FR3122736A1 - Dispositif et procédé de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés d’un fluide - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif électronique (10) de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés présents dans un fluide comporte au moins un capteur olfactif (18) conçu pour interagir avec plusieurs composés susceptibles d’être présents dans le fluide et fournir plusieurs signaux (SG, SG) représentatifs d’une présence de ces composés organiques dans le fluide. Il comporte en outre processeur (24, 28, 30, 32, 34, 36, 38) de traitement des signaux fournis (SG, SG) pour l’obtention d’une caractérisation (SIG) de la composition du fluide. Ce processeur est programmé (34) pour déterminer l’évolution temporelle d’au moins une variable estimée sur la base d’une combinaison de variations temporelles des signaux fournis (SG, SG) et, à l’aide de cette évolution temporelle, fournir un étiquetage temporel indiquant un début et une fin d’au moins un état d’adsorption et un état de désorption relatifs aux signaux fournis (SG, SG). Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne un dispositif électronique de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés présents dans un fluide liquide ou gazeux. Elle concerne également un procédé mis en œuvre par un tel dispositif et un programme d’ordinateur correspondant.
L'invention s’applique plus particulièrement à un dispositif électronique de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés présents dans un fluide, comportant :
- au moins un capteur olfactif conçu pour :
- interagir avec plusieurs composés susceptibles d’être présents dans le fluide,
- fournir plusieurs signaux représentatifs d’une présence de ces composés organiques dans le fluide ; et
- un processeur de traitement des signaux fournis pour l’obtention d’une caractérisation de la composition du fluide.
Il est bien entendu que l’interaction avec les composés, la fourniture des signaux et leur traitement sont des opérations qui peuvent s’effectuer en parallèle au cours du temps. En variante, le traitement peut être exécutéa posteriori.
Ce type de dispositif est parfois appelé capteur multivarié (de l’anglais « multivariate sensor »). Il peut être envisagé pour des applications variées d’estimations olfactives et est généralement, dans cas, qualifié de « nez électronique ». Il est alors utilisé pour détecter, discriminer et identifier des composants organiques volatils dans un fluide gazeux à analyser, ou des composés présents dans un liquide. Il peut être exploité dans différents domaines industriels tels que :
- l’industrie du parfum, par exemple pour comparer, étudier ou concevoir des compositions olfactives pures ou mélangées,
- la protection de l’environnement, en particulier pour détecter les pollutions odorantes ou la surveillance de la qualité d’environnements plus ou moins confinés,
- la surveillance de sites industriels présentant un risque de contamination par des matériaux volatils ou solubles dans un solvant potentiellement dangereux ou odorants,
- la santé, par exemple pour proposer un substitut d’odorat à des personnes souffrant d’anosmie ou pour détecter des marqueurs biologiques volatils tels que les émanations d’une activité microbiologique infectieuse,
- l’industrie alimentaire, par exemple pour détecter des contaminations dans une chaîne de fabrication et/ou distribution de nourriture,
- n’importe quel autre domaine industriel dans lequel le contrôle d’un produit odorant quelconque peut s’avérer utile.
Un exemple est connu et décrit dans les documents de brevets WO 2018/158458 A1 et WO 2019/053366 A1. Cet exemple, appelé NeOse Pro (marque déposée), est commercialisé par la société Aryballe depuis 2018. Il est basé sur une technologie de détection par résonance de plasmons de surface, c’est-à-dire un système d’imagerie de type SPR (de l’anglais « Surface Plasmon Resonance ») et comporte un processeur capable de fournir une signature numérique vectorielle à M composantes à partir des signaux électriques fournis par le ou les capteurs olfactifs présentant plusieurs sites réactifs, chaque signature étant spécifique à une odeur détectée. En général, M est inférieur ou égal au nombre de sites réactifs. Par un apprentissage mené sur plusieurs échantillons de fluides et sous différentes conditions, il est potentiellement possible d’identifier toutes les odeurs.
Pour assurer le bon fonctionnement d’un tel dispositif, il est généralement nécessaire de maîtriser rigoureusement les moments de contact avec le fluide à analyser et ceux de contact avec un milieu de référence. On obtient ainsi des signaux temporels exploitables appelés « sensorgrammes » caractéristiques d’une cinétique d’interactions entre les composés cibles du fluide et les sites réactifs du dispositif électronique de mesure, à partir desquels il est possible de caractériser la composition du fluide.
Conformément à l’enseignement de l’article de Bernet et al, intitulé « Highly-selective optoelectronic nose based on surface plasmon resonance imaging for sensing volatile organic compounds », publié dans Analytical Chemistry 2018, 90, 16, pages 9879-9887 (ACS Publications) le 19 juillet 2018, un protocole de mesure adapté consiste à contrôler l’injection et l’évacuation du fluide à analyser dans une chambre de mesure du dispositif électronique dans laquelle sont disposés les sites réactifs, de façon suffisamment maîtrisée pour que la cinétique d'interaction entre les composés cibles et les récepteurs des sites réactifs parvienne à un régime stationnaire d'équilibre à partir duquel il est plus facile d’obtenir la caractérisation du fluide à analyser. Plus précisément, l’alimentation fluidique de la chambre de mesure comporte trois états successifs : un premier état référentiel d’exposition des sites réactifs à un environnement fluidique de référence à fluide porteur sans présence des composés cibles, c’est-à-dire sans la présence du fluide à analyser, puis un deuxième état analytique d’exposition des sites réactifs au fluide à analyser par injection de ce dernier dans la chambre de mesure, puis un troisième état final, dit de désorption, de réexposition des site réactifs à l’environnement fluidique de référence par évacuation du fluide à analyser hors de la chambre de mesure. Cette alimentation fluidique se fait avantageusement à l’aide de vannes précisément contrôlées en ouverture et fermeture, permettant notamment une connaissancea priorides différents états pour un meilleur contrôle du régime stationnaire d’équilibre lors duquel sont avantageusement extraites les caractéristiques du fluide à analyser à partir des sensorgrammes. Toutes ces contraintes rendent le dispositif électronique de mesure plus complexe à réaliser et moins simple à utiliser. Par ailleurs, le régime stationnaire d’équilibre est relativement long à atteindre au cours du deuxième état analytique d’exposition. Il en résulte une caractérisation assez lente du fluide à analyser.
Une solution pour alléger ces contraintes est proposée dans le document de brevet WO 2020/141281 A1. Cette solution consiste à analyser l’évolution temporelle de valeurs normées d’un vecteur constituant les sensorgrammes. Il a en effet été remarqué que, de façon surprenante, lors du deuxième état d’injection du fluide à analyser dans la chambre de mesure, les sensorgrammes formés sur la base d’un tel vecteur normé atteignent un régime stationnaire bien plus rapidement que les sensorgrammes conventionnels, et qu’il est en fait possible de caractériser le fluide dès que ce régime stationnaire des sensorgrammes normés est atteint. Il en résulte une accélération du traitement. Il a même été remarqué que les sensorgrammes normés peuvent atteindre une stabilité quand bien même les sensorgrammes conventionnels n’atteindraient pas de régime stationnaire, notamment lorsque l’équilibre des adsorptions/désorptions n’est pas maîtrisé dans la chambre de mesure. Mais cela ne supprime pas totalement la contrainte de maîtrise précise des flux fluidiques au moins pour une connaissancea priorides trois états d’exposition précités.
Par ailleurs, même avec une maîtrise des flux, il reste assez difficile de connaître précisément les trois états d’exposition à cause de retards et décalages inévitables qu’il faut prendre également en considération.
