT).

De tels transducteurs capacitifs micro-usinés sont particulièrement avantageux dans le cadre de l’invention, notamment lorsqu’ils sont conforme à l’enseignement du document FR 2962926, puisqu’ils donnent accès à une grande plage de fréquence de fonctionnement, aussi bien pour l’émission que la réception des ondes ultrasonores ceci avec une intégration particulièrement optimisée. Ainsi, l’industrialisation d’un dispositif selon l’invention est rendue particulièrement aisée.Such micro-machined capacitive transducers are particularly advantageous in the context of the invention, in particular when they comply with the teaching of document FR 2962926, since they give access to a wide operating frequency range, both for transmission and reception of ultrasonic waves with particularly optimized integration. Thus, the industrialization of a device according to the invention is made particularly easy.

L’invention concerne en outre un procédé de détection d’hydrogène à partir d’un dispositif de détection d’hydrogène, le dispositif de détection d’hydrogène comprenant :
- au moins un émetteur d’ultrasons apte à émettre des ondes ultrasonores,
- au moins un récepteur à ultrasons apte à fournir au moins un signal caractéristique d’une onde ultrasonore, l’émetteur d’ultrasons et le récepteur à ultrasons étant agencés de manière à définir un espace de mesure et à ce qu’une onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons soit reçue par le récepteur à ultrasons après être passée par l’espace de mesure,
- une unité de traitement apte à déterminer, à partir de l’au moins un signal caractéristique fourni par le récepteur à ultrasons lors d’une émission d’ultrasons par l’émetteur d’ultrasons, une valeur caractéristique de la présence d’hydrogène dans l’espace de mesure,
le procédé comprenant les étapes suivantes :
- émission d’au moins une onde ultrasonore par l’émetteur d’ultrasons, l’onde ultrasonore présentant une fréquence supérieure ou égale à 2 MHz, la fréquence étant préférentiellement supérieure à 2,5 MHz, avec une amplitude donnée,
- fourniture, par le récepteur d’ultrasons lors de la réception de l’au moins une onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons, d’au moins un signal caractéristique de l’au moins une onde ultrasonore,
- détermination de la valeur caractéristique de présence d’hydrogène par l’unité de traitement sur la base de la caractéristique d’amplitude de l’onde ultrasonore reçue.
The invention further relates to a method for detecting hydrogen from a hydrogen detection device, the hydrogen detection device comprising:
- at least one ultrasonic transmitter able to emit ultrasonic waves,
- at least one ultrasonic receiver capable of supplying at least one characteristic signal of an ultrasonic wave, the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver being arranged so as to define a measurement space and such that an ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter is received by the ultrasonic receiver after passing through the measurement space,
- a processing unit capable of determining, from the at least one characteristic signal supplied by the ultrasound receiver during an emission of ultrasound by the ultrasound emitter, a value characteristic of the presence of hydrogen in the measurement space,
the method comprising the following steps:
- emission of at least one ultrasonic wave by the ultrasonic transmitter, the ultrasonic wave having a frequency greater than or equal to 2 MHz, the frequency preferably being greater than 2.5 MHz, with a given amplitude,
- supply, by the ultrasonic receiver when receiving the at least one ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter, of at least one characteristic signal of the at least one ultrasonic wave,
- determination of the characteristic value of the presence of hydrogen by the processing unit on the basis of the amplitude characteristic of the ultrasonic wave received.

Un tel procédé pouvant être mis en œuvre par un dispositif selon l’invention, il bénéficie des mêmes avantages.Since such a method can be implemented by a device according to the invention, it benefits from the same advantages.

Il peut en outre être prévu les étapes suivantes :
- émission d’au moins une autre onde ultrasonore par l’émetteur d’ultrasons, l’autre onde ultrasonore présentant une deuxième fréquence,
- fourniture, par le récepteur d’ultrasons lors de la réception de l’autre onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons, d’au moins un signal caractéristique de l’autre onde ultrasonore,
dans lequel lors de l’étape de détermination de la valeur caractéristique de présence d’hydrogène, l’unité de traitement est configurée pour déterminer la valeur caractéristique de présence d’hydrogène sur la base d’une première et d’une deuxième valeur d’atténuation obtenues respectivement à la première et à la deuxième fréquence.
The following steps may also be provided:
- emission of at least one other ultrasonic wave by the ultrasonic transmitter, the other ultrasonic wave having a second frequency,
- Supply, by the ultrasonic receiver when receiving the other ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter, of at least one characteristic signal of the other ultrasonic wave,
wherein during the step of determining the characteristic value of the presence of hydrogen, the processing unit is configured to determine the characteristic value of the presence of hydrogen on the basis of a first and a second value d attenuation obtained respectively at the first and at the second frequency.

Lors de l’étape de détermination de la valeur caractéristique de présence d’hydrogène par l’unité de traitement, il peut en outre être déterminé une valeur caractéristique de la présence d’un autre gaz que l’hydrogène.During the step of determining the characteristic value of the presence of hydrogen by the processing unit, a value characteristic of the presence of a gas other than hydrogen can also be determined.

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:

La figure 1 illustre un dispositif de détection d’hydrogène selon l’invention. FIG. 1 illustrates a hydrogen detection device according to the invention.

La figure 2 illustre graphiquement l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz d’une onde ultrasonore en fonction de la fréquence des ultrasons obtenue pour un dispositif de détection d’hydrogène selon l’invention, ceci pour l’hydrogène, le dioxyde de carbone et le méthane. FIG. 2 graphically illustrates the evolution of the variation of the attenuation coefficient ΔαGaz of an ultrasonic wave as a function of the ultrasound frequency obtained for a hydrogen detection device according to the invention, this for hydrogen, carbon dioxide and methane.

La figure 3 illustre graphiquement l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz d’une onde ultrasonore ceci pour un milieu gazeux constitué d’azote dans lequel a été introduit par intermittence de l’hydrogène. FIG. 3 graphically illustrates the evolution of the variation of the attenuation coefficient ΔαGaz of an ultrasonic wave, this for a gaseous medium consisting of nitrogen into which hydrogen has been introduced intermittently.

La figure 4 illustre graphiquement l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz d’une onde ultrasonore ceci pour un milieu gazeux constitué d’azote dans lequel a été introduit par intermittence du dioxyde de carbone. FIG. 4 graphically illustrates the evolution of the variation of the attenuation coefficient ΔαGaz of an ultrasonic wave, this for a gaseous medium consisting of nitrogen into which carbon dioxide has been introduced intermittently.

La figure 5 illustre graphiquement l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz d’une onde ultrasonore ceci pour un milieu gazeux constitué d’azote dans lequel a été introduit par intermittence du méthane. FIG. 5 graphically illustrates the evolution of the variation of the attenuation coefficient ΔαGaz of an ultrasonic wave for a gaseous medium consisting of nitrogen into which methane has been introduced intermittently.

La figure 6 illustre graphiquement l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation i illustrée sur la figure 2 après normalisation en fréquence, ladite variation du coefficient d’atténuation normalisée étant noté Δαn. FIG. 6 graphically illustrates the evolution of the variation of the attenuation coefficient i illustrated in FIG. 2 after frequency normalization, said variation of the normalized attenuation coefficient being denoted Δαn.

la figure 7 illustre graphiquement l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz d’une onde ultrasonore ceci pour un milieu gazeux constitué d’azote dans lequel a été introduit par intermittence de l’hydrogène, le dispositif de détection comprenant pour ces mesures des transducteurs à ultrasons, pour l’émetteur et le récepteur à ultrasons, dont la surface de transduction est, pour les première et deuxième courbes, de 27 µm par 37 µm, et, pour la troisième courbe, de 27 µm par 27 µm. FIG. 7 graphically illustrates the evolution of the variation of the attenuation coefficient ΔαGaz of an ultrasonic wave, this for a gaseous medium consisting of nitrogen into which hydrogen has been introduced intermittently, the detection device comprising for these measurements of the ultrasonic transducers, for the ultrasonic transmitter and receiver, the transduction surface of which is, for the first and second curves, 27 µm by 37 µm, and, for the third curve, 27 µm by 27 µm .

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 illustre un dispositif de détection d’hydrogène 1 selon l’invention, un tel dispositif de détection d’hydrogène 1 étant adapté pour fournir une détection d’hydrogène basée sur une mesure d’atténuation d’ondes ultrasonores 45 lors de leur passage dans un espace à surveiller 40.FIG. 1 illustrates a hydrogen detection device 1 according to the invention, such a hydrogen detection device 1 being suitable for providing hydrogen detection based on a measurement of attenuation of ultrasonic waves 45 during their passing through a space to be monitored 40.

Le dispositif de détection d’The detection device hydrogène selon l’inventionhydrogen according to the invention

Un tel dispositif de détection d’hydrogène 1 comprend :
- au moins un émetteur d’ultrasons 10 apte à émettre des ondes ultrasonores 45,
- au moins un récepteur à ultrasons 20 apte à fournir un signal caractéristique d’une onde ultrasonore 45, l’émetteur d’ultrasons 10 et le récepteur à ultrasons 20 étant agencés de manière à définir l’espace à surveiller 40 et à ce qu’une onde ultrasonore 45 émise par l’émetteur d’ultrasons 10 soit reçue par le récepteur à ultrasons 20 après être passée par l’espace de mesure 40,
- une unité de traitement 30 apte à déterminer, à partir d’au moins un signal caractéristique fourni par le récepteur à ultrasons 20 lors de la réception d’une onde ultrasonore 45 émise par l’émetteur d’ultrasons, une valeur caractéristique de la présence d’hydrogène dans l’espace de mesure 40.
Such a hydrogen detection device 1 comprises:
- at least one ultrasonic transmitter 10 able to emit ultrasonic waves 45,
- at least one ultrasonic receiver 20 capable of supplying a characteristic signal of an ultrasonic wave 45, the ultrasonic transmitter 10 and the ultrasonic receiver 20 being arranged so as to define the space to be monitored 40 and that an ultrasonic wave 45 emitted by the ultrasonic transmitter 10 is received by the ultrasonic receiver 20 after passing through the measurement space 40,
- a processing unit 30 capable of determining, from at least one characteristic signal supplied by the ultrasonic receiver 20 upon receipt of an ultrasonic wave 45 emitted by the ultrasonic transmitter, a characteristic value of the presence of hydrogen in the measuring space 40.

Lors de la mise en place du dispositif de détection 1 dans le cadre d’une surveillance d’un milieu gazeux, la détection d’hydrogène dans le milieu gazeux peut être réalisée en plaçant le dispositif de détection 1 avec son espace de mesure 40 en communication fluidique avec le milieu gazeux. De cette manière, l’espace de mesure 40 et le milieu gazeux sont à même de partager la même atmosphère avec une composition gazeuse identique.When setting up the detection device 1 in the context of monitoring a gaseous medium, the detection of hydrogen in the gaseous medium can be carried out by placing the detection device 1 with its measurement space 40 in fluid communication with the gaseous medium. In this way, the measurement space 40 and the gaseous medium are able to share the same atmosphere with an identical gaseous composition.

