WO2017093655A1 - Dispositif de pulverisation a transducteur piezoelectrique couple a un concentrateur acoustique, avec detection du niveau de liquide interne - Google Patents

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Michel Gschwind
Abbas SABRAOUI
Frédéric Richard
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    • B05B17/0653—Details
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Definitions

  • the invention relates to the technical field of spraying devices capable of producing a mist of micro-droplets from a liquid.
  • the droplets are generated by a piezoelectric element coupled to an acoustic concentrator. More specifically, the invention relates to such a device comprising a detection of the level of the liquid to be sprayed.
  • Spray devices capable of producing a mist of micro-droplets from a liquid by piezoelectric excitation are known as such.
  • the piezoelectric element can be associated with a micro-perforated membrane or an acoustic concentrator to promote the production of fog.
  • the piezoelectric transducer is coupled to a micro-perforated membrane, which is in contact with the liquid to be sprayed.
  • JP 2001/300375 Panasonic. These systems are simple and compact, but in general their flow is very low, that is to say they produce a very small amount of fog. Their life is quite limited (often less than 1000 hours). They may be suitable for certain uses (for example to diffuse perfumes in a room), but not for others. In addition, these devices require careful maintenance because the membrane may clog. These systems are also relatively sensitive to the water pressure above the membrane and the air pressure in the diffusion volume; water leakage problems may occur.
  • acoustic concentrator systems the piezoelectric transducer is coupled directly to the liquid to be sprayed, with which it is in contact. More specifically, these systems generally use a vessel provided with a concentrating nozzle and a piezoelectric element, as described for example in EP 0 691 162 A1 and EP 0 782 885 A1 (IMRA Europe).
  • these devices have a significant size which is mainly related to the thickness of water necessary for the proper functioning of the piezoelectric element (generally from 20 to 35 mm) and also to the height of the diffusion chamber necessary for the creating an acoustic jet almost vertical and very powerful (usually 40 to 100 mm).
  • the lack of water can be momentary, for example when the water level of the system moves due to the permanent or occasional movement of the system; this problem may arise for nebulization systems embedded in vehicles. Lack of water can also be related to lack of water supply. The replenishment of water can be automatic or manual. However, it is known that the fog flow rate generated by the system depends, at equal dissipated power, on the water level above the piezoelectric element. To address these issues, most piezoelectric excitation nebulization systems are equipped with a water level sensor. These sensors can be optical, capacitive, ultrasonic, electromechanical, magnetic, etc. They present typically a problem of size, accuracy, price and reliability. More precisely: the size of the sensor can become a problem in miniaturized systems.
  • Precision can become a problem because many level sensors have a low trigger point and a high trigger point.
  • the price can become a problem in the case of miniaturized systems which open new applications provided they are inexpensive.
  • Reliability can become a problem because of the inevitable fouling of the sensor's active surface.
  • the problem that the present invention seeks to solve is to present an improved piezoelectric excitation nebulization system, which has a better reliability, allows a more compact construction, less expensive, and a better accuracy of adjustment, and which lends itself in particular to miniaturized systems.
  • the subject of the invention is a piezoelectric excitation nebulizing device, comprising:
  • a tank adapted to contain a liquid
  • a piezoelectric element arranged at least partly in the interior volume of the vessel, this element having an active surface capable of emitting acoustic waves into the liquid, when this active surface is at least partly covered with liquid, for the purpose of nebulization of this liquid,
  • measuring means capable of measuring a parameter representative of the current consumed by the piezoelectric element
  • alert means adapted to be activated in response to said measuring means, when the instantaneous value of said representative parameter is outside a predetermined range.
  • the device further comprises first control means adapted to activate means for supplying liquid into the tank, in response to said warning means;
  • the device further comprises second control means adapted to activate means for stopping the piezoelectric element, in response to said warning means;
  • the device further comprises at least one alerting device capable of emitting at least one signal perceptible by a user, in response to said warning means, the liquid supply means comprise a solenoid valve;
  • the active surface of the piezoelectric element is inclined relative to the horizontal at an angle between 45 ° and 135 °, in particular at an angle of 90 °;
  • the parameter representative of the current consumed by the piezoelectric element is the current consumed by the piezoelectric element.