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un dispositif de mesure qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un dispositif électronique de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés présents dans un fluide, comportant :
- au moins un capteur olfactif conçu pour :
- interagir avec plusieurs composés susceptibles d’être présents dans le fluide,
- fournir plusieurs signaux représentatifs d’une présence de ces composés organiques dans le fluide ; et
- un processeur de traitement des signaux fournis pour l’obtention d’une caractérisation de la composition du fluide ;
- déterminer l’évolution temporelle d’au moins une variable estimée sur la base d’une combinaison de variations temporelles des signaux fournis ; et
- à l’aide de cette évolution temporelle, fournir un étiquetage temporel indiquant un début et une fin d’au moins un état d’adsorption et un état de désorption relatifs aux signaux fournis.
En effet, sans même avoir besoin de connaîtrea prioriles différents états précités, il a été remarqué que ceux-ci peuvent de façon surprenante être directement déduits d’une étude d’évolution temporelle de variable estimée sur la base d’une combinaison de variations temporelles des signaux fournis, notamment des sensorgrammes précités. Ainsi, il n’est plus nécessaire de se contraindre à une maîtrise rigoureuse et une connaissancea priorides expositions successives du dispositif de mesure au milieu de référence et au fluide à analyser. Il est donc envisageable de se passer de vannes à contrôler, voire même d’une chambre de mesure. Ceci rend le dispositif de mesure bien plus simple à concevoir et à utiliser, notamment dans des conditions de détection et mesure plus proches de la réalité à laquelle est habituellement confrontée un nez humain par exemple, c’est-à-dire à la demande ou en continu sans connaître à l’avance l’éventuelle présence d’une odeur à détecter.
De façon optionnelle, le processeur est plus précisément programmé pour :
- fournir l’étiquetage temporel par comparaison de ladite au moins une variable estimée à au moins un seuil ; et
- calculer ledit au moins un seuil sur la base de variations temporelles des signaux fournis au cours d’un état référentiel d’exposition dudit au moins un capteur olfactif à un environnement fluidique de référence.
De façon optionnelle également, ladite au moins une variable estimée comporte au moins l’un des éléments de l’ensemble constitué de :
- un écart-type temporel calculé sur une fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis ;
- une dérivée première instantanée moyennée sur les signaux fournis ; et
- une dérivée première temporellement moyennée calculée sur la fenêtre glissante et moyennée sur les signaux fournis.
De façon optionnelle également, les signaux fournis comportent au moins l’un des éléments de l’ensemble constitué de :
- un premier ensemble de signaux temporels, appelés sensorgrammes, caractéristiques d’une cinétique d’interactions entre les composés du fluide et ledit au moins un capteur olfactif ; et
- un deuxième ensemble de signaux temporels normés, appelés sensorgrammes normés, obtenus à partir des sensorgrammes du premier ensemble et par calcul à chaque instant de mesure ou d’échantillonnage d’une norme du vecteur formé par les valeurs prises par les sensorgrammes du premier ensemble à cet instant.
Il est également proposé un procédé de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés présents dans un fluide, à l’aide d’un dispositif électronique comportant :
- au moins un capteur olfactif conçu pour :
- interagir avec plusieurs composés susceptibles d’être présents dans le fluide,
- fournir plusieurs signaux représentatifs d’une présence de ces composés organiques dans le fluide ; et
- un processeur de traitement des signaux fournis pour l’obtention d’une caractérisation de la composition du fluide ;
- déterminer l’évolution temporelle d’au moins une variable estimée sur la base d’une combinaison de variations temporelles des signaux fournis ;
- à l’aide de cette évolution temporelle, fournir un étiquetage temporel indiquant un début et une fin d’au moins un état d’adsorption et un état de désorption relatifs aux signaux fournis.
De façon optionnelle, un procédé de mesure multisensorielle selon la présente invention peut comporter la fourniture d’un étiquetage temporel d’un état référentiel d’exposition dudit au moins un capteur olfactif à un environnement fluidique de référence ne contenant pas les composants dont l’adsorption et la désorption sont à mesurer, cet étiquetage temporel étant défini de la façon suivante :
- début de l’état référentiel au premier échantillon des signaux fournis ; et
- fin de l’état référentiel dès qu’un écart-type temporel calculé sur une fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis est supérieur ou égal à un seuil référentiel prédéfini comme étant proportionnel à un maximum atteint par cet écart-type temporel sur K premiers échantillons des signaux fournis, avec
De façon optionnelle également, l’étiquetage temporel des états d’adsorption et de désorption est défini :
- pour l’état d’adsorption : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état d’adsorption par une valeur binaire haute, ce signal binaire résultant d’une combinaison logique :
- d’un premier signal binaire intermédiaire
- d’un deuxième signal binaire intermédiaire
- d’un premier signal binaire intermédiaire
- pour l’état de désorption : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état de désorption par une valeur binaire haute, ce signal binaire résultant d’une combinaison logique :
- du premier signal binaire intermédiaire
- d’un troisième signal binaire intermédiaire
- du premier signal binaire intermédiaire
De façon optionnelle également, un procédé de mesure multisensorielle selon la présente invention peut comporter la fourniture d’un étiquetage temporel d’un état de plateau défini par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état de plateau par une valeur binaire haute, ce signal binaire étant à valeur binaire haute pour tout échantillon des signaux fournis pour lequel l’écart-type temporel calculé sur la fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis est inférieur ou égal à un seuil de plateau prédéfini comme étant proportionnel à un maximum atteint par cet écart-type temporel pendant l’état référentiel.
De façon optionnelle également, un procédé de mesure multisensorielle selon la présente invention peut comporter la fourniture d’un étiquetage temporel d’états de plus forte stabilité et de présence d’odeur défini :
- pour l’état de plus forte stabilité : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état de plus forte stabilité par une valeur binaire haute, ce signal binaire étant à valeur binaire haute pour tout échantillon des signaux fournis pour lequel un complément à 1 d’un écart-type temporel normé calculé sur la fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis est supérieur à un seuil de plus forte stabilité prédéfini comme étant proportionnel à un maximum atteint par cet écart-type temporel normé pendant toute la durée des signaux fournis ; et
- pour l’état de présence d’odeur : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état de présence d’odeur par une valeur binaire haute, ce signal binaire étant à valeur binaire haute pour tout échantillon des signaux fournis pour lequel le complément à 1 de l’écart-type temporel normé calculé sur la fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis est supérieur à un seuil de présence d’odeur prédéfini comme étant proportionnel à un maximum atteint par cet écart-type temporel normé pendant l’état référentiel ;
Il est également proposé un programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé de mesure multisensorielle selon la présente invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Le dispositif électronique 10 de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés présents dans un fluide représenté schématiquement sur la est un exemple non limitatif de dispositif de mesure selon la présente invention pour une application non limitative d’identification d’odeur. Il comporte une chambre de mesure 12 destinée à recevoir un fluide, par exemple un gaz tel que de l’air ambiant. Pour ce faire, il comporte un dispositif d’aspiration 14 conçu pour aspirer l’air extérieur à la chambre de mesure 12 et le faire entrer à l’intérieur. Il comporte en outre une sortie d’air 16 pouvant être sélectivement fermée pour garder l’air ambiant dans la chambre de mesure 12 ou bien ouverte pour permettre l’évacuation de l’air ambiant de la chambre de mesure 12 et son renouvellement par l’activation du dispositif d’aspiration 14. Il est ainsi doté de moyens de maîtrise des flux entrant et sortant.