Plus précisément et comme illustré sur la figure 1, l’émetteur d’ultrasons 10 selon ce premier mode de réalisation, comprend :
- une pluralité de premiers transducteurs à ultrasons 11 aptes à émettre des ultrasons,
- un premier support 12 sur lequel est agencée la pluralité de transducteurs à ultrasons 11 et,
- une première unité d’amplification 15 configurée pour générer, à partir d’un signal de commande de l’unité de traitement 30, une tension d’alimentation de la pluralité de transducteurs à ultrasons 11.
More specifically and as illustrated in Figure 1, the ultrasound transmitter 10 according to this first embodiment, comprises:
- a plurality of first ultrasound transducers 11 capable of emitting ultrasound,
- a first support 12 on which is arranged the plurality of ultrasonic transducers 11 and,
- a first amplification unit 15 configured to generate, from a control signal from the processing unit 30, a supply voltage of the plurality of ultrasonic transducers 11.

Selon une possibilité avantageuse de l’invention, les premiers transducteurs à ultrasons 11 sont des transducteurs cMUT, pour transducteurs capacitifs micro-usinés, tels que décrits dans le document FR 2962926. Conformément à l’enseignement de ce document, les premiers transducteurs cMUT selon ce mode de réalisation de l’invention, comprennent chacun une membrane et présentent une fréquence de résonnance de cette membrane. La fréquence de résonnance de la membrane est choisie comme étant supérieure à la fréquence des ondes ultrasonores à générer. Cette fréquence de résonnance peut ainsi être 125% à 200% de la fréquence maximale des ondes ultrasonores à générer.According to an advantageous possibility of the invention, the first ultrasonic transducers 11 are cMUT transducers, for micro-machined capacitive transducers, as described in document FR 2962926. In accordance with the teaching of this document, the first cMUT transducers according to this embodiment of the invention, each comprise a membrane and have a resonance frequency of this membrane. The resonant frequency of the membrane is chosen to be higher than the frequency of the ultrasonic waves to be generated. This resonance frequency can thus be 125% to 200% of the maximum frequency of the ultrasonic waves to be generated.

Ainsi, par exemple, pour une fréquence maximale des ondes ultrasonores à générer égale à 3 MHz, les transducteurs à ultrasons selon ce premier mode de réalisation peuvent présenter une fréquence de résonnance qui est comprise entre 3,75 MHz et 6 MHz.Thus, for example, for a maximum frequency of the ultrasonic waves to be generated equal to 3 MHz, the ultrasonic transducers according to this first embodiment can have a resonance frequency which is between 3.75 MHz and 6 MHz.

Conformément à l’invention, l’émetteur d’ultrasons 10 est configuré pour émettre des ondes ultrasonores à une fréquence supérieure ou égale à 2 MHz, la fréquence étant préférentiellement supérieure à 2,5 MHz, avec une amplitude donnée A0.In accordance with the invention, the ultrasound transmitter 10 is configured to emit ultrasound waves at a frequency greater than or equal to 2 MHz, the frequency preferably being greater than 2.5 MHz, with a given amplitude A 0 .

De tels premiers transducteurs à ultrasons 11 sont particulièrement avantageux dans le présent mode de réalisation puisqu’ils autorisent la génération d’ondes ultrasonores sur une plage de fréquences relativement importante.Such first ultrasonic transducers 11 are particularly advantageous in the present embodiment since they allow the generation of ultrasonic waves over a relatively large frequency range.

Bien entendu, une telle configuration n’est fournie qu’à titre d’exemple et d’autres types de transducteurs à ultrasons peuvent être utilisés sans que l’on sorte du cadre de l’invention. On notera en particulier que selon la possibilité de l’invention dans laquelle l’émetteur d’ultrasons 10 est configuré pour émettre des ondes ultrasonores à au moins une première fréquence et une deuxième fréquence, qu’il est envisageable en variante et sans que l’on sorte du cadre de l’invention, que l’émetteur d’ultrasons 10 comprenne au moins deux types de transducteurs à ultrasons, un premier type adapté à la première fréquence et un deuxième type adapté à la deuxième fréquence.Of course, such a configuration is only provided by way of example and other types of ultrasonic transducers can be used without departing from the scope of the invention. It will be noted in particular that according to the possibility of the invention in which the ultrasound transmitter 10 is configured to emit ultrasound waves at at least a first frequency and a second frequency, that it is possible as a variant and without the It is outside the scope of the invention that the ultrasonic transmitter 10 comprises at least two types of ultrasonic transducers, a first type adapted to the first frequency and a second type adapted to the second frequency.

Les premiers transducteurs à ultrasons 11 sont agencés sur le premier support 12 de manière à définir une première paroi de l’espace à surveiller 40.The first ultrasound transducers 11 are arranged on the first support 12 so as to define a first wall of the space to be monitored 40.

Comme montré sur la figure 1, le récepteur à ultrasons 20 comprend :
- une pluralité de deuxièmes transducteurs à ultrasons 21 aptes à recevoir des ondes ultrasonores et à générer à partir desdites ondes ultrasonores, un signal de mesure correspondant aux ondes ultrasonores reçues ,
- un deuxième support 22 sur lequel est agencée la pluralité de transducteurs à ultrasons 21 et,
- une alimentation continue 23, apte à alimenter par une tension continue les deuxièmes transducteurs à ultrasons 21,
- une deuxième unité d’amplification 25 configurée pour amplifier le signal de mesure fourni par la pluralité de deuxièmes transducteurs à ultrasons 21.
As shown in Figure 1, the ultrasonic receiver 20 includes:
- a plurality of second ultrasonic transducers 21 able to receive ultrasonic waves and to generate from said ultrasonic waves, a measurement signal corresponding to the ultrasonic waves received,
- a second support 22 on which is arranged the plurality of ultrasonic transducers 21 and,
- a DC power supply 23, capable of supplying the second ultrasonic transducers 21 with a DC voltage,
- a second amplification unit 25 configured to amplify the measurement signal supplied by the plurality of second ultrasonic transducers 21.

Selon une possibilité de l’invention, les deuxièmes transducteurs à ultrasons 21 peuvent être d’un type identique aux premiers transducteurs à ultrasons 11. Ainsi, dans le présent mode de réalisation, et comme le montre la figure 1, les deuxièmes transducteurs à ultrasons 11 sont des cMUT, pour transducteurs capacitifs micro-usinés, conformes à l’enseignement du document FR 2962926.According to one possibility of the invention, the second ultrasonic transducers 21 can be of a type identical to the first ultrasonic transducers 11. Thus, in the present embodiment, and as shown in FIG. 1, the second ultrasonic transducers 11 are cMUTs, for micro-machined capacitive transducers, in accordance with the teaching of document FR 2962926.

Bien entendu, en variante et sans que l’on sorte du cadre de l’invention, les deuxièmes transducteurs à ultrasons 21 peuvent être d’un autre type. D’une même façon, selon la possibilité de l’invention dans laquelle l’émetteur d’ultrasons 10 est configuré pour émettre des ondes ultrasonores à au moins une première fréquence et une deuxième fréquence, qu’il est envisageable en variante et sans que l’on sorte du cadre de l’invention, que le récepteur à ultrasons 20 comprenne au moins deux types de transducteurs à ultrasons 21, un premier type adapté à la première fréquence et un deuxième type adapté à la deuxième fréquence.Of course, as a variant and without departing from the scope of the invention, the second ultrasonic transducers 21 can be of another type. Similarly, according to the possibility of the invention in which the ultrasonic transmitter 10 is configured to emit ultrasonic waves at at least a first frequency and a second frequency, it is possible as a variant and without it departs from the scope of the invention, that the ultrasonic receiver 20 comprises at least two types of ultrasonic transducers 21, a first type matched to the first frequency and a second type matched to the second frequency.

Les deuxièmes transducteurs à ultrasons 21 sont agencés sur le deuxième support 22 en face des premiers transducteurs à ultrasons 11 de manière à ce que le deuxième support 22 définisse une deuxième paroi de l’espace à surveiller 40. Ainsi le premier et le deuxième support 12, 22 définissent ensemble, par l’espace qu’ils délimitent entre eux, l’espace à surveiller 40.The second ultrasonic transducers 21 are arranged on the second support 22 opposite the first ultrasonic transducers 11 so that the second support 22 defines a second wall of the space to be monitored 40. Thus the first and the second support 12 , 22 together define, by the space they delimit between them, the space to be monitored 40.

Bien entendu, un tel agencement de l’émetteur d’ultrasons 10 et du récepteur à ultrasons 20 n’est fourni qu’à titre d’exemple et est nullement limitatif. D’autres agencements sont parfaitement envisageables tant que l’émetteur d’ultrasons et le récepteur à ultrasons 20 sont agencés pour définir l’espace de mesure 40 et tant qu’une onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons soit reçue par le récepteur à ultrasons après être passée par l’espace de mesure 40.Of course, such an arrangement of the ultrasonic transmitter 10 and the ultrasonic receiver 20 is provided by way of example only and is in no way limiting. Other arrangements are perfectly possible as long as the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver 20 are arranged to define the measurement space 40 and as long as an ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter is received by the ultrasound receiver after passing through the measurement space 40.

Les deuxièmes transducteurs à ultrasons 21 sont alimentés en tension par l’alimentation continue 23 et le signal de mesure généré par les deuxièmes transducteurs lors de la réception d’une onde ultrasonore est amplifié par la deuxième unité d’amplification 25. Ce signal de mesure ainsi amplifié forme un signal caractéristique de l’onde ultrasonore émise par l’émetteur à ultrasons 10.The second ultrasonic transducers 21 are supplied with voltage by the DC power supply 23 and the measurement signal generated by the second transducers when an ultrasonic wave is received is amplified by the second amplification unit 25. This measurement signal thus amplified forms a characteristic signal of the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter 10.

Le signal de mesure est fourni par le deuxième amplificateur 25 à l’unité de traitement 30.The measurement signal is supplied by the second amplifier 25 to the processing unit 30.

L’unité de traitement 30 est configurée pour déterminer la valeur caractéristique de présence d’hydrogène sur la base d’une valeur d’atténuation de l’onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons, ladite valeur d’atténuation étant déterminée à partir d’une valeur caractéristique d’amplitude de l’onde ultrasonore reçue.The processing unit 30 is configured to determine the characteristic value of the presence of hydrogen on the basis of an attenuation value of the ultrasound wave emitted by the ultrasound emitter, said attenuation value being determined at from a characteristic amplitude value of the ultrasonic wave received.

Principe de mesure mis en œuvre dans le cadre de l’inventionPrinciple of measurement implemented in the context of the invention

La figure 1 illustre le principe d’une telle détermination. L’unité de traitement 30 fournissant le signal de commande à la première unité d’amplification 15 qui alimente à son tour les premiers transducteurs à ultrasons 11, une onde ultrasonore 45 qui émise présentera une amplitude A0répondant à l’équation suivante :Figure 1 illustrates the principle of such a determination. The processing unit 30 supplying the control signal to the first amplification unit 15 which in turn supplies the first ultrasonic transducers 11, an emitted ultrasonic wave 45 will have an amplitude A 0 corresponding to the following equation:

Avec S l’amplitude du signal de commande, HAmp 1la fonction de transfert de la première unité d’amplification 15, HEmetla fonction de transfert des premiers transducteurs à ultrasons 11.With S the amplitude of the control signal, H Amp 1 the transfer function of the first amplification unit 15, H Emits the transfer function of the first ultrasonic transducers 11.