  • the subject of the invention is also a process for implementing a nebulization device as defined above, comprising:
  • a piezoelectric element disposed at least partly in the interior volume of the vessel, this element having an active surface capable of emitting acoustic waves into the liquid for the purpose of nebulizing this liquid;
  • measuring means capable of measuring a parameter representative of the current consumed by the piezoelectric element
  • alert means adapted to be activated in response to said measuring means, when the instantaneous value of said representative parameter is outside a predetermined range
  • the alerting means are activated when the instantaneous value of said representative parameter is outside a predetermined range.
  • a first type of signal is transmitted by means of the warning device, when the instantaneous value of said representative parameter reaches a first predetermined value, called the high threshold value;
  • the first predetermined value is determined according to a so-called optimum value of said parameter, corresponding to an implementation of the device where the active surface is completely covered with liquid;
  • the first predetermined value is between 10% and 120% of the optimum value
  • the method further comprises a calibration step, in which the variation of the consumed current is determined as a function of the voltage across the piezoelectric element in an optimal state of the device, for which the active surface is completely covered with liquid, as well as in an intermediate state of the device, for which the active surface is partially covered with liquid;
  • the second control means is activated, so as to cause the piezoelectric element to stop, when the instantaneous value of said representative parameter reaches a second predetermined value, called the low threshold value;
  • a second type of signal different from said first type of signal, is transmitted when the instantaneous value of said representative parameter reaches a second predetermined value, called a low threshold value;
  • the method further comprises another calibration step, in which the variation of the consumed current is determined as a function of the voltage at the terminals of the piezoelectric element in a so-called critical state of the device, for which the active surface is not all covered with liquid; the parameter representative of the current consumed by the piezoelectric element is the current consumed by the piezoelectric element.
  • the inventors have found that the problem posed can be surprisingly solved without resorting to a liquid level sensor, using the piezoelectric element itself as a means of detecting the liquid. Indeed, the inventors have found a link between the characteristics of the nebulization jet and the power consumption of the piezoelectric element.
  • a parameter representative of the current consumed by the piezoelectric element is measured.
  • This parameter can be the actual consumed current. Alternatively, it may be a magnitude, such as voltage, from which the skilled person can access the consumed current.
  • FIGS 1 to 8 illustrate embodiments of the invention, but do not limit the scope of the invention.
  • Figure 1 is a schematic view illustrating a nebulizing device according to the invention, the container is completely filled with liquid;
  • Figure 2 is a schematic view, similar to Figure 1, wherein the liquid has an intermediate fill level in the container;
  • Figure 3 is a schematic view, similar to Figure 1, wherein the container is free of liquid;
  • FIG. 4 is a graph illustrating the variations of the current consumed by the piezoelectric element belonging to the device according to the invention, as a function of the voltage applied across this element, for each of the three liquid levels of FIGS. 3;
  • FIG. 5 is a schematic view illustrating certain control members of the piezoelectric element belonging to the device according to the invention.
  • Figure 6 is a schematic view illustrating in more detail certain other control members of the piezoelectric element
  • Figure 7 is an electronic diagram of the nebulization device according to the invention.
  • FIG. 8 is a graph illustrating the variation of the current consumed by the piezoelectric element, as a function of the filling level of the container.
  • FIG. 1 shows the system 1 according to the invention in normal operating situation, that is to say with a liquid level said appropriate or optimal Iopt.
  • the system 1 comprises a tank 10, a container, a piezoelectric element 20 and an acoustic concentrator 30.
  • the piezoelectric element 20 is generally in the form of a circular plate. In the example of FIG. 1 it is arranged vertically, its active surface (here also called "transmitting face") 21 being oriented in the direction of the acoustic concentrator 30. It is noted at the angle formed by the horizontal and the main direction of the aforementioned active surface. In the illustrated example, this angle has a value of 90 °.