Dans sa chambre de mesure 12, Le dispositif 10 comporte plusieurs capteurs olfactifs 18, répartis respectivement sur autant de sites réactifs, par exemple une soixantaine, conçus pour interagir avec des composés organiques volatils susceptibles d’être présents dans la chambre de mesure 12 lorsque le dispositif 10 est placé à proximité d’un fluide à analyser émetteur de ces composés, notamment lorsque le dispositif d’aspiration 14 est à proximité du fluide considéré. Chaque capteur olfactif 18 est par exemple un biocapteur conçu pour interagir avec les composés d’une famille particulière de composés organiques volatils. En pratique, chaque capteur olfactif 18 peut comporter une molécule, telle qu’un peptide immobilisé sur un substrat ou un polymère recouvrant une surface, complémentaire des composés de la famille associée à ce capteur olfactif 18.
En variante, le dispositif 10 pourrait être adapté pour être mis en contact avec tout autre fluide, liquide ou gazeux, que de l’air ambiant. Il pourrait également selon une version particulièrement simple ne pas comporter le dispositif d’aspiration 14 et la sortie d’air 16, voire même la chambre de mesure 12. Dans cette version simple, les capteurs olfactifs 18 sont alors susceptibles d’être directement mis au contact du fluide à analyser sans maîtrise de flux.
Les capteurs olfactifs 18 sont associés à au moins un transducteur 20 qui est arrangé et configuré pour mesurer tout changement de propriété physique provoqué par une interaction avec le fluide à analyser. Le transducteur 20 fournit un signal électrique S qui caractérise ce fluide puisqu’il est représentatif des composés organiques volatils avec lesquels les capteurs olfactifs peuvent interagir dans la chambre de mesure 12.
Plus précisément, le transducteur 20 peut être un système d’imagerie par résonance de plasmons de surface, c’est-à-dire un système d’imagerie de type SPR (de l’anglais « Surface Plasmonic Resonance ») configuré pour mesurer tout changement d’un indice de réfraction dû à une interaction du fluide étudié avec au moins l’un quelconque des capteurs olfactifs grâce à un effet plasmonique. Un tel transducteur comporte : une couche métallique dont une première face à sites réactifs sert de support aux capteurs olfactifs 18 ; un prisme optique disposé contre une deuxième face, opposée à la première, de la couche métallique ; un dispositif d’éclairage à lumière collimatée et polarisée de cette deuxième face de la couche métallique via une face d’entrée de lumière du prisme optique ; et une caméra disposée en sortie de lumière du prisme optique pour la fourniture du signal S sous la forme d’une séquence d’images en niveaux de gris des sites réactifs sur lesquels sont disposés les capteurs olfactifs 18. Les sites réactifs de la première face de la couche métallique sont par exemple organisés en une grille matricielle de positionnement.
La illustre un exemple type schématisé d’image produite par un tel système d’imagerie SPR, sur laquelle sont visibles les capteurs olfactifs 18 du dispositif de mesure 10 avec leurs valeurs de luminance significatives des composés organiques volatils avec lesquels ils ont pu interagir. On notera que dans l’exemple décrit, les capteurs olfactifs 18 sont circulaires. Mais du fait d’une certaine inclinaison de la caméra par rapport à la grille de positionnement de ces derniers, les zones qu’ils occupent dans la séquence S d’images en niveaux de gris sont des ellipses.
En variante, le système d’imagerie SPR constitutif du transducteur 20 pourrait être remplacé par un système d’amplification de variation d’indice optique par interférométrie de Mach-Zehnder. Un tel système est configuré pour mesurer tout changement d’un indice de réfraction dû à une interaction du fluide étudié avec au moins l’un quelconque des capteurs olfactifs grâce à un décalage de phases détectable entre un bras de référence de l’interféromètre et un bras de détection sur lequel ce site réactif quelconque est disposé. Le transducteur résultant fournit un signal S qui se présente sous la forme d’une séquence d’images de décalages de phases, exprimés en Radian, des capteurs olfactifs 18.
Selon une autre variante, le système d’imagerie SPR constitutif du transducteur 20 pourrait être remplacé par un système nano- ou micro-électromécanique NEMS ou MEMS (de l’anglais « nano- or micro-electromechanical system »). Un tel système est configuré pour mesurer tout changement de fréquence de résonance d’une membrane vibrante sur laquelle est disposé l’un quelconque des capteurs olfactifs. Les sites réactifs sur lesquels sont placés les capteurs olfactifs sont par exemple arrangés en une matrice de membranes vibrantes NEMS ou MEMS pour la fourniture d’un signal S qui se présente sous la forme d’une séquence de signaux de décalages de fréquences de résonance des capteurs olfactifs 18.
D’autres variantes sont envisageables par implémentation de tout autre dispositif de transduction physique (i.e. optique, mécanique, etc.) équivalent, en opérant une adaptation simple du dispositif de mesure 10 qui ne sera pas décrite parce qu’à la portée de l’homme du métier. Quel que soit le choix du transducteur 20, l’idée générale reste de fonctionnaliser des sites réactifs à l’aide de capteurs olfactifs 18 (i.e. biocapteurs, polymères, nanotubes de carbones, etc.) de telle sorte qu’ils adsorbent et désorbent de manière différenciée les composés organiques volatils, de former une réponse d’interaction moléculaire différenciée des capteurs olfactifs, et d’amplifier la réponse sous la forme d’un signal électrique S à l’aide d’un dispositif de transduction physique.
De retour à la , le dispositif 10 comporte en outre plusieurs modules fonctionnels qui vont être décrits ci-dessous. Dans l’exemple décrit, ces modules sont de nature logicielle. Ainsi, le dispositif 10 comporte un élément de type ordinateur 22 comportant une unité de traitement 24 et une zone de mémoire associée 26 dans laquelle plusieurs programmes d’ordinateurs ou plusieurs fonctions d’un même programme d’ordinateur sont enregistrés. Ces programmes d’ordinateurs comportent des instructions conçues pour être exécutées par l’unité de traitement 24 afin de réaliser les fonctions des modules logiciels. Ils sont présentés comme distincts, mais cette distinction est purement fonctionnelle. Ils pourraient tout aussi bien être regroupés selon toutes les combinaisons possibles en un ou plusieurs logiciels. Leurs fonctions pourraient aussi être au moins en partie micro programmées ou micro câblées dans des circuits intégrés dédiés, tels que des circuits numériques. Ainsi, en variante, l’ordinateur 22 pourrait être remplacé par un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques (sans programme d’ordinateur) pour la réalisation des mêmes actions.
Le dispositif 10 comporte ainsi tout d’abord un module logiciel 28, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 24, de commande du dispositif d’aspiration 14 (s’il est prévu dans de dispositif de mesure 10), de la sortie d’air 16 (si elle est également prévue dans de dispositif de mesure 10) et du transducteur 20.
Il comporte en outre de façon optionnelle mais avantageuse un module logiciel 30, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 24, de sélection, parmi les capteurs olfactifs 18 du dispositif de mesure 10, d’un sous-ensemble de capteurs sensibles à des composants volatils caractéristiques d’une empreinte olfactive recherchée. Ces composants volatils caractéristiques peuvent varier d’une application ou d’un fluide étudié à l’autre de sorte que la sélection de capteurs olfactifs réalisée par le module logiciel 30 peut varier elle aussi et être paramétrée. Le sous-ensemble sélectionné comporte par exemple M ≥ 1 capteur(s) olfactif(s), notamment avantageusement plusieurs capteurs olfactifs (M ≥ 2).