L’onde ultrasonore 45 lors de son transit dans l’espace de mesure 40 va présenter une atténuation HGazdirectement proportionnelle à la distance d parcourue et dépendant de la composition du gaz se trouvant dans l’espace de mesure 40. Une telle atténuation HGazpeut se calculer avec l’équation suivante :The ultrasonic wave 45 during its transit in the measurement space 40 will present an attenuation H Gas directly proportional to the distance d traveled and depending on the composition of the gas located in the measurement space 40. Such an attenuation H Gas can be calculated with the following equation:

Avec αGazun coefficient d’atténuation du gaz correspondant à la composition du gaz se trouvant dans l’espace de mesure 40 et A l’amplitude de l’onde ultrasonore reçue par les deuxièmes transducteurs à ultrasons 21.With α Gas a gas attenuation coefficient corresponding to the composition of the gas located in the measurement space 40 and A the amplitude of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducers 21.

Ainsi, l’amplitude A de l’onde ultrasonore reçue par les deuxièmes transducteurs à ultrasons sera donc égale à :Thus, the amplitude A of the ultrasonic wave received by the second ultrasonic transducers will therefore be equal to:

Concernant le détecteur, le signal caractéristique fourni par le récepteur à ultrasons à l’unité de traitement sera dépendant à la fois de la fonction de transfert Hréceptdes deuxièmes transducteurs à ultrasons 21 et de la fonction de transfert HAmp2de la deuxième unité d’amplification. Le signal caractéristique SC aractrépond donc à l’équation suivante :Concerning the detector, the characteristic signal supplied by the ultrasonic receiver to the processing unit will be dependent both on the transfer function H recept of the second ultrasonic transducers 21 and on the transfer function H Amp2 of the second unit d 'amplification. The characteristic signal S C aract therefore responds to the following equation:

Autrement dit, à partir du signal caractéristique SC aractet d’un signal de commande S donné, et en connaissant l’ensemble des fonctions de transfert de chacun des éléments 11, 15, 21, 25 du dispositif de détection 1, il est possible de déterminer l’atténuation HGaz= de l’onde ultrasonore 45 lors de son transit dans l’espace de mesure 40.In other words, from the characteristic signal S C aract and a given control signal S, and knowing all the transfer functions of each of the elements 11, 15, 21, 25 of the detection device 1, it is possible to determine the attenuation H Gas = of the ultrasonic wave 45 during its transit in the measurement space 40.

Néanmoins, selon une possibilité de l’invention, afin de se prémunir de la nécessité de caractériser la fonction de transfert de chacun des éléments 11, 15, 21, 25 du dispositif de détection 1, il est envisageable d’utiliser une mesure de référence , SRefpréalable avec un gaz de référence, tel qu’un gaz ne comportant pas d’hydrogène. Selon cette possibilité la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz= αGaz– αRef entre le gaz et le gaz de référence peut être obtenue avec la formule suivante :Nevertheless, according to one possibility of the invention, in order to guard against the need to characterize the transfer function of each of the elements 11, 15, 21, 25 of the detection device 1, it is possible to use a reference measurement , SRefbeforehand with a reference gas, such as a gas that does not contain hydrogen. According to this possibility the variation of the attenuation coefficient ΔαGas= αGas– αRef between the gas and the reference gas can be obtained with the following formula:

SRefétant le signal caractéristique récupéré par l’unité de traitement 30 lors de la mesure de référence préalable, et est la mesure de référence.S Ref being the characteristic signal recovered by the processing unit 30 during the prior reference measurement, and is the reference measurement.

Ainsi, avec un tel dispositif de détection 1 et par l’utilisation d’une mesure de référence préalable, il est aisé de déterminer une variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz = αGaz– αRefen tant que valeur d’atténuation.Thus, with such a detection device 1 and by using a prior reference measurement, it is easy to determine a variation of the attenuation coefficient ΔαGas = αGas– αRefas an attenuation value.

A partir de ce principe et dans le cadre de l’invention, les inventeurs ont démontré que pour les fréquences d’ultrasons supérieures ou égales à 2 MHz, voire supérieures ou égales à 2,5 MHz, la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazest principalement reliée à la concentration en hydrogène. Pour obtenir un tel résultat, comme illustré sur la figure 2, les inventeurs ont étudié la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazpour différents gaz susceptibles de contaminer l’espace de mesure en fonction de de la fréquence de l’onde ultrasonore 45.From this principle and within the framework of the invention, the inventors have demonstrated that for ultrasound frequencies greater than or equal to 2 MHz, or even greater than or equal to 2.5 MHz, the variation of the attenuation coefficient Δα Gas is mainly related to hydrogen concentration. To obtain such a result, as illustrated in FIG. 2, the inventors have studied the variation of the attenuation coefficient Δα Gas for different gases likely to contaminate the measurement space as a function of the frequency of the ultrasonic wave 45.

Pour cette démonstration, les inventeurs ont utilisé la configuration suivante :
- un analyseur de réseau AGILENT™ E5061B en tant que premier amplificateur 15 pour générer une excitation électrique de 800 mV crête-à-crête qui est amplifiée avec un gain de 100 pour atteindre 80 V crête-à-crête et à laquelle est ajoutée une composante continue de 40 V,
- une alimentation continue 23 configurée pour appliquer une tension continue de 70 V aux deuxièmes transducteurs à ultrasons 21,
- un deuxième amplificateur 25 fourni par un amplificateur de charge COOKNELL™, l’analyseur de réseau permettant de mesurer le signal caractéristique fourni par le deuxième amplificateur 25.
For this demonstration, the inventors used the following configuration:
- an AGILENT™ E5061B network analyzer as the first amplifier 15 to generate an electrical excitation of 800 mV peak-to-peak which is amplified with a gain of 100 to reach 80 V peak-to-peak and to which is added a DC component of 40 V,
- a DC power supply 23 configured to apply a DC voltage of 70 V to the second ultrasonic transducers 21,
- a second amplifier 25 supplied by a COOKNELL™ charge amplifier, the network analyzer making it possible to measure the characteristic signal supplied by the second amplifier 25.

Dans ce démonstrateur utilisé par les inventeurs pour illustrer le principe de l’invention, l’analyseur de réseau AGILENT™ E5061B fournit une partie des fonctions de l’unité de traitement 30.In this demonstrator used by the inventors to illustrate the principle of the invention, the AGILENT™ E5061B network analyzer provides part of the functions of the processing unit 30.

Ainsi, la figure 2 montre l’évolution de la variation ΔαGazpour un gaz d’azote dans lequel a été respectivement introduit 1% d’hydrogène (courbe 101), 1% de dioxyde de carbone (courbe 102) et 1% de méthane (courbe 103) et, la mesure de référence ayant été réalisée pour un gaz d’azote non contaminé, c’est-à-dire de l’azote sensiblement pur. Pour une onde ultrasonore de 2 MHz, la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazest de l’ordre de 7 m-1pour l’hydrogène, 101, alors qu’elle est inférieure, en valeur absolue, à 3 m-1pour le dioxyde de carbone, 102, et le méthane, 103. Pour une onde ultrasonore de 2,5 MHz, la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazest de l’ordre de 10 m-1 pour l’hydrogène, 101, alors que cette même variation reste inférieure à 3 m-1, en valeur absolue, pour le dioxyde de carbone, 102, et le méthane, 103. On peut voir sur la figure 2 que cette sélectivité à l’hydrogène augmente avec la fréquence, notamment pour les fréquences supérieures à 3 MHz, ou encore à 3,5 MHz, voire à 4 MHz.Thus, figure 2 shows the evolution of the variation ΔαGasfor a nitrogen gas into which was respectively introduced 1% hydrogen (curve 101), 1% carbon dioxide (curve 102) and 1% methane (curve 103) and, the reference measurement having been carried out for uncontaminated nitrogen gas, i.e. substantially pure nitrogen. For a 2 MHz ultrasonic wave, the variation of the attenuation coefficient ΔαGasis of the order of 7 m-1for hydrogen, 101, while it is less, in absolute value, than 3 m-1for carbon dioxide, 102, and methane, 103. For an ultrasonic wave of 2.5 MHz, the variation of the attenuation coefficient ΔαGasis of the order of 10 m-1 for hydrogen, 101, while this same variation remains less than 3 m-1, in absolute value, for carbon dioxide, 102, and methane, 103. It can be seen in Figure 2 that this selectivity for hydrogen increases with frequency, especially for frequencies above 3 MHz, or even at 3.5 MHz, even 4 MHz.

Il est à noter que, sauf précision contraire, l’ensemble des valeurs de proportion en gaz fourni ci-dessus et dans le reste de ce document sont des proportions molaires, une telle proportion molaire en gaz correspondant directement à la même valeur de proportion volumique.It should be noted that, unless otherwise specified, all of the gas proportion values provided above and in the rest of this document are molar proportions, such a molar gas proportion corresponding directly to the same volume proportion value .

Ainsi, toute variation de coefficient d’atténuation ΔαGazobtenue pour une fréquence d’onde ultrasonore supérieure ou égale à 2 MHz peut donc être attribuée à la présence d’hydrogène dans l’espace de mesure 40, puisqu’il faudrait une quantité significative d’un autre gaz (par exemple plus du double pour le dioxyde de carbone et une fréquence de 2 MHz, et du triple pour le dioxyde de carbone et une fréquence de 2,5 MHz) pour obtenir une variation réellement significative de cette même variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz.Thus, any variation in attenuation coefficient Δα Gas obtained for an ultrasonic wave frequency greater than or equal to 2 MHz can therefore be attributed to the presence of hydrogen in the measurement space 40, since a significant quantity of another gas (e.g. more than double for carbon dioxide and a frequency of 2 MHz, and triple for carbon dioxide and a frequency of 2.5 MHz) to obtain a really significant variation of this same variation of the attenuation coefficient Δα Gas .

Lors de cette même étude, à l’origine de l’invention, les inventeurs ont également démontré que, comme cela est illustré sur la figure 3, la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazévolue linéairement avec la présence de l’hydrogène ceci quelle que soit la fréquence de l’onde ultrasonore. Pour ce faire, les inventeurs ont introduit dans une atmosphère constituée d’azote tour à tour 4% d’hydrogène, 3% d’hydrogène, 2% d’hydrogène, 1% d’hydrogène, et une nouvelle fois 4%, ceci sur une plage de temps donnée, l’atmosphère azotée de l’espace de mesure 40 étant rétablie entre deux introductions. Lors de ces introductions, l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaza été déterminée pour trois fréquences d’ondes ultrasonores, 2 MHz (courbe 111), 3,6 MHz (courbe 112) et 4,1 MHz (courbe 113) tout au long de ces introductions d’hydrogène.During this same study, at the origin of the invention, the inventors also demonstrated that, as illustrated in Figure 3, the variation of the attenuation coefficient Δα Gas evolves linearly with the presence of hydrogen this regardless of the frequency of the ultrasonic wave. To do this, the inventors introduced into an atmosphere consisting of nitrogen in turn 4% hydrogen, 3% hydrogen, 2% hydrogen, 1% hydrogen, and again 4%, this over a given time range, the nitrogenous atmosphere of the measurement space 40 being re-established between two introductions. During these introductions, the evolution of the variation of the attenuation coefficient Δα Gas was determined for three ultrasonic wave frequencies, 2 MHz (curve 111), 3.6 MHz (curve 112) and 4.1 MHz ( curve 113) throughout these introductions of hydrogen.