  • this angle generally to any non-horizontal piezoelectric element, namely for which the angle a is different from 0 ° and 180 °.
  • this angle a is between 45 ° and 135 °, it may for example be between 70 and 1 10 °.
  • This element 20 generates ultrasonic waves 40 which are transmitted towards the acoustic concentrator 30.
  • the latter may have a parabolic shape or the like; its focal point is here reference 50.
  • the acoustic concentrator 30 is advantageously made of a hard material (for example metallic) capable of reflecting ultrasonic waves.
  • the frequency of the ultrasound used in the context of the present invention is advantageously between 1.3 MHz and 3 MHz, it can be for example 1.68 MHz.
  • the active surface 21 of the piezoelectric element 20 is completely covered with liquid and the ultrasounds 40 are emitted into the liquid where they impact against the surface of the acoustic concentrator 30.
  • the latter is designed so, and the liquid level is adjusted so that the focal point 50 of the ultrasound 40 is slightly below the liquid level I opt. This ensures a stable spray jet 70 and a maximum generation of fog 60.
  • the operation of the system is optimal.
  • the current consumption of the piezoelectric element 20 is stable and varies linearly as a function of the applied voltage. In a functional case given here by way of example, the voltage applied to the excitation board is 12 volts (V), the current required corresponds to 400 milliamps (mA).
  • FIG. 2 shows the same system as FIG. 1, but with a liquid level Iint, said intermediate, which is abnormally low: the liquid no longer covers all of the active surface 21 of the piezoelectric element 20.
  • This has two consequences: firstly, knowing that the focal point 50 of acoustic waves 40 is now above the level of intermediate liquid Iint, the waves generate a jet of liquid 70, However, given the fact that the acoustic impedance of the air is much greater than that of the liquid, the immersed portion 22 of the active surface 21 emits only a negligible part of the electrical power absorbed in the form of ultrasound: the rest is reflected on the surface of the non-submerged portion 22 and dissipated heat.
  • this heating changes the electrical consumption of the piezoelectric element 20, as will be detailed with reference to FIG. 8. More precisely, this heating changes the absorbed current; this difference amounts to a few percent, but it is sufficient to be detected.
  • the piezoelectric element 20 is powered by fixed voltage pulse trains, these pulses being close to the resonant frequency of the piezoelectric element 20.
  • the piezoelectric element 20 is supplied with a voltage of 12 volts and the current absorbed was 400 mA in normal operation; this current is 440 mA when part of the active surface of the piezoelectric element is not immersed.
  • the inventors have observed that when the non-immersed part of the active surface of the piezoelectric element 20 increases, the absorbed current decreases and goes to a value close to zero in the total absence of liquid (FIG. 3).
  • the piezoelectric element 20 can emit in the air as in the liquid, its impedance is limited and its current consumption is much lower than that lopt optimal regime and that lint intermediate regime.
  • Figure 8 summarizes the variation of the consumed current I as a function of the height H of liquid in the tank. More precisely, the percentage of the height of the active surface, covered by the liquid, is plotted on the abscissa.
  • the value 0 corresponds to an empty tank (FIG. 3)
  • the value 100 corresponds to the liquid covering the entire active surface (FIG. 1)
  • the value 50 corresponds to the liquid covering half the height of the active surface (FIG. 2).
  • the consumed current has a value called optimal lopt, which is also found when the liquid is present in excess (right side of the curve corresponding to the values 1 10 and 120).
  • optimal lopt is also found when the liquid is present in excess (right side of the curve corresponding to the values 1 10 and 120).
  • the value of the consumed current increases slightly, from the optimum value lopt above to a so-called intermediate value lint.
  • This consumed current value is then substantially constant as the liquid level decreases, until it drops substantially to a so-called critical Icrit value corresponding to an empty tank of liquid.
  • critical Icrit value corresponding to an empty tank of liquid.
  • FIG. 4 represents the power consumption response diagram by the piezoelectric element 20 according to the modes of operation described above. Each of the curves comprises several samples of consumed current values (ordinate) as a function of different voltages applied to