Le dispositif 10 comporte en outre un module logiciel 32, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 24, pour extraire M sensorgrammes ou, plus précisément dans l’exemple non limitatif d’un système d’imagerie SPR, M signaux de réflectance respectivement représentatifs des interactions des M capteurs olfactifs sélectionnés avec les composés organiques volatils concernés à partir des valeurs de luminance propres à ces M capteurs olfactifs sélectionnés dans la séquence d’images S fournie par la caméra. Ces signaux de réflectance sont par exemple exprimés en pourcentage selon un ratio de valeurs de luminance obtenues avec une lumière polarisée transversale sur des valeurs de luminance obtenues avec une même lumière polarisée à 90 degrés pour chacun des M capteurs olfactifs sélectionnés.
La illustre les diagrammes temporels superposés d’une quarantaine de signaux de réflectance obtenus sur une durée d’environ 130 secondes selon un protocole de mesure rigoureux, impliquant une commande du dispositif d’aspiration 14 et de la sortie d’air 16, dans lequel :
- les sites réactifs 18 sont tout d’abord exposés à un environnement fluidique de référence à fluide porteur sans présence des composés cibles d’un fluide à analyser au cours d’un premier état de référence PH1,
- ils sont ensuite exposés au fluide à analyser au cours d’un deuxième état analytique d’adsorption PH2 déclenché par une injection maîtrisée de ce fluide dans la chambre de mesure 12, et
- ils sont finalement exposés de nouveau à l’environnement fluidique de référence au cours d’un troisième état final de désorption PH3 par une évacuation maîtrisée du fluide à analyser hors de la chambre de mesure 12.
Dans ce cas relativement idéal, les trois états successifs peuvent être considérés comme connusa prioriet les signaux de réflectance obtenus sont de bonne qualité. Le régime stationnaire d’équilibre n’est visiblement pas atteint en fin de deuxième état PH2 dans l’exemple de la parce que la désorption intervient un peu trop rapidement mais il aurait été atteint sans difficulté avec une adsorption un peu plus longue.
En revanche, la illustre les diagrammes temporels superposés d’une dizaine de signaux de réflectance obtenus sur une durée d’environ 50 secondes selon un protocole de mesure nettement moins rigoureux, par exemple « à l’approche », c’est-à-dire impliquant d’approcher le dispositif de mesure 10 du fluide à analyser sans commander le dispositif d’aspiration 14 et la sortie d’air 16. Dans ce cas moins idéal, les trois états successifs PH1, PH2, PH3 ne sont pas connus a priori, les signaux de réflectance obtenus sont de moins bonne qualité et le régime stationnaire d’équilibre ne semble jamais pouvoir être atteint.
C’est pourquoi un objet de la présente invention est de fournir un étiquetage temporel automatique indiquant un début et une fin d’au moins un état d’adsorption et un état de désorption relatifs aux signaux fournis par le module logiciel 32. Le dispositif 10 comporte donc un module logiciel 34, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 24, pour déterminer l’évolution temporelle d’au moins une variable estimée sur la base d’une combinaison de variations temporelles des signaux fournis par le module logiciel 32 et, à l’aide de cette évolution temporelle, fournir un étiquetage temporel indiquant un début et une fin d’au moins un état d’adsorption et un état de désorption relatifs aux signaux fournis. Le fonctionnement de ce module logiciel 34 sera détaillé en référence à la .
De façon connue en soi, le dispositif 10 comporte en outre un module logiciel 36, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 24, de sélection d’une fenêtre temporelle d’analyse des M signaux de réflectance précités en vue d’en extraire M composantes d’une signature olfactive SIG représentative du fluide étudié. Dans l’état de la technique, cette sélection se fait sur la base d’une connaissancea priorides états PH1, PH2 et PH3 précités. La fenêtre temporelle est par exemple sélectionnée en fin d’adsorption PH2 et/ou en début de désorption PH3. Conformément à la présente invention, cette sélection se fait avantageusement sur la base de l’étiquetage temporel automatique réalisé par le module logiciel 34, par exemple à la fin de l’état d’adsorption et/ou au début de l’état de désorption temporellement étiquetés, et/ou en fonction d’autres états éventuellement étiquetés temporellement comme cela va être détaillé par la suite.
Le dispositif 10 comporte en outre un module logiciel 38, destiné à être exécuté par l’unité de traitement 24, d’obtention des M composantes de la signature olfactive précitée SIG à partir des M signaux de réflectance.
Un exemple de signature olfactive SIG à 19 composantes représentée en diagramme circulaire est illustré sur la , par exemple obtenue par une exécution séquentielle des modules logiciels 28 à 36, sur la base de signaux de réflectance tels que ceux des figures 3 et 4. Cette exécution séquentielle peut par ailleurs être répétée plusieurs fois pour obtenir plusieurs signatures olfactives d’un même fluide à analyser, ces signatures pouvant alors être statistiquement traitées, par exemple par moyenne ou autre, pour obtenir une signature olfactive finale améliorée.
Lorsque le transducteur 20 est un système à interférométrie de Mach-Zehnder, le module logiciel 32 est adapté de façon connue en soi pour extraire M signaux de décalages de phases au lieu des M signaux de réflectance précités. Ces signaux de décalages de phases sont par exemple exprimés en Radian. Il s’agit malgré tout de sensorgrammes également exploitables. Les modules logiciels 36 et 38 sont eux aussi simplement adaptés aux signaux de décalages de phases pour sélectionner la fenêtre temporelle appropriée et obtenir la signature olfactive.
Lorsque le transducteur 20 est un système NEMS ou MEMS, le module logiciel 32 est adapté de façon connue en soi pour extraire M signaux de décalages de fréquences de résonance au lieu des M signaux de réflectance précités. Ces signaux de décalages de fréquences de résonance sont par exemple exprimés en Hz. Il s’agit malgré tout de sensorgrammes également exploitables. Les modules logiciels 36 et 38 sont eux aussi simplement adaptés aux signaux de décalages de fréquences de résonance pour sélectionner la fenêtre temporelle appropriée et obtenir la signature olfactive.
La illustre le détail d’un fonctionnement possible du module logiciel 34 d’étiquetage temporel lorsqu’il est exécuté par l’unité de traitement 24. Dans cet exemple non limitatif, il est exécuté après obtention de M sensorgrammes complets dans une fenêtre temporelle de mesure s’étendant sur N échantillons successifs de chacun de ces M sensorgrammes fournis par le module logiciel 32 sous forme numérique. Ces N échantillons correspondent à N instants successifs de mesure ou à l’échantillonnage d’un signal électrique continu. Il s’agit d’un fonctionnement qui peut être qualifié de mode « post-traitement ». Dans ce mode de fonctionnement, il faut attendre plus de deux minutes avant de pouvoir traiter les sensorgrammes de la et un peu moins d’une minute pour ceux de la . On notera cependant qu’une simple adaptation du fonctionnement qui va maintenant être détaillé, à la portée de l’homme du métier, permet un étiquetage temporel en mode « temps réel », c’est-à-dire selon une exécution parallèle des deux modules logiciels 32, 34, et même plus globalement des modules logiciels 28 à 34, par laquelle le module logiciel 34 réalise et complète son étiquetage temporel au fur et à mesure qu’il reçoit les échantillons successifs de sensorgrammes fournis par le module logiciel 32. Dans ce mode en temps réel, le traitement spécifique lié à l’étiquetage évolutif peut s’étendre dans une échelle de temps de l’ordre de la seconde.