On peut ainsi voir que la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazévolue linéairement avec la quantité d’hydrogène introduite ceci quelle que soit la fréquence d’onde ultrasonore retenue. En effet, à partir de ces mesures, les inventeurs ont mesuré une sensibilité de 0,062 cm-1.%-1à 2 MHz, une sensibilité de 0,175 cm-1.%-1à 3,6 MHz et une sensibilité de 0,211 cm-1.%-1 à 4,1 MHz.We can thus see that the variation of the attenuation coefficient ΔαGasevolves linearly with the amount of hydrogen introduced, whatever the ultrasonic wave frequency used. Indeed, from these measurements, the inventors measured a sensitivity of 0.062 cm-1.%-1at 2 MHz, a sensitivity of 0.175 cm-1.%-1at 3.6 MHz and a sensitivity of 0.211 cm-1.%-1 at 4.1MHz.

De plus, comme cela est montré sur les figures 4 et 5, les inventeurs ont également découvert que si la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazchange de manière prépondérante avec la proportion d’hydrogène dans l’espace de mesure 40 pour les fréquences d’ondes ultrasonores supérieures à 2 MHz, l’évolution de la variation de ce coefficient d’atténuation ΔαGazavec la fréquence de l’onde ultrasonore est caractéristique du gaz contaminant ajouté dans l’espace de mesure 40.In addition, as shown in Figures 4 and 5, the inventors have also discovered that if the variation of the attenuation coefficient Δα Gas changes predominantly with the proportion of hydrogen in the measurement space 40 for the frequencies ultrasonic waves above 2 MHz, the evolution of the variation of this attenuation coefficient Δα Gas with the frequency of the ultrasonic wave is characteristic of the contaminant gas added in the measurement space 40.

On peut ainsi voir cela sur la figure 4 qui montre le résultat de mesures lors desquelles les inventeurs ont introduit dans une atmosphère constituée d’azote tour à tour 4% de dioxyde de carbone, 3% de dioxyde de carbone, 2% de dioxyde de carbone, 1% de dioxyde de carbone, et une nouvelle fois 4% de dioxyde de carbone ceci sur une plage de temps donnée, l’atmosphère azotée de l’espace de mesure 40 étant rétablie entre deux introductions. Lors de ces introductions, l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaza été déterminée pour trois fréquences d’ondes ultrasonores, 2 MHz (courbe 121), 3,6 MHz (courbe 122) et 4,1 MHz (courbe 123) tout au long de ces introductions de dioxyde de carbone.This can thus be seen in FIG. 4, which shows the result of measurements during which the inventors introduced into an atmosphere consisting of nitrogen in turn 4% carbon dioxide, 3% carbon dioxide, 2% carbon, 1% carbon dioxide, and once again 4% carbon dioxide over a given time range, the nitrogenous atmosphere of the measurement space 40 being re-established between two introductions. During these introductions, the evolution of the variation of the attenuation coefficient Δα Gas was determined for three ultrasonic wave frequencies, 2 MHz (curve 121), 3.6 MHz (curve 122) and 4.1 MHz ( curve 123) throughout these introductions of carbon dioxide.

Pour le dioxyde de carbone, les inventeurs ont ainsi identifié que la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazévolue linéairement avec la quantité de dioxyde de carbone se trouvant dans l’espace de mesure 40, ceci avec un coefficient directeur positif, et que, comme pour l’hydrogène, cette même variation du coefficient d’atténuation ΔαGazaugmente, lorsque la fréquence de l’onde ultrasonore 45 augmente.For carbon dioxide, the inventors have thus identified that the variation of the attenuation coefficient Δα Gas evolves linearly with the quantity of carbon dioxide found in the measurement space 40, this with a positive leading coefficient, and that, as for hydrogen, this same variation of the attenuation coefficient Δα Gas increases when the frequency of the ultrasonic wave 45 increases.

Concernant le méthane, comme cela est montré sur la figure 5 qui illustre le résultat de mesures lors desquelles les inventeurs ont introduit dans une atmosphère constituée d’azote tour à tour 4% de méthane, 3% de méthane, 2% de méthane, 1% de méthane, et une nouvelle fois 4% de méthane ceci sur une plage de temps donnée, l’atmosphère azotée de l’espace de mesure 40 étant rétablie entre deux introductions. Lors de ces introductions, l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGaza encore une fois été déterminée pour trois fréquences d’ondes ultrasonores, 2 MHz (courbe 131), 3,6 MHz (courbe 132) et 4,1 MHz (courbe 133) tout au long de ces introductions de méthane.Regarding methane, as shown in Figure 5 which illustrates the result of measurements during which the inventors introduced into an atmosphere consisting of nitrogen in turn 4% methane, 3% methane, 2% methane, 1 % of methane, and once again 4% of methane over a given time range, the nitrogenous atmosphere of the measurement space 40 being re-established between two introductions. During these introductions, the evolution of the variation of the attenuation coefficient Δα Gas was once again determined for three ultrasonic wave frequencies, 2 MHz (curve 131), 3.6 MHz (curve 132) and 4, 1 MHz (curve 133) throughout these methane introductions.

Pour le méthane, la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazvarie également linéairement avec la quantité de méthane, le coefficient directeur étant négatif contrairement à l’hydrogène et au dioxyde de carbone (l’atténuation diminue lorsque l’on introduit plus de méthane), et que cette même variation du coefficient d’atténuation ΔαGaz augmente, en valeur absolue, lorsque la fréquence de l’onde ultrasonore 45 augmente.For methane, the variation of the attenuation coefficient ΔαGasalso varies linearly with the quantity of methane, the directing coefficient being negative contrary to hydrogen and carbon dioxide (the attenuation decreases when more methane is introduced), and that this same variation of the attenuation coefficient ΔαGas increases, in absolute value, when the frequency of the ultrasonic wave 45 increases.

Le résultat de l’ensemble de ces mesures est résumé dans le tableau suivant qui présente la sensibilité de la variation du coefficient d’atténuation vis-à-vis de la proportion d’hydrogène, de dioxyde de carbone et de méthane, ceci pour les trois fréquences d’ondes ultrasonores étudiées et de la sélectivité de l’hydrogène vis-à-vis du dioxyde de carbone et du méthaneThe result of all these measurements is summarized in the following table which presents the sensitivity of the variation of the attenuation coefficient with respect to the proportion of hydrogen, carbon dioxide and methane, this for three ultrasonic wave frequencies studied and the selectivity of hydrogen towards carbon dioxide and methane

H2
en cm-1.%-1
H2
in cm -1 .% -1
CO2
en cm-1.%-1
CO2
in cm -1 .% -1
CH4
en cm-1.%-1
CH 4
in cm -1 .% -1
Sélectivité H2
vis à vis CO2/CH4
H2 selectivity
opposite CO 2 /CH 4
F1=2 MHzF1=2MHz 0,0620.062 0,01950.0195 -0,0073-0.0073 3,2/-8,53.2/-8.5 F2=3,6MHzF2=3.6MHz 0,1750.175 0,0240.024 -0,015-0.015 7,3/-11,77.3/-11.7 F3=4,1 MHzF3=4.1MHz 0,2110.211 0,03350.0335 -0,0195-0.0195 6,3/-10,86.3/-10.8

A partir de ce principe, l’unité de traitement 30 est donc apte à déterminer, à partir du signal caractéristique SC aract, une valeur d’atténuation de l’onde ultrasonore, telle que par exemple la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazou la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazmultiplié par d, et pour déterminer à partir de ladite valeur d’atténuation une valeur caractéristique de présence d’hydrogène. Cette valeur caractéristique de présence d’hydrogène peut être un état de présence de d’hydrogène ou une quantité d’hydrogène estimée présente dans l’espace de mesure.From this principle, the processing unit 30 is therefore capable of determining, from the characteristic signal S C aract , an attenuation value of the ultrasonic wave, such as for example the variation of the attenuation coefficient Δα Gas or the variation of the attenuation coefficient Δα Gas multiplied by d, and to determine from said attenuation value a characteristic value of the presence of hydrogen. This characteristic value of the presence of hydrogen can be a state of the presence of hydrogen or an estimated quantity of hydrogen present in the measurement space.

Dans le cas où la valeur caractéristique de présence d’hydrogène est un état de présence, cet état de présence peut être une variable booléenne présentant un état faux, en l’absence d’hydrogène, et qui passe à l’état vrai lorsque la valeur d’atténuation dépasse une valeur seuil correspondant à une quantité d’intérêt d’hydrogène présente dans l’espace de mesure 40. Une telle quantité d’intérêt d’hydrogène peut être par exemple une quantité considérée comme préoccupante, par exemple 1% d’hydrogène, et caractéristique d’une contamination significative de l’espace de mesure 40 et donc du milieu gazeux, ou encore une quantité d’hydrogène considéré à risque à partir duquel un risque d’explosion n’est pas à exclure, telle que par exemple 4% d’hydrogène. En variante, la valeur caractéristique peut être une variable d’état à plusieurs états correspondant à plusieurs seuils de présence d’hydrogène, tels que par exemple un premier seuil de suspicion de contamination, par exemple 1% d’hydrogène, un deuxième seuil de contamination confirmé, par exemple 2% d’hydrogène, et un troisième seuil d’alerte lors duquel, par exemple, une alarme, par exemple sonore et/ou lumineuse, est déclenchée, ce troisième seuil pouvant être par exemple de 4%.In the case where the characteristic value of the presence of hydrogen is a state of presence, this state of presence can be a Boolean variable presenting a false state, in the absence of hydrogen, and which changes to the true state when the attenuation value exceeds a threshold value corresponding to a quantity of interest of hydrogen present in the measurement space 40. Such a quantity of interest of hydrogen can be for example a quantity considered to be of concern, for example 1% of hydrogen, and characteristic of a significant contamination of the measurement space 40 and therefore of the gaseous medium, or even a quantity of hydrogen considered to be at risk from which a risk of explosion cannot be excluded, such than for example 4% hydrogen. As a variant, the characteristic value can be a state variable with several states corresponding to several thresholds for the presence of hydrogen, such as for example a first threshold of suspicion of contamination, for example 1% of hydrogen, a second threshold of confirmed contamination, for example 2% hydrogen, and a third alert threshold during which, for example, an alarm, for example sound and/or light, is triggered, this third threshold possibly being for example 4%.

Bien entendu, il est également envisageable, dans le cadre de l’invention, que l’unité de traitement 30 soit apte de déterminer plusieurs valeurs caractéristiques comprenant une valeur d’état, telle qu’explicitée dans le paragraphe précédent, et une quantité d’hydrogène estimée.Of course, it is also possible, within the scope of the invention, for the processing unit 30 to be capable of determining several characteristic values comprising a status value, as explained in the previous paragraph, and a quantity of estimated hydrogen.

VarianteVariant de l’invention dans le cadre d’une contaminationof the invention in the context of contamination binairebinary

Il est à noter que selon une variante de l’invention, dans le cas où l’espace de mesure 40 est susceptible d’être contaminé par deux gaz contaminants (composition binaire) dont l’un est l’hydrogène, il est envisageable d’utiliser la possibilité de l’invention pour déterminer la contamination respectivement de l’espace de mesure 40 par ces deux gaz contaminants, dont un est l’hydrogène.It should be noted that according to a variant of the invention, in the case where the measurement space 40 is likely to be contaminated by two contaminant gases (binary composition), one of which is hydrogen, it is possible to use the possibility of the invention to determine the contamination respectively of the measurement space 40 by these two contaminant gases, one of which is hydrogen.