Au cours d’une première étape optionnelle de filtrage 100, les M sensorgrammes sont filtrés par un filtre passe-bas implémenté sous la forme d’un filtre numérique à réponse impulsionnelle finie ou infinie. Il s’agit de filtrer le bruit de mesure à hautes fréquences dans les signaux bruts tels que fournis par le module logiciel 32. Un filtre de Butterworth à réponse impulsionnelle finie du premier ordre et fréquence de coupure normalisée à 0,45 (i.e. valeur du ratio entre la fréquence de coupure et la fréquence d’échantillonnage égale à 0,45) convient. Notons SG la matrice formée des M sensorgrammes filtrés de longueur temporelle échantillonnée N etSG la matrice obtenue à partir de SG par un calcul de norme au sens du document de brevet WO 2020/141281 A1. Les M vecteurs lignes des matrices SG etSGsont les M sensorgrammes, respectivement filtrés et filtrés puis normés, de longueur N, tandis que leurs N vecteurs colonnes représentent les M valeurs prises par les M sensorgrammes, respectivement filtrés et filtrés puis normés, à chacun des N instants successifs d’échantillonnage t1à tN.
Le calcul de la matrice de sensorgrammes normésSGest réalisé au cours d’une étape 102 suivante. Au cours de cette même étape, plusieurs signaux relatifs aux évolutions temporelles de variables estimées sur la base d’une combinaison de variations temporelles des sensorgrammes SG et d’une combinaison de variations temporelles des sensorgrammes normésSGsont calculés. Au moins l’un de ces signaux est avantageusement exploité pour fournir l’étiquetage temporel mentionné précédemment.
Un premier signal de variation temporelle des sensorgrammes de la matrice SG est un écart-type temporel calculé sur une fenêtre glissante W et moyenné sur les M sensorgrammes SG. Il est représenté sous la forme d’un vecteur ligne. La fenêtre temporelle W est par exemple d’environ 0,5 secondes, soit une dizaine d’échantillons à une fréquence d’échantillonnage de 20 Hz.
Un deuxième signal de variation temporelle des sensorgrammes normés de la matriceSGest un autre écart-type temporel calculé sur la fenêtre glissante W et moyenné sur les M sensorgrammes normésSG. Il est également représenté sous la forme d’un vecteur ligne. Il prend plus précisément ses valeurs dans l’espace [0,1]N, de sorte que l’on peut également définir un complément à 1 de ce deuxième signal, par exemple noté .
Un troisième signal de variation temporelle des sensorgrammes de la matrice SG est une dérivée première instantanée moyennée sur les M sensorgrammes SG. Il est également représenté sous la forme d’un vecteur ligne.
Un quatrième signal de variation temporelle des sensorgrammes de la matrice SG est une moyenne temporelle de la dérivée première d, par exemple calculée sur la fenêtre glissante W. Il est également représenté sous la forme d’un vecteur ligne.
Ensuite, au cours d’une étape 104, un écart-type maximal Δ de K premiers échantillons des sensorgrammes de la matrice SG est calculé : . Il est supposé pour cela que les K premiers échantillons considérés sont issus d’une exposition du dispositif électronique de mesure 10 à un environnement fluidique de référence prédéterminé, par exemple un environnement stable et sans présence de fluide à analyser. Cet environnement fluidique de référence prédéterminé est associé à une valeur prédéterminée d’écart-type maximal . K représente par exemple une à deux secondes des sensorgrammes SG, soit entre vingt et quarante échantillons à 20 Hz. Il en résulte que pour qu’un environnement soit considéré comme stable et de référence, il peut être jugé nécessaire et suffisant que les sensorgrammes présentent un écart-type suffisamment faible (i.e. inférieur à ) pendant suffisamment longtemps (i.e. pendant au moins K échantillons). Il apparaît qu’il n’est alors pas nécessaire d’avoir une connaissancea prioride cet environnement de référence. Il s’agit d'une hypothèse robuste, notamment parce que pour la majorité des applications de nez électronique, un air sans odeur est un air dans un environnement qui ne contient pas de source d’odeur, donc pas d’effluves variables, de sorte qu’il est caractérisé par un écart-type faible.
Au cours d’un test suivant 106, la valeur de Δ est comparée à . Si , alors il est considéré que les conditions de mesure sont mauvaises, par exemple à cause d’un environnement trop bruité pour être considéré comme pouvant servir de référence, de sorte qu’il est mis fin (étape 108) à l’étiquetage temporel. Sinon, le procédé se poursuit par une séquence d’étapes 110 à 114 pour un étiquetage temporel du premier état référentiel PH1 d’exposition du dispositif électronique de mesure 10 à l’environnement fluidique de référence.
En variante, notamment lorsque le dispositif de mesure 10 est utilisé en continu sans maîtrise particulière sur l’environnement fluidique de référence, l’étiquetage temporel peut être simplement suspendu, ou mis en veille, le temps qu’il puisse être détecté une nouvelle fenêtre temporelle d’au moins K échantillons pendant laquelle l’écart-type reste inférieur à . Il apparaît alors non seulement qu’il n’est pas nécessaire d’avoir une connaissancea prioride l’environnement de référence, mais qu’il n’est pas nécessaire non plus de contraindre que le dispositif de mesure 10 soit soumis à un tel environnement de référence dès le début de la mesure.
L’étape 110 consiste à déterminer le premier échantillon des sensorgrammes de la matrice SG, d’indice , pour lequel , où est un coefficient de tolérance prédéfini, avantageusement strictement supérieur à 1, par exemple égal à 1,1.
Au cours de l’étape suivante 112, le premier état référentiel PH1 est temporellement étiqueté par un signal binaire de longueur temporelle N défini de la façon suivante :
En d’autres termes, l’état référentiel PH1 s’étend de l’échantillon 1 à l’échantillon , c’est-à-dire tant que le signal binaire est à 1. Selon la variante précitée d’utilisation en continu du dispositif de mesure 10, le premier échantillon de l’état référentiel PH1 est le premier de la nouvelle fenêtre temporelle d’au moins K échantillons successifs pouvant être considérés comme issus d’un environnement suffisamment stable au sens de pour constituer une référence.
Au cours de l’étape suivante 114, des initialisations optionnelles sont proposées pour la suite de l’étiquetage temporel, sur la base de l’état référentiel PH1 déjà étiqueté.
Une première initialisation optionnelle consiste à calculer un signal de décalage (de l’anglais « offset signal ») O de l’état référentiel PH1. Ce signal O est représenté sous la forme d’un vecteur colonne et calculé de la façon suivante :
Ce signal de décalage est alors soustrait à chacun des vecteurs colonnes de la matrice SG.
Une deuxième initialisation, optionnelle également, consiste à définir plusieurs valeurs de seuils.
Une première valeur est un seuil pour l’écart-type relatif aux sensorgrammes SG, visant à détecter l’état d’adsorption PH2 et l’état de désorption PH3. Ce seuil est par exemple défini de la façon adaptative suivante :
Une deuxième valeur est un seuil pour la dérivée première moyennée temporellement relative aux sensorgrammes SG, visant à détecter l’état d’adsorption PH2. Ce seuil est par exemple défini de la façon adaptative suivante :
Une troisième valeur est un seuil pour la dérivée première moyennée temporellement relative aux sensorgrammes SG, visant à détecter l’état de désorption PH3. Ce seuil est par exemple défini de la façon adaptative suivante :
Une quatrième valeur est un seuil pour l’écart-type relatif aux sensorgrammes normésSG, visant optionnellement à détecter un état de plus forte stabilité PH4. Ce seuil est par exemple défini de la façon adaptative suivante :
Une cinquième valeur est un seuil pour l’écart-type relatif aux sensorgrammes normésSG, visant optionnellement à détecter un état de présence d’odeur PH5. Ce seuil est par exemple défini de la façon adaptative suivante :
On peut en outre avantageusement définir plusieurs coefficients de tolérance relatifs à au moins une partie des seuils précités. Par exemple un coefficient de tolérance s’applique sur le seuil pour étiqueter les états d’adsorption et désorption PH2, PH3 ; un coefficient de tolérance s’applique sur le seuil pour étiqueter un état optionnel de plateau noté PH2’ ; un coefficient de tolérance s’applique sur le seuil pour étiqueter l’état d’adsorption PH2 ; un coefficient de tolérance s’applique sur le seuil pour étiqueter l’état de désorption PH3 ; un coefficient de tolérance s’applique sur le seuil pour étiqueter l’état de plus forte stabilité PH4 ; un coefficient de tolérance s’applique sur le seuil pour étiqueter l’état de présence d’odeur PH5. Tous ces coefficients de tolérance prédéfinis sont avantageusement strictement supérieurs à 1, par exemple égaux à 1,1, à l’exception du coefficient de tolérance qui est avantageusement strictement inférieur à 1, par exemple égal à 0,9.
En variante, les cinq valeurs de seuils précités peuvent être définies par défaut de façon indépendante et prédéterminées, auquel cas il n’est pas nécessaire de définir des coefficients de tolérance.
Ensuite, au cours d’une étape 116, plusieurs signaux binaires de longueur temporelle N sont définis pour l’étiquetage des états PH2, PH2’, PH3, PH4 et PH5.
Selon un exemple non limitatif, un premier signal binaire intermédiaire d’étiquetage combiné des états d’adsorption et désorption PH2, PH3 est défini de la façon suivante à partir de l’écart-type temporel :
Un deuxième signal binaire intermédiaire d’étiquetage spécifique de l’état d’adsorption PH2 est défini de la façon suivante à partir de la dérivée première temporellement moyennée :
Un troisième signal binaire intermédiaire d’étiquetage spécifique de l’état de désorption PH3 est défini de la façon suivante à partir de la dérivée première temporellement moyennée :
Quant à l’état optionnel de plateau PH2’, il peut être temporellement étiqueté directement par un signal binaire de longueur temporelle N défini de la façon suivante à partir de l’écart-type temporel :
En d’autres termes, l’état de plateau PH2’ s’étend tant que le signal binaire est à 1.
L’état de plus forte stabilité PH4 peut être temporellement étiqueté directement par un signal binaire de longueur temporelle N défini de la façon suivante à partir du complément à 1 de l’écart-type temporel normé :
En d’autres termes, l’état de plus forte stabilité PH4 s’étend tant que le signal binaire est à 1.
Enfin, l’état de présence d’odeur PH5 peut être temporellement étiqueté directement par un signal binaire de longueur temporelle N défini de la façon suivante à partir du complément à 1 de l’écart-type temporel normé :
En d’autres termes, l’état de présence d’odeur PH5 s’étend tant que le signal binaire est à 1.
Au cours d’une étape 118 suivante, l’état d’adsorption PH2 peut être temporellement étiqueté par un signal binaire de longueur temporelle N résultant d’une combinaison logique des premier et deuxième signaux binaires intermédiaires et . Un procédé de combinaison logique tel que celui de la peut par exemple être appliqué à cet effet.
Selon une première étape de test 200 de ce procédé de combinaison logique, il est vérifié qu’aucun des deux signaux binaires intermédiaires et n’est nul sur toute la durée d’échantillonnage. Si c’est le cas, le procédé de combinaison logique passe à une autre étape de test 202.
L’étape de test 202 consiste à vérifier que le premier signal binaire intermédiaire présente bien deux états temporels distincts à 1, l’un étant alors relatif à l’état d’adsorption PH2, l’autre à l’état de désorption PH3. Si ce n’est pas le cas, le procédé de combinaison logique passe à une étape finale d’étiquetage 204. Si c’est le cas, il passe à une autre étape finale d’étiquetage 206.
L’étape finale d’étiquetage 204 consiste à ne pas tenir compte du premier signal binaire intermédiaire et à définir le signal binaire comme étant égal au deuxième signal binaire intermédiaire . Au contraire, l’étape finale d’étiquetage 206 consiste à tenir compte du premier signal binaire intermédiaire et à définir le signal binaire comme étant égal à l’opération logique ET , c’est-à-dire l’opération ET logique réalisée bit à bit sur ces deux signaux.
Si le résultat de l’étape 200 est qu’au moins l’un des deux signaux binaires intermédiaires et est nul sur toute la durée d’échantillonnage, alors le procédé de combinaison logique passe à une étape de test 208 lors de laquelle il est vérifié si les deux signaux binaires intermédiaires et sont nuls sur toute la durée d’échantillonnage.
Si c’est le cas, on passe à une étape 210 de fin d’étiquetage temporel (ou de mise en veille). Cette étape est similaire à l’étape 108 en ce qu’il est considéré que les conditions de mesure ne permettent pas d’identifier correctement des états d’adsorption et de désorption. Tous les autres signaux binaires d’étiquetage temporel sont mis à 0 au cours de cette étape 210.
Si l’un des deux signaux binaires intermédiaires et n’est pas nul sur toute la durée d’échantillonnage, on passe à une nouvelle étape de test 212 au cours de laquelle il est vérifié si c’est le signal binaire intermédiaire qui est nul sur toute la durée d’échantillonnage. Si c’est le cas, le procédé de combinaison logique passe à une étape finale d’étiquetage 214 identique à l’étape 204 : . Sinon, c’est que c’est le signal binaire intermédiaire qui est nul sur toute la durée d’échantillonnage et le procédé passe à une nouvelle étape de test 216 identique à l’étape 202.
Cette étape 216 consiste donc à vérifier que le premier signal binaire intermédiaire présente bien deux états temporels distincts à 1, l’un étant alors relatif à l’état d’adsorption PH2, l’autre à l’état de désorption PH3. Si ce n’est pas le cas, le procédé de combinaison logique passe à une étape de fin d’étiquetage temporel 218 identique à l’étape 210. Si c’est le cas, il passe à une étape finale d’étiquetage 220.
L’étape finale d’étiquetage 220 consiste à ne tenir compte que du premier signal binaire intermédiaire pour définir le signal binaire comme étant égal à jusqu’à la fin de son premier état temporel à 1, celui qui est précisément considéré comme relatif à l’état d’adsorption PH2.
Quelle que soit l’étape finale d’étiquetage 204, 206, 214 ou 220 par laquelle se termine le procédé de combinaison logique de la figure 7, l’état d’adsorption PH2 obtenu de la sorte à l’étape 118 du procédé d’étiquetage temporel de la figure 6 s’étend tant que le signal binaire est à 1.