Selon cette variante, l’émetteur d’ultrasons 10 est configuré pour émettre des ondes ultrasonores à au moins une première fréquence et une deuxième fréquence avec la première fréquence qui est supérieure ou égale à 2 MHz et la deuxième fréquence qui est préférentiellement inférieure à 2 MHz.According to this variant, the ultrasonic transmitter 10 is configured to emit ultrasonic waves at at least a first frequency and a second frequency with the first frequency which is greater than or equal to 2 MHz and the second frequency which is preferably less than 2 MHz.

Selon le principe déjà explicité, l’unité de traitement 30 est configurée pour déterminer, sur la base de la valeur d’atténuation déterminée pour l’onde ultrasonore à la première fréquence, une valeur caractéristique de la présence d’hydrogène dans l’espace de mesure 40. En effet, l’influence de la contamination à l’hydrogène étant prépondérante pour les fréquences supérieures d’onde ultrasonore à 2 MHz, l’éventuelle présence de l’autre gaz n’a pas à être prise en compte.According to the principle already explained, the processing unit 30 is configured to determine, on the basis of the attenuation value determined for the ultrasonic wave at the first frequency, a value characteristic of the presence of hydrogen in space measurement 40. Indeed, the influence of hydrogen contamination being preponderant for ultrasonic wave frequencies above 2 MHz, the possible presence of the other gas does not have to be taken into account.

La valeur caractéristique de la présence d’hydrogène étant déterminée, l’unité de traitement 30 peut être configurée pour déterminer, sur la base de la valeur d’atténuation déterminée pour l’onde ultrasonore à la deuxième fréquence et en corrigeant l’influence de l’hydrogène à partir de la valeur caractéristique de la présence d’hydrogène, une valeur caractéristique de la présence de l’autre gaz.The characteristic value of the presence of hydrogen having been determined, the processing unit 30 can be configured to determine, on the basis of the attenuation value determined for the ultrasonic wave at the second frequency and by correcting the influence of hydrogen from the value characteristic of the presence of hydrogen, a value characteristic of the presence of the other gas.

On notera que cet autre gaz, selon une application préférée de l’invention, peut être choisi parmi le dioxyde de carbone et le méthane. Les valeurs fournies dans le tableau 1 pouvant être notamment utilisées pour corriger l’influence de l’hydrogène.It will be noted that this other gas, according to a preferred application of the invention, can be chosen from carbon dioxide and methane. The values provided in table 1 can be used in particular to correct the influence of hydrogen.

On peut également noter qu’une telle variation du coefficient d’atténuation ΔαGazavec la fréquence de l’onde ultrasonore et avec la quantité de gaz qui est, comme l’ont découvert les inventeurs, caractéristique du gaz contaminant, peut également être employée pour l’identification d’un gaz contaminant introduit dans l’espace de mesure.It can also be noted that such a variation of the attenuation coefficient Δα Gas with the frequency of the ultrasonic wave and with the quantity of gas which is, as the inventors have discovered, characteristic of the contaminant gas, can also be used for the identification of a contaminant gas introduced into the measurement space.

Possibilité d’identification d’une contaminationPossibility of identification of contamination

Ainsi, selon cette possibilité de l’invention, à partir des résultats présentés ci-dessus dans la partie «principe de mesure mis en œuvre dans le cadre de l’invention », les inventeurs ont développé un procédé d’identification du gaz contaminant basé sur le fait que l’évolution de la variation de ce coefficient d’atténuation ΔαGazavec la fréquence de l’onde ultrasonore est caractéristique du gaz contaminant.Thus, according to this possibility of the invention, from the results presented above in the part " measuring principle implemented in the context of the invention " , the inventors have developed a method for identifying the contaminant gas based on the fact that the evolution of the variation of this attenuation coefficient Δα Gas with the frequency of the ultrasonic wave is characteristic of the contaminant gas.

Dans le cadre de cette possibilité d’identification d’une contamination, les inventeurs ont retenu la variation de l’atténuation normalisée en fréquence Δαnen tant que valeur d’atténuation, vis-à-vis de la variation d’atténuation « non normalisée en fréquence », qui permet de mieux mettre en exergue les spécificités de chacun des gaz envisagés (l’hydrogène, le méthane et le dioxyde de carbone). Cette valeur d’atténuation dite normalisée en fréquence Δαnest égale à la valeur de la variation du coefficient d’atténuation ΔαGazdivisée par la fréquence f. Bien entendu, l’utilisation de la variation d’atténuation normalisée en fréquence Δαnen tant que valeur d’atténuation dans le cadre de cette possibilité d’identification n’est fournie qu’à titre d’exemple et d’autres valeurs d’atténuation, telles que la variation d’atténuation ΔαGaz, qui est donc « non normalisée en fréquence », peuvent bien entendu également être utilisées dans le cadre d’une telle possibilité.In the context of this possibility of identifying contamination, the inventors have retained the variation of the normalized attenuation in frequency Δα n as the attenuation value, with respect to the variation of attenuation “not normalized in frequency", which makes it possible to better highlight the specificities of each of the gases considered (hydrogen, methane and carbon dioxide). This so-called normalized frequency attenuation value Δα n is equal to the value of the variation of the attenuation coefficient Δα Gas divided by the frequency f. Of course, the use of the normalized attenuation variation in frequency Δα n as an attenuation value within the framework of this possibility of identification is only provided by way of example and other values d attenuation, such as the attenuation variation Δα Gas , which is therefore “non-standardized in frequency”, can of course also be used in the context of such a possibility.

En effet, la figure 6, qui illustre l’évolution de la variation du coefficient d’atténuation normalisée en fréquence Δαn en fonction de la fréquence (les courbes 141, 142 et 143 correspondant à une introduction de respectivement 1% d’hydrogène, 4% de dioxyde de carbone et 4% de méthane), montre que, avec la variation du coefficient d’atténuation normalisée Δαnen tant que valeur d’atténuation, on obtient pour une première et une deuxième fréquence à 2 MHz et 3,6 MHz :
- pour l’hydrogène, la courbe 141 montre une valeur d’atténuation, la variation d’atténuation normalisée en fréquence Δαnprésentant un signe positif (aussi bien à 2 MHz qu’à 3,6 MHz) et une variation positive de cette même valeur d’atténuation en passant de la première à la deuxième fréquence,
- pour le dioxyde de carbone, la courbe 142 montre une valeur d’atténuation, la variation d’atténuation normalisée en fréquence Δαn ,présentant un signe positif (aussi bien à 2 MHz qu’à 3,6 MHz) et une variation négative de cette même valeur d’atténuation en passant de la première à la deuxième fréquence,
- pour le méthane, courbe 143 montre une valeur d’atténuation, la variation d’atténuation normalisée en fréquence Δαn, présentant un signe négatif (aussi bien à 2 MHz qu’à 3,6 MHz) et une variation négative de cette même valeur d’atténuation en passant de la première à la deuxième fréquence.
Indeed, figure 6, which illustrates the evolution of the variation of the normalized attenuation coefficient in frequency Δαnot as a function of frequency (the curves 141, 142 and 143 corresponding to an introduction of respectively 1% hydrogen, 4% carbon dioxide and 4% methane), shows that, with the variation of the normalized attenuation coefficient Δαnotas an attenuation value, we obtain for a first and a second frequency at 2 MHz and 3.6 MHz:
- for hydrogen, curve 141 shows an attenuation value, the normalized attenuation variation in frequency Δαnothaving a positive sign (both at 2 MHz and 3.6 MHz) and a positive variation of this same attenuation value when passing from the first to the second frequency,
- for carbon dioxide, curve 142 shows an attenuation value, the normalized attenuation variation in frequency Δαnot ,having a positive sign (both at 2 MHz and 3.6 MHz) and a negative variation of this same attenuation value when passing from the first to the second frequency,
- for methane, curve 143 shows an attenuation value, the normalized attenuation variation in frequency Δαnot, presenting a negative sign (both at 2 MHz and at 3.6 MHz) and a negative variation of this same attenuation value when passing from the first to the second frequency.

Ainsi en cas d’observation d’une variation de l’atténuation d’une onde ultrasonore dans la chambre de mesure et donc d’une potentielle contamination du milieu gazeux par un gaz contaminant, à partir de deux paramètres d’atténuation seuls, le signe de la variation d’atténuation normalisée en fréquence Δαn(aussi bien à la première fréquence qu’à la deuxième fréquence) et le signe de l’évolution de la variation d’atténuation normalisée en fréquence Δαnentre la première et la deuxième fréquence, il est aisé de déterminer la nature de gaz contaminant présent dans le milieu gazeux.Thus, in the event of observation of a variation in the attenuation of an ultrasonic wave in the measurement chamber and therefore of a potential contamination of the gaseous medium by a contaminant gas, from two attenuation parameters alone, the sign of the normalized attenuation variation in frequency Δα n (both at the first frequency and at the second frequency) and the sign of the evolution of the normalized attenuation variation in frequency Δα n between the first and the second frequency, it is easy to determine the nature of the contaminating gas present in the gaseous medium.

Selon cette possibilité, l’unité de traitement 30 peut être configurée pour autoriser la mise en œuvre d’un procédé d’identification comprenant les étapes suivantes :
- émission par l’émetteur d’ultrasons 10 d’une première et d’une deuxième onde ultrasonore à respectivement la première et la deuxième fréquence,
- mesure d’un signal caractéristique par le récepteur à ultrasons 20 de respectivement la première et de la deuxième onde ultrasonore,
- détermination d’une première et d’une deuxième valeur d’atténuation, ici les variations d’atténuation normalisée aux première et deuxième fréquences Δαn(f1) et Δαn(f2), respective à partir de respectivement les premier et deuxième signaux caractéristiques mesurés,
- calcul d’au moins une valeur caractéristique de l’évolution d’atténuation entre la première et la deuxième valeur d’atténuation, ici un différence entre les variations d’atténuation normalisée aux première et deuxième fréquences,
- identification de la nature de l’éventuel gaz contaminant sur la base de la valeur caractéristique de l’évolution d’atténuation et d’au moins l’une de la première et la deuxième valeur d’atténuation (Δαn(f2)-Δαn(f1)), ceci par exemple à partir de paramètres d’atténuation ,
- détermination d’une valeur caractéristique de la présence de l’éventuel gaz identifié.
According to this possibility, the processing unit 30 can be configured to authorize the implementation of an identification method comprising the following steps:
- emission by the ultrasonic transmitter 10 of a first and a second ultrasonic wave respectively at the first and the second frequency,
- measurement of a characteristic signal by the ultrasonic receiver 20 of respectively the first and the second ultrasonic wave,
- determination of a first and a second attenuation value, here the normalized attenuation variations at the first and second frequencies Δα n (f1) and Δα n (f2), respectively from respectively the first and second signals characteristics measured,
- calculation of at least one characteristic value of the change in attenuation between the first and the second attenuation value, here a difference between the normalized attenuation variations at the first and second frequencies,
- identification of the nature of the possible contaminant gas on the basis of the characteristic value of the attenuation evolution and at least one of the first and the second attenuation value (Δα n (f2)- Δαn(f1)), this for example from attenuation parameters,
- determination of a value characteristic of the presence of any identified gas.