Suite à l’étape 116 du procédé d’étiquetage temporel de la figure 6, l’état de désorption PH3 peut être temporellement étiqueté au cours d’une étape 120 par un signal binaire de longueur temporelle N résultant d’une combinaison logique des premier et troisième signaux binaires intermédiaires et . Le procédé de combinaison logique de la figure 7 peut également être appliqué à cet effet en remplaçant le signal binaire intermédiaire par . Ainsi, appliquées aux signaux et , l’étape finale d’étiquetage 204 fournit le signal binaire , l’étape finale d’étiquetage 206 fournit le signal binaire , l’étape finale d’étiquetage 214 fournit le signal binaire et l’étape finale d’étiquetage 220 fournit le signal binaire en le définissant comme étant égal à à partir du début de son deuxième état temporel à 1, celui qui est précisément considéré comme relatif à l’état de désorption PH3, mais nul en deçà.
A l’issue des étapes 116, 118 et 120, les six états définis précédemment PH1, PH2, PH2’, PH3, PH4 et PH5 sont étiquetés temporellement par leurs signaux binaires respectifs , , , , et . Un septième état PH6, pouvant être qualifié d’état odorant, peut être défini comme débutant avec l’état d’adsorption PH2 et se terminant avec l’état de désorption PH3. Il est étiqueté en conséquence par un signal binaire .
La illustre en partie inférieure le résultat qui peut être obtenu sur des sensorgrammes proches de ceux de la , c’est-à-dire selon un protocole de mesure rigoureusement maîtrisé. Ces signaux sont visibles en partie supérieure de la et il apparaît clairement que le régime stationnaire d’équilibre est atteint avant la désorption, contrairement à l’exemple de la . Les valeurs binaires hautes des différents états sont elles-mêmes différenciées en abscisses dans le diagramme temporel inférieur de la pour distinguer plus clairement les différents états, mais ce choix n’a qu’un intérêt illustratif sans être contraignant : la valeur binaire haute est par exemple à 0,2 pour l’état PH1, à 0,4 pour l’état PH2, à 0,6 pour l’état PH2’, à 0,8 pour l’état PH3, à 1 pour l’état PH4, à 1,5 pour l’état PH5 et à 1,25 pour l’état PH6. Les sept états précités sont tous temporellement étiquetés.
On notera que bien que les états de plateau PH2’ et de plus forte stabilité PH4 soient corrélés, ils sont malgré tout étiquetés de façon assez différente parce qu’ils ne sont pas évalués sur les mêmes signaux : les signaux SG pour l’état de plateau PH2’ et les signaux normésSGpour l’état de plus forte stabilité PH4. Ils présentent donc une certaine complémentarité. L’état de plateau PH2’ étant inclus dans celui de plus forte stabilité PH4, on peut en déduire que sa détection est plus exigeante.
On notera également que bien que les états de présence d’odeur PH5 et odorant PH6 soient corrélés, ils sont malgré tout étiquetés de façon assez différente parce qu’ils ne sont pas non plus évalués sur les mêmes signaux : les signaux SG pour l’état odorant PH6 et les signaux normésSGpour l’état de présence d’odeur PH5. Ils présentent donc eux aussi une certaine complémentarité. Ils démarrent toutefois à peu près en même temps, au début de l’état d’adsorption.
On notera enfin la présence de quelques artéfacts. Les étiquetages des états PH3 et PH5 prennent ponctuellement et accidentellement leurs valeurs binaires hautes pendant le premier état de référence PH1, tandis que l’état de plateau PH2’ est visiblement instable.
Suite aux étapes 116, 118 et 120, il peut donc être avantageusement proposé une dernière étape optionnelle 122 de suppression des artéfacts éventuels. Ces artéfacts sont dus soit à des gigues (de l’anglais « jitters ») des signaux binaires d’étiquetage temporel en dehors des états actifs correspondants, soit à des discontinuités de ces signaux dans les états actifs qu’ils doivent étiqueter. On définit donc pour cela deux paramètres de seuils, l’un de seuil minimal pour imposer la longueur minimale d’un état actif dans un signal binaire d’étiquetage de cet état (i.e. élimination des gigues de valeur binaire haute), l’autre de seuil maximal pour imposer la longueur maximale d’une discontinuité à l’intérieur d’un état actif dans un signal binaire d’étiquetage de cet état (i.e. élimination des discontinuités à valeur binaire basse). Ainsi, sur tous les signaux d’étiquetage temporel , , , , , et obtenus aux étapes 116, 118 et 120, on applique successivement ces deux seuils et pour, d’une part, ne conserver que des états actifs de longueurs supérieures ou égales à et, d’autre part, remettre à valeur binaire haute les discontinuités de longueurs inférieures ou égales à . Pour l’essentiel, cette façon de procéder permet de supprimer les artéfacts éventuels.
La figure 9 illustre un détail grossi de signaux d’étiquetage temporel avant (en partie supérieure) et après (en partie inférieure) suppression des artéfacts, par exemple pour des valeurs de et égales à cinq échantillons. Un premier artéfact A1 est constitué d’une gigue dans un premier signal binaire d’étiquetage temporel. Il est éliminé parce que cette gigue ne dépasse pas la longueur minimale . Un deuxième artéfact est constitué d’une discontinuité dans l’état actif d’un deuxième signal binaire d’étiquetage temporel. Elle est éliminée parce qu’elle n’atteint pas la longueur maximale .
La illustre en conséquence le résultat qui peut être obtenu après exécution de l’étape 122 sur l’exemple de la . Les sept états précités sont tous temporellement étiquetés et il n’y a plus d’artéfacts.
La illustre le résultat qui peut être obtenu par exécution du procédé d’étiquetage temporel de la sur les sensorgrammes de la . Il convient de remarquer que l’état de plateau PH2’ n’est pas détecté et donc étiqueté.
La illustre le résultat qui peut être obtenu par exécution du procédé d’étiquetage temporel de la sur les sensorgrammes de la . Il convient de remarquer également que l’état de plateau PH2’ n’est pas détecté et donc étiqueté. Mais malgré des conditions de mesure beaucoup moins rigoureuses et maîtrisées que dans l’exemple précédent, on notera que six des sept états prédéfinis sont identifiés et étiquetés, ce qui témoigne d’une capacité à caractériser malgré tout le fluide à analyser.
Il apparaît clairement qu’un dispositif électronique de mesure multisensorielle tel que celui décrit précédemment permet de faciliter la caractérisation d’un fluide par sa capacité à étiqueter temporellement au moins des états d’adsorption et désorption sans nécessiter de maîtrise préalable des expositions successives du dispositif à un fluide de référence et au fluide à analyser. Par une étude astucieuse d’au moins une combinaison de variations temporelles des sensorgrammes, que ces variations soient des écarts-types et/ou des dérivées premières et/ou autres, cet étiquetage peut se faire de façon automatique et sans connaissancea priori. Un fonctionnement à la demande ou en continu est alors envisageable. De plus, la caractérisation du fluide est plus aisée lorsqu’elle se fait sur la base d’un tel étiquetage parce qu’il facilite le choix de la fenêtre temporelle d’extraction de sa signature olfactive.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit précédemment. Celui-ci est particulièrement complet et performant mais des variantes plus simples sont envisageables.
Notamment, en variante, l’étiquetage temporel des états d’adsorption et désorption PH2, PH3 pourrait se faire soit sur la base uniquement du premier signal binaire intermédiaire , soit sur la base uniquement des deuxième et troisième signaux intermédiaires et , sans combinaison logique de ces signaux. En variante également, les deuxième et troisième signaux intermédiaires et pourraient être définis à partir de la dérivée première instantanée d au lieu de la moyenne temporelle de cette dérivée première instantanée d. Par ailleurs, il convient de noter que l’étiquetage temporel automatique des états PH1, PH2’, PH4, PH5 et PH6 est optionnel.
En variante également, la variable estimée sur la base d’une combinaison de variations temporelles des signaux fournis n’est pas nécessairement un écart-type ou une dérivée première. Il peut s’agir d’une variable statistique autre ou d’une dérivée n-ième, .
Il apparaîtra plus généralement à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention au mode de réalisation exposé dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Claims (10)
- Dispositif électronique (10) de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés présents dans un fluide, comportant :
- au moins un capteur olfactif (18) conçu pour :
- interagir avec plusieurs composés susceptibles d’être présents dans le fluide,
- fournir plusieurs signaux (SG,SG) représentatifs d’une présence de ces composés organiques dans le fluide ; et
- un processeur (24, 28, 30, 32, 34, 36, 38) de traitement des signaux fournis (SG,SG) pour l’obtention d’une caractérisation (SIG) de la composition du fluide ;
- déterminer l’évolution temporelle d’au moins une variable estimée sur la base d’une combinaison de variations temporelles des signaux fournis (SG,SG) ; et
- à l’aide de cette évolution temporelle, fournir un étiquetage temporel indiquant un début et une fin d’au moins un état d’adsorption (PH2) et un état de désorption (PH3) relatifs aux signaux fournis (SG,SG).
- au moins un capteur olfactif (18) conçu pour :
- Dispositif électronique (10) de mesure multisensorielle selon la revendication 1, dans lequel le processeur (24, 28, 30, 32, 34, 36, 38) est programmé (34) pour :
- fournir l’étiquetage temporel par comparaison de ladite au moins une variable estimée à au moins un seuil ; et
- calculer ledit au moins un seuil sur la base de variations temporelles des signaux fournis (SG,SG) au cours d’un état référentiel (PH1) d’exposition dudit au moins un capteur olfactif (18) à un environnement fluidique de référence.
- Dispositif électronique (10) de mesure multisensorielle selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite au moins une variable estimée comporte au moins l’un des éléments de l’ensemble constitué de :
- un écart-type temporel calculé sur une fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis (SG,SG) ;
- une dérivée première instantanée moyennée sur les signaux fournis (SG,SG) ; et
- une dérivée première temporellement moyennée calculée sur la fenêtre glissante et moyennée sur les signaux fournis (SG,SG).
- Dispositif électronique (10) de mesure multisensorielle selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les signaux fournis (SG,SG) comportent au moins l’un des éléments de l’ensemble constitué de :
- un premier ensemble de signaux temporels, appelés sensorgrammes (SG), caractéristiques d’une cinétique d’interactions entre les composés du fluide et ledit au moins un capteur olfactif (18) ; et
- un deuxième ensemble de signaux temporels normés, appelés sensorgrammes normés (SG), obtenus à partir des sensorgrammes (SG) du premier ensemble et par calcul à chaque instant de mesure ou d’échantillonnage d’une norme du vecteur formé par les valeurs prises par les sensorgrammes du premier ensemble à cet instant.
- Procédé de mesure multisensorielle d’adsorption et désorption de composés présents dans un fluide, à l’aide d’un dispositif électronique (10) comportant :
- au moins un capteur olfactif (18) conçu pour :
- interagir avec plusieurs composés susceptibles d’être présents dans le fluide,
- fournir plusieurs signaux (SG,SG) représentatifs d’une présence de ces composés organiques dans le fluide ; et
- un processeur (24, 28, 30, 32, 34, 36, 38) de traitement des signaux fournis (SG,SG) pour l’obtention d’une caractérisation de la composition du fluide ;
- déterminer (102) l’évolution temporelle d’au moins une variable estimée sur la base d’une combinaison de variations temporelles des signaux fournis (SG,SG) ;
- à l’aide de cette évolution temporelle, fournir (112, 114, 116, 118, 120, 122) un étiquetage temporel indiquant un début et une fin d’au moins un état d’adsorption (PH2) et un état de désorption (PH3) relatifs aux signaux fournis (SG,SG).
- au moins un capteur olfactif (18) conçu pour :
- Procédé de mesure multisensorielle selon la revendication 5, comportant la fourniture (112) d’un étiquetage temporel d’un état référentiel (PH1) d’exposition dudit au moins un capteur olfactif (18) à un environnement fluidique de référence ne contenant pas les composants dont l’adsorption et la désorption sont à mesurer, cet étiquetage temporel étant défini de la façon suivante :
- début de l’état référentiel (PH1) au premier échantillon des signaux fournis (SG,SG) ; et
- fin de l’état référentiel (PH1) dès qu’un écart-type temporel calculé sur une fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis (SG,SG) est supérieur ou égal à un seuil référentiel prédéfini comme étant proportionnel à un maximum atteint par cet écart-type temporel sur K premiers échantillons des signaux fournis (SG,SG), avec
- Procédé de mesure multisensorielle selon la revendication 6, dans lequel l’étiquetage temporel des états d’adsorption (PH2) et de désorption (PH3) est défini :
- pour l’état d’adsorption (PH2) : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état d’adsorption par une valeur binaire haute, ce signal binaire résultant d’une combinaison logique :
- d’un premier signal binaire intermédiaire
- d’un deuxième signal binaire intermédiaire
- d’un premier signal binaire intermédiaire
- pour l’état de désorption (PH3) : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état de désorption par une valeur binaire haute, ce signal binaire résultant d’une combinaison logique :
- du premier signal binaire intermédiaire
- d’un troisième signal binaire intermédiaire
- du premier signal binaire intermédiaire
- pour l’état d’adsorption (PH2) : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état d’adsorption par une valeur binaire haute, ce signal binaire résultant d’une combinaison logique :
- Procédé de mesure multisensorielle selon la revendication 7, comportant la fourniture (116) d’un étiquetage temporel d’un état de plateau (PH2’) défini par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état de plateau par une valeur binaire haute, ce signal binaire étant à valeur binaire haute pour tout échantillon des signaux fournis (SG,SG) pour lequel l’écart-type temporel calculé sur la fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis est inférieur ou égal à un seuil de plateau prédéfini comme étant proportionnel à un maximum atteint par cet écart-type temporel pendant l’état référentiel (PH1).
- Procédé de mesure multisensorielle selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, comportant la fourniture (116) d’un étiquetage temporel d’états de plus forte stabilité (PH4) et de présence d’odeur (PH5) défini :
- pour l’état de plus forte stabilité (PH4) : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état de plus forte stabilité par une valeur binaire haute, ce signal binaire étant à valeur binaire haute pour tout échantillon des signaux fournis (SG,SG) pour lequel un complément à 1 d’un écart-type temporel normé calculé sur la fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis est supérieur à un seuil de plus forte stabilité prédéfini comme étant proportionnel à un maximum atteint par cet écart-type temporel normé pendant toute la durée des signaux fournis ; et
- pour l’état de présence d’odeur (PH5) : par un signal binaire d’étiquetage temporel indiquant l’état de présence d’odeur par une valeur binaire haute, ce signal binaire étant à valeur binaire haute pour tout échantillon des signaux fournis (SG,SG) lequel le complément à 1 de l’écart-type temporel normé calculé sur la fenêtre glissante et moyenné sur les signaux fournis est supérieur à un seuil de présence d’odeur prédéfini comme étant proportionnel à un maximum atteint par cet écart-type temporel normé pendant l’état référentiel (PH1) ;
- Programme d’ordinateur (28, 30, 32, 34, 36, 38) téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support (26) lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur (24), caractérisé en ce qu’il comprend des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé de mesure multisensorielle selon l’une quelconque des revendications 5 à 9, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur (22).
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