Dans le cadre de l’invention, la première fréquence est une fréquence supérieure ou égale à 2 MHz, ceci de manière à permettre, selon le principe de l’invention, la détection de la présence d’hydrogène.In the context of the invention, the first frequency is a frequency greater than or equal to 2 MHz, this so as to allow, according to the principle of the invention, the detection of the presence of hydrogen.

Afin de permettre l’identification de la nature de l’éventuel gaz contaminant, l’unité de traitement 30 peut ainsi être configurée pour déterminer au moins deux paramètres d’atténuation dont :
- un signe de la valeur d’atténuation déterminée pour l’une de la première et de la deuxième fréquence, ici le signe de la variation d’atténuation normalisée en fréquence Δαnsoit à la première fréquence, soit à la deuxième fréquence Sign(Δαn(f1ou f2),
- un signe de la différence entre la valeur d’atténuation déterminée pour la première fréquence et la valeur d’atténuation déterminée pour la deuxième fréquence, ladite différence correspondant à une valeur caractéristique de l’évolution d’atténuation entre la première et la deuxième valeur d’atténuation qui sont ici les variations d’atténuation normalisée en fréquence Δαn, Sign(Δαn(f2) - Δαn(f1)).
In order to allow the nature of the possible contaminant gas to be identified, the processing unit 30 can thus be configured to determine at least two attenuation parameters including:
- a sign of the attenuation value determined for one of the first and second frequencies, here the sign of the normalized attenuation variation in frequency Δα n either at the first frequency or at the second frequency Sign( Δα n (f1 or f2),
- a sign of the difference between the attenuation value determined for the first frequency and the attenuation value determined for the second frequency, said difference corresponding to a characteristic value of the change in attenuation between the first and the second value of attenuation which are here the variations of normalized attenuation in frequency Δα n , Sign(Δα n (f2) - Δα n (f1)).

Bien entendu, ces deux paramètres ne sont fournis qu’à titre d’exemple, d’autres paramètres d’atténuation peuvent être envisagés sans que l’on sorte du cadre de l’invention. On notera en particulier, dans le cas où on s’intéresserait à un nombre plus important de gaz contaminants, qu’il est parfaitement envisageable d’utiliser une valeur de pente à la première fréquence ou encore, lorsqu’une fuite est avérée, un rapport de variation entre la variation d’atténuation normalisée en fréquence à la première fréquence Δαn(f1) et la variation d’atténuation normalisée en fréquence à la deuxième fréquence Δαn(f2).Of course, these two parameters are only provided by way of example, other attenuation parameters can be envisaged without departing from the scope of the invention. It will be noted in particular, in the case where one is interested in a larger number of contaminating gases, that it is perfectly possible to use a slope value at the first frequency or even, when a leak is proven, a variation ratio between the normalized frequency attenuation variation at the first frequency Δα n (f1) and the normalized frequency attenuation variation at the second frequency Δα n (f2).

Une fois un gaz contaminant identifié, l’unité de traitement 30 peut en outre être configurée pour déterminer une valeur caractéristique de la présence du gaz contaminant identifié. Une telle valeur caractéristique de la présence du gaz contaminant peut être déterminée à partir d’au moins l’une de la valeur d’atténuation déterminée pour la première fréquence et la valeur d’atténuation déterminée pour la deuxième fréquence. D’une manière avantageuse la valeur d’atténuation utilisée pour déterminer la valeur caractéristique de présence du gaz contaminant peut-être la valeur d’atténuation parmi la valeur d’atténuation déterminée pour la première et la deuxième fréquence qui est attendue comme présentant la sensibilité la plus importante pour le gaz contaminant identifié la fréquence correspondante est dite fréquence adaptée. On notera que dans le présent mode de réalisation, une valeur d’atténuation à une troisième fréquence égale à 4,1 MHz a été également déterminée, la sélection se faisant ainsi entre les valeurs d’atténuation déterminées pour la première à la troisième fréquence.Once a contaminant gas has been identified, the processing unit 30 can also be configured to determine a value characteristic of the presence of the identified contaminant gas. Such a value characteristic of the presence of the contaminant gas can be determined from at least one of the attenuation value determined for the first frequency and the attenuation value determined for the second frequency. Advantageously, the attenuation value used to determine the characteristic value of the presence of the contaminant gas may be the attenuation value among the attenuation value determined for the first and the second frequency which is expected as having the sensitivity the most important for the contaminant gas identified the corresponding frequency is called adapted frequency. It will be noted that in the present embodiment, an attenuation value at a third frequency equal to 4.1 MHz has also been determined, the selection thus being made between the attenuation values determined for the first to the third frequency.

Ainsi, selon cette possibilité de ce présent mode de réalisation, l’émetteur d’ultrasons 10 peut être configuré pour émettre au moins une troisième onde ultrasonore à une troisième fréquence distincte de la première et de la deuxième fréquence. Le récepteur à ultrasons 20 est configuré pour fournir au moins un troisième signal caractéristique de respectivement la troisième onde ultrasonore, et la fréquence adaptée est une fréquence parmi au moins la première à la troisième fréquence ultrasonore.Thus, according to this possibility of this present embodiment, the ultrasonic transmitter 10 can be configured to emit at least a third ultrasonic wave at a third frequency distinct from the first and from the second frequency. The ultrasonic receiver 20 is configured to supply at least a third characteristic signal of respectively the third ultrasonic wave, and the adapted frequency is one of at least the first to the third ultrasonic frequency.

Afin d’illustrer une telle possibilité, les inventeurs ont mis en œuvre le principe de fonctionnement d’un tel procédé de surveillance d’un espace de mesure pour une contamination à l’hydrogène, au dioxyde de carbone et au méthane à partir des mesures présentées dans le cadre des figures 3, 4 et 5. Ainsi, à partir de ces mesures, il a été possible de montrer le résultat d’un tel procédé dans le cadre d’introductions respectives de 1%, 2%, 3% et 4% d’hydrogène, de dioxyde de carbone et méthane dans l’espace de mesure 40 qui présente une atmosphère azoté.In order to illustrate such a possibility, the inventors have implemented the principle of operation of such a method for monitoring a measurement space for contamination with hydrogen, carbon dioxide and methane from the measurements presented within the framework of figures 3, 4 and 5. Thus, from these measurements, it was possible to show the result of such a process within the framework of respective introductions of 1%, 2%, 3% and 4% hydrogen, carbon dioxide and methane in the measurement space 40 which has a nitrogenous atmosphere.

Pour chaque quantité de gaz contaminant, sur la base des résultats illustrés sur les figures 3, 4 et 5, les valeurs d’atténuation de la première onde ultrasonore sont celles correspondant aux ondes ultrasonores dont la fréquence est égale à 2 MHz, et celles de la deuxième onde ultrasonore sont celles correspondant aux ondes ultrasonores dont la fréquence est égale à 3,6 MHz. La première fréquence est ainsi 2 MHz et la deuxième fréquence est 3,6 Mhz, ces deux fréquences étant, conformément au principe de l’invention, toutes deux supérieures ou égales à 2 MHz.For each quantity of contaminant gas, on the basis of the results illustrated in FIGS. 3, 4 and 5, the attenuation values of the first ultrasonic wave are those corresponding to ultrasonic waves whose frequency is equal to 2 MHz, and those of the second ultrasonic wave are those corresponding to ultrasonic waves whose frequency is equal to 3.6 MHz. The first frequency is thus 2 MHz and the second frequency is 3.6 MHz, these two frequencies being, in accordance with the principle of the invention, both greater than or equal to 2 MHz.

A partir de ces valeurs d’atténuation, les inventeurs ont pu déterminer pour chaque quantité de gaz contaminant :
- un premier signe de la valeur d’atténuation normalisée à la première fréquence (autrement dit, si la variation d’atténuation normalisée en fréquence Δαn(f1) à la première fréquence augmente ou diminue lors de l’introduction du gaz contaminant), et
- un deuxième signe de la différence Δαn(f2)- Δαn(f1) entre la valeur d’atténuation (ici les variations du coefficient d’atténuation normalisé en fréquence Δαn) déterminée pour la deuxième fréquence et pour la première fréquence.
From these attenuation values, the inventors were able to determine for each quantity of contaminant gas:
- a first sign of the normalized attenuation value at the first frequency (in other words, if the normalized attenuation variation in frequency Δα n (f1) at the first frequency increases or decreases during the introduction of the contaminant gas), And
- A second sign of the difference Δα n (f2)-Δα n (f1) between the attenuation value (here the variations of the normalized frequency attenuation coefficient Δα n ) determined for the second frequency and for the first frequency.

Comme indiqué précédemment, les signes attendus pour chacun des trois gaz contaminants ont été déterminés à partir de la figure 6, à savoir :
- un premier et un deuxième signe positifs pour l’hydrogène,
- un premier signe positif et un deuxième signe négatif pour le dioxyde de carbone,
- un premier et un deuxième signe négatifs pour le méthane.
As indicated previously, the expected signs for each of the three contaminant gases were determined from Figure 6, namely:
- a first and a second positive sign for hydrogen,
- a first positive sign and a second negative sign for carbon dioxide,
- a first and a second negative sign for methane.

De la même façon, sur la base du tableau 1, il a été défini pour chacun des gaz contaminants la fréquence adaptée pour déterminer la valeur caractéristique de la présence dudit gaz contaminant, ici la proportion de gaz dans l’espace de mesure 40. Ainsi pour l’hydrogène, il s’agit de la troisième fréquence qui est 4,1 MHz (bien supérieure à 2 MHz conformément à l’invention) et pour le méthane, il s’agit de la deuxième fréquence 3,6 MHz et pour le dioxyde de carbone il s’agit de la première fréquence qui est 2 MHz.In the same way, on the basis of Table 1, the appropriate frequency has been defined for each of the contaminant gases to determine the characteristic value of the presence of said contaminant gas, here the proportion of gas in the measurement space 40. Thus for hydrogen it is the third frequency which is 4.1 MHz (much higher than 2 MHz according to the invention) and for methane it is the second frequency 3.6 MHz and for carbon dioxide this is the first frequency which is 2 MHz.

On notera que dans la cadre de l’invention, qu’il aurait parfaitement été envisageable d’utiliser une fréquence inférieure à 2 MHz afin de favoriser la sensibilité au dioxyde de carbone et au méthane.It will be noted that in the context of the invention, it would have been perfectly possible to use a frequency lower than 2 MHz in order to promote sensitivity to carbon dioxide and methane.

Mélange introduitMix introduced MesureMeasure Détermination par 30Determination by 30 GazGas Quantité (%)Quantity (%) Signe de ΔαSign of Δα nnot (f1)(f1) Signe de ΔαSign of Δα nnot (f2)-Δα(f2)-Δα nnot (f1)(f1) fréquence adaptée MHzsuitable frequency MHz Gaz identifiéGas identified Quantité estimée (%)Estimated quantity (%) HH 22 11 ++ ++ 4,14.1 HH 22 0,980.98 22 ++ ++ 4,14.1 1,991.99 33 ++ ++ 4,14.1 2,982.98 44 ++ ++ 4,14.1 4.044.04 COCO 22 11 ++ -- 22 COCO 22 1,181.18 22 ++ -- 22 1,941.94 33 ++ -- 22 3,153.15 44 ++ -- 22 3,883.88 CHCH 44 11 -- -- 3,63.6 CHCH 44 1,021.02 22 -- -- 3,63.6 1,791.79 33 -- -- 3,63.6 3,243.24 44 -- -- 3,63.6 3,933.93

On peut voir qu’en appliquant le procédé selon cette possibilité compatible avec l’invention, chacun des gaz contaminants a bien été identifié et les proportions déterminées sont proches des valeurs attendues montrant le bon fonctionnement du procédé.It can be seen that by applying the process according to this possibility compatible with the invention, each of the contaminating gases has indeed been identified and the proportions determined are close to the expected values showing the correct operation of the process.

Bien entendu, une telle mise en œuvre du procédé d’identification n’est fournie qu’à titre d’exemple de cette possibilité compatible avec l’invention et est donc nullement limitative. Ainsi, il est envisageable, sans que l’on sorte du cadre de l’invention, d’utiliser plus de deux fréquences d’onde ultrasonore afin de déterminer les paramètres d’atténuation permettant de discriminer la nature du gaz contaminant, ou encore d’utiliser d’autres types de variations que celles décrites ci-dessus (notamment utiliser une valeur d’atténuation ou de différence d’atténuation, voire de différence de variation d’atténuation en tant que telle, plutôt que des signes tels qu’utilisés dans le tableau 2).Of course, such an implementation of the identification method is only provided as an example of this possibility compatible with the invention and is therefore in no way limiting. Thus, it is possible, without departing from the scope of the invention, to use more than two ultrasonic wave frequencies in order to determine the attenuation parameters making it possible to discriminate the nature of the contaminant gas, or even to 'use other types of variations than those described above (in particular using an attenuation value or attenuation difference, or even attenuation variation difference as such, rather than signs as used in Table 2).

On notera aussi, qu’il est parfaitement envisageable, sur la base du présent enseignement et à partir d’algorithmes du type apprentissage profond (plus connu sous sa dénomination anglaise « deep learning »), de pouvoir identifier un nombre important de gaz contaminants susceptibles de contaminer, et même des contaminations simultanées par plusieurs gaz contaminants, ceci en complément de la détection de l’hydrogène.It will also be noted that it is perfectly possible, on the basis of the present teaching and using algorithms of the deep learning type (better known by its English name "deep learning"), to be able to identify a large number of contaminating gases likely to contaminate, and even simultaneous contamination by several contaminating gases, this in addition to the detection of hydrogen.

De plus, si le présent document se concentre sur la détection de l’hydrogène et d’un éventuel gaz contaminant dans un milieu gazeux à surveiller et sur la détermination de la quantité d’hydrogène et de l’éventuel gaz contaminant se trouvant dans ce même milieu gazeux, dans le cadre de la mise en œuvre pratique d’un tel dispositif, l’unité de traitement 30 peut être configurée pour détecter une telle contamination ou une suspicion de contamination à partir de la détection d’une variation d’atténuation d’au moins une onde ultrasonore, telle que la première et la deuxième onde ultrasonore. Selon cette possibilité, une partie, ou la totalité, des étapes de détection d’hydrogène peuvent être mises en œuvre uniquement dans le cas de la détection d’une telle contamination ou d’une suspicion de contamination du milieu gazeux à surveiller (la mise en œuvre de ces étapes n’étant pas nécessaire dans le cas où il n’y aurait pas de contamination). De la même façon, certaines des étapes de la détection d’une éventuelle contamination du milieu gazeux peuvent être communes avec celle de la détection de l’hydrogène (notamment celles concernant l’émission de l’onde ultrasonore et de la mesure du signal caractéristique de cette dernière).In addition, while this document focuses on the detection of hydrogen and possible contaminant gas in a gaseous medium to be monitored and on the determination of the quantity of hydrogen and possible contaminant gas present in this same gaseous medium, in the context of the practical implementation of such a device, the processing unit 30 can be configured to detect such contamination or a suspicion of contamination from the detection of an attenuation variation at least one ultrasonic wave, such as the first and the second ultrasonic wave. According to this possibility, some, or all, of the hydrogen detection steps can be implemented only in the case of the detection of such contamination or of a suspicion of contamination of the gaseous medium to be monitored (the setting implementation of these steps not being necessary in the event that there is no contamination). In the same way, some of the stages of the detection of a possible contamination of the gaseous medium can be common with that of the detection of hydrogen (in particular those concerning the emission of the ultrasonic wave and the measurement of the characteristic signal of the latter).

De cette façon, le principe de mesure découvert par les inventeurs, basé sur la variation de l’atténuation des ondes ultrasonores avec la fréquence de l’onde ultrasonore et en fonction de la composition de l’atmosphère se trouvant dans l’espace de mesure 40, est particulièrement fiable. Comme montré sur la figure 7, afin de démontrer la fiabilité apportée par les inventeurs et montrer la reproductivité d’une telle valeur d’atténuation, les inventeurs ont reproduit une mesure de variation d’atténuation ΔαGazdans le cadre d’une introduction d’hydrogène conforme à la mesure montrée sur la figure 3 une première fois avec un émetteur d’ultrasons présentant une surface de 27 µm par 37 µm, comme le montre la courbe 151, avec un émetteur d’ultrasons présentant une surface de 27 µm par 27 µm, la courbe 152, et une deuxième fois avec un émetteur d’ultrasons présentant une surface de 27 µm par 27 µm, courbe 153. On peut voir que ces courbes se superposent et montrent donc la fiabilité de cette mesure que ce soit dans le cadre de l’invention ou de la possibilité compatible avec l’invention. Une telle fiabilité est parfaitement compatible avec le domaine de la sécurisation des bâtiments et des travailleurs dans lequel s’inscrit l’invention.In this way, the principle of measurement discovered by the inventors, based on the variation of the attenuation of the ultrasonic waves with the frequency of the ultrasonic wave and according to the composition of the atmosphere located in the measurement space 40, is particularly reliable. As shown in FIG. 7, in order to demonstrate the reliability provided by the inventors and show the reproducibility of such an attenuation value, the inventors have reproduced a measurement of attenuation variation Δα Gas within the framework of an introduction of hydrogen in accordance with the measurement shown in FIG. 3 a first time with an ultrasonic emitter having a surface of 27 μm by 37 μm, as shown by curve 151, with an ultrasonic emitter having a surface of 27 μm by 27 µm, curve 152, and a second time with an ultrasound emitter having a surface of 27 µm by 27 µm, curve 153. It can be seen that these curves are superimposed and therefore show the reliability of this measurement whether in the scope of the invention or of the possibility compatible with the invention. Such reliability is perfectly compatible with the field of securing buildings and workers in which the invention falls.

On notera de plus que dans le présent mode de réalisation, l’émetteur d’ultrasons 10 et le récepteur à ultrasons 20 présentent une configuration dans laquelle ils sont en regard l’un de l’autre afin de définir l’espace de mesure 40. Bien entendu d’autres configurations sont envisageables sans que l’on sorte du cadre de l’invention, tant que dans ces configurations, l’agencement de l’émetteur d’ultrasons 10 et du récepteur à ultrasons 20 permet de définir l’espace de mesure 40. On notera en particulier, qu’il est envisageable d’utiliser une ou plusieurs parois aptes à réfléchir les ondes ultrasonores afin d’utiliser des configurations autres.It will further be noted that in the present embodiment, the ultrasonic transmitter 10 and the ultrasonic receiver 20 have a configuration in which they face each other in order to define the measurement space 40 Of course, other configurations can be envisaged without departing from the scope of the invention, as long as in these configurations, the arrangement of the ultrasonic transmitter 10 and of the ultrasonic receiver 20 makes it possible to define the measurement space 40. It will be noted in particular that it is possible to use one or more walls able to reflect ultrasonic waves in order to use other configurations.

Ainsi, selon une variante de l’invention et de la possibilité compatible avec l’invention, l’émetteur d’ultrasons 10 et le récepteur à ultrasons 20 peuvent utiliser le ou les mêmes transducteurs à ultrasons en combinaison avec une paroi apte à réfléchir les ultrasons, les transducteurs à ultrasons permettant, dans le cadre de l’émetteur à ultrasons 10, d’émettre la ou les ondes à ultrasons 45 sous forme de trains d’onde, et permettant, après réflexion desdits trains d’onde par ladite paroi, de mesurer un signal caractéristique desdits trains d’onde. On notera que dans cette configuration, l’onde ultrasonore parcourt l’espace de mesure deux fois et présente donc, de ce fait, une atténuation double à laquelle s’ajoutent les pertes liées à la réflexion sur la paroi.Thus, according to a variant of the invention and of the possibility compatible with the invention, the ultrasonic transmitter 10 and the ultrasonic receiver 20 can use the same ultrasonic transducer(s) in combination with a wall capable of reflecting the ultrasound, the ultrasound transducers allowing, within the framework of the ultrasound transmitter 10, to emit the ultrasound wave(s) 45 in the form of wave trains, and allowing, after reflection of said wave trains by said wall , to measure a characteristic signal of said wave trains. It should be noted that in this configuration, the ultrasonic wave traverses the measurement space twice and therefore presents, as a result, a double attenuation to which are added the losses related to the reflection on the wall.

De même, selon une autre variante similaire basée sur l’utilisation d’une paroi réfléchissante, les transducteurs de chacun de l’émetteur d’ultrasons 10 et du récepteur à ultrasons 20 peuvent être disposés sur un même support. Ici aussi, avec une telle configuration, l’onde ultrasonore parcourt l’espace de mesure deux fois et présente donc, de ce fait, une atténuation double à laquelle s’ajoutent les pertes liées à la réflexion sur la paroi.Similarly, according to another similar variant based on the use of a reflecting wall, the transducers of each of the ultrasonic transmitter 10 and of the ultrasonic receiver 20 can be arranged on the same support. Here too, with such a configuration, the ultrasonic wave travels the measurement space twice and therefore presents, as a result, a double attenuation to which are added the losses related to the reflection on the wall.

Claims (11)

Dispositif de détection (1) d’hydrogène comprenant :
- au moins un émetteur d’ultrasons (10) apte à émettre des ondes ultrasonores (45),
- au moins un récepteur à ultrasons (20) apte à fournir au moins un signal caractéristique d’une onde ultrasonore (45), l’émetteur d’ultrasons (10) et le récepteur à ultrasons (20) étant agencés de manière à définir un espace de mesure (40) et à ce qu’une onde ultrasonore (45) émise par l’émetteur d’ultrasons (10) soit reçue par le récepteur à ultrasons (20) après être passée par l’espace de mesure (40),
- une unité de traitement (30) apte à déterminer, à partir du signal caractéristique fourni par le récepteur à ultrasons (20) lors de la réception d’une onde ultrasonore (45) émise par l’émetteur d’ultrasons (10), une valeur caractéristique de la présence d’hydrogène dans l’espace de mesure (40),
Le dispositif de détection (1) étant caractérisé en ce que :
- l’émetteur d’ultrasons (10) est configuré pour émettre des ondes ultrasonores (45) à une fréquence supérieure ou égale à 2 MHz, la fréquence étant préférentiellement supérieure à 2,5 MHz,
- l’unité de traitement (30) est configurée pour déterminer la valeur caractéristique de présence d’hydrogène sur la base d’une valeur d’atténuation de l’onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons (10), ladite valeur d’atténuation étant déterminée à partir d’une valeur caractéristique d’amplitude de l’onde ultrasonore (45) reçue.
Hydrogen detection device (1) comprising:
- at least one ultrasonic transmitter (10) able to emit ultrasonic waves (45),
- at least one ultrasonic receiver (20) capable of supplying at least one characteristic signal of an ultrasonic wave (45), the ultrasonic transmitter (10) and the ultrasonic receiver (20) being arranged so as to define a measurement space (40) and that an ultrasonic wave (45) emitted by the ultrasonic transmitter (10) is received by the ultrasonic receiver (20) after passing through the measurement space (40 ),
- a processing unit (30) capable of determining, from the characteristic signal provided by the ultrasonic receiver (20) upon receipt of an ultrasonic wave (45) emitted by the ultrasonic transmitter (10), a value characteristic of the presence of hydrogen in the measurement space (40),
The detection device (1) being characterized in that :
- the ultrasonic transmitter (10) is configured to emit ultrasonic waves (45) at a frequency greater than or equal to 2 MHz, the frequency preferably being greater than 2.5 MHz,
- the processing unit (30) is configured to determine the characteristic value of the presence of hydrogen on the basis of an attenuation value of the ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter (10), said value attenuation being determined from a characteristic amplitude value of the ultrasonic wave (45) received.
Dispositif de détection (1) d’hydrogène selon la revendication 1, dans lequel la valeur d’atténuation est déterminée à partir d’un rapport entre une valeur caractéristique d’amplitude de l’onde ultrasonore reçue et une valeur caractéristique d’amplitude d’au moins une onde ultrasonore préalablement déterminée en absence d’hydrogène dans l’espace de mesure (40).Hydrogen detection device (1) according to Claim 1, in which the attenuation value is determined from a ratio between a characteristic value of amplitude of the ultrasonic wave received and a characteristic value of amplitude d at least one ultrasonic wave previously determined in the absence of hydrogen in the measurement space (40). Dispositif de détection (1) d’hydrogène selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la valeur caractéristique de présence d’hydrogène est une valeur estimée de la quantité d’hydrogène présente dans l’espace de mesure (40).Hydrogen detection device (1) according to Claim 1 or 2, in which the characteristic value of the presence of hydrogen is an estimated value of the quantity of hydrogen present in the measurement space (40). Dispositif de détection (1) d’hydrogène selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’émetteur d’ultrasons (10) est configuré pour émettre des ondes ultrasonores à au moins une première fréquence et une deuxième fréquence dont au moins l’une de la première et la deuxième fréquence est supérieure ou égale à 2 MHz,
dans lequel l’unité de traitement (30) est préférentiellement configurée pour déterminer la valeur caractéristique de présence d’hydrogène sur la base de valeurs d’atténuation obtenues respectivement à la première et à la deuxième fréquence.
Hydrogen detection device (1) according to any one of Claims 1 to 3, in which the ultrasonic transmitter (10) is configured to emit ultrasonic waves at at least a first frequency and a second frequency of which at least least one of the first and second frequencies is greater than or equal to 2 MHz,
wherein the processing unit (30) is preferably configured to determine the characteristic value of the presence of hydrogen on the basis of attenuation values obtained respectively at the first and at the second frequency.
Dispositif de détection (1) d’hydrogène selon la revendication 4, dans lequel l’unité de traitement (30) est apte à fournir une valeur caractéristique de la présence d’au moins un autre gaz que l’hydrogène, l’au moins un autre gaz étant préférentiellement sélectionné parmi le dioxyde de carbone et le méthane.Hydrogen detection device (1) according to Claim 4, in which the processing unit (30) is able to supply a value characteristic of the presence of at least one gas other than hydrogen, the at least another gas being preferably selected from carbon dioxide and methane. Dispositif de détection (1) d’hydrogène selon les revendications 4 et 5, dans lequel l’unité de traitement (30) est en outre configurée pour identifier la nature de l’éventuel gaz contaminant parmi l’hydrogène et l’au moins un autre gaz à partir des valeurs d’atténuation déterminées, l’unité de traitement (30) étant en outre configurée pour déterminer la valeur caractéristique de la présence dudit gaz contaminant parmi l’hydrogène et l’au moins un autre gaz après identification de l’éventuel gaz contaminant à partir d’au moins une valeur d’atténuation déterminée parmi les valeurs d’atténuation déterminées pour la première et la deuxième fréquence.Hydrogen detection device (1) according to Claims 4 and 5, in which the processing unit (30) is further configured to identify the nature of the possible contaminant gas among hydrogen and the at least one other gas from the determined attenuation values, the processing unit (30) being further configured to determine the characteristic value of the presence of said contaminant gas from among hydrogen and the at least one other gas after identification of the possible contaminant gas from at least one attenuation value determined from among the attenuation values determined for the first and the second frequency. Dispositif de détection (1) d’hydrogène selon la revendication 6, dans lequel l’unité de traitement (30) est configurée pour déterminer au moins deux paramètres d’atténuation dont :
- un signe de la valeur d’atténuation déterminée pour l’une de la première et de la deuxième fréquence,
- un signe de la différence entre la valeur d’atténuation déterminée pour la première fréquence et la valeur d’atténuation déterminée pour la deuxième fréquence,
la nature de l’éventuel gaz contaminant parmi l’hydrogène et l’au moins un autre gaz étant identifiée à partir desdits paramètres d’atténuation.
Hydrogen detection device (1) according to claim 6, in which the processing unit (30) is configured to determine at least two attenuation parameters including:
- a sign of the attenuation value determined for one of the first and second frequencies,
- a sign of the difference between the attenuation value determined for the first frequency and the attenuation value determined for the second frequency,
the nature of the possible contaminant gas among hydrogen and the at least one other gas being identified from said attenuation parameters.
Dispositif de détection (1) d’hydrogène selon la revendication 7, dans lequel lors de la détermination de la valeur caractéristique de la présence dudit gaz contaminant parmi l’hydrogène et l’au moins un autre gaz après identification de l’éventuel gaz contaminant, la valeur d’atténuation déterminée utilisée est choisie par l’unité de traitement parmi celles déterminées pour la première et la deuxième fréquence en fonction de la nature de l’éventuel gaz contaminant identifié.Hydrogen detection device (1) according to claim 7, in which when determining the characteristic value of the presence of said contaminant gas among hydrogen and the at least one other gas after identification of the possible contaminant gas , the determined attenuation value used is chosen by the processing unit from among those determined for the first and second frequencies as a function of the nature of any contaminant gas identified. Procédé de détection d’hydrogène à partir d’un dispositif de détection (1) d’hydrogène, le dispositif de détection d’hydrogène comprenant :
- au moins un émetteur d’ultrasons (10) apte à émettre des ondes ultrasonores (45),
- au moins un récepteur à ultrasons (20) apte à fournir au moins un signal caractéristique d’une onde ultrasonore (45), l’émetteur d’ultrasons (10) et le récepteur à ultrasons (20) étant agencés de manière à définir un espace de mesure (40) et à ce qu’une onde ultrasonore (45) émise par l’émetteur d’ultrasons (10) soit reçue par le récepteur à ultrasons (20) après être passée par l’espace de mesure (40),
- une unité de traitement (30) apte à déterminer, à partir de l’au moins un signal caractéristique fourni par le récepteur à ultrasons (20) lors d’une émission d’ultrasons (45) par l’émetteur d’ultrasons (20), une valeur caractéristique de la présence d’hydrogène dans l’espace de mesure (40),
Le procédé comprenant les étapes suivantes :
- émission d’au moins une onde ultrasonore (45) par l’émetteur d’ultrasons (10), l’onde ultrasonore (45) présentant une fréquence supérieure ou égale à 2 MHz, la fréquence étant préférentiellement supérieure à 2,5 MHz, avec une amplitude donnée,
- fourniture, par le récepteur d’ultrasons (20) lors de la réception de l’au moins une onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons (10), d’au moins un signal caractéristique de l’au moins une onde ultrasonore,
- détermination de la valeur caractéristique de présence d’hydrogène par l’unité de traitement (30) sur la base de la caractéristique d’amplitude de l’onde ultrasonore reçue.
A method of detecting hydrogen from a hydrogen detection device (1), the hydrogen detection device comprising:
- at least one ultrasonic transmitter (10) able to emit ultrasonic waves (45),
- at least one ultrasonic receiver (20) capable of supplying at least one characteristic signal of an ultrasonic wave (45), the ultrasonic transmitter (10) and the ultrasonic receiver (20) being arranged so as to define a measurement space (40) and that an ultrasonic wave (45) emitted by the ultrasonic transmitter (10) is received by the ultrasonic receiver (20) after passing through the measurement space (40 ),
- a processing unit (30) capable of determining, from the at least one characteristic signal supplied by the ultrasound receiver (20) during an emission of ultrasound (45) by the ultrasound transmitter ( 20), a value characteristic of the presence of hydrogen in the measurement space (40),
The process comprising the following steps:
- emission of at least one ultrasound wave (45) by the ultrasound transmitter (10), the ultrasound wave (45) having a frequency greater than or equal to 2 MHz, the frequency preferably being greater than 2.5 MHz , with a given amplitude,
- supply, by the ultrasonic receiver (20) when receiving the at least one ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter (10), at least one characteristic signal of the at least one wave ultrasound,
- determination of the characteristic value of the presence of hydrogen by the processing unit (30) on the basis of the amplitude characteristic of the ultrasonic wave received.
Procédé de détection selon la revendication 9, dans lequel il est en outre prévu les étapes suivantes :
- émission d’au moins une autre onde ultrasonore (45) par l’émetteur d’ultrasons (10), l’autre onde ultrasonore (45) présentant une deuxième fréquence,
- fourniture, par le récepteur d’ultrasons (20) lors de la réception de l’autre onde ultrasonore émise par l’émetteur d’ultrasons (10), d’au moins un signal caractéristique de l’autre onde ultrasonore,
dans lequel lors de l’étape de détermination de la valeur caractéristique de présence d’hydrogène, l’unité de traitement (30) est configurée pour déterminer la valeur caractéristique de présence d’hydrogène sur la base d’une première et d’une deuxième valeur d’atténuation obtenues respectivement à la première et à la deuxième fréquence.
Detection method according to claim 9, in which the following steps are further provided:
- emission of at least one other ultrasonic wave (45) by the ultrasonic transmitter (10), the other ultrasonic wave (45) having a second frequency,
- supply, by the ultrasonic receiver (20) when receiving the other ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transmitter (10), at least one signal characteristic of the other ultrasonic wave,
wherein in the step of determining the hydrogen presence characteristic value, the processing unit (30) is configured to determine the hydrogen presence characteristic value based on a first and a second attenuation value obtained respectively at the first and at the second frequency.
Procédé de détection selon la revendication 10, dans lequel lors de l’étape de détermination de la valeur caractéristique de présence d’hydrogène par l’unité de traitement (30), il est en outre déterminé une valeur caractéristique de la présence d’un autre gaz que l’hydrogène.
Detection method according to claim 10, in which during the step of determining the characteristic value of the presence of hydrogen by the processing unit (30), a value characteristic of the presence of a gas other than hydrogen.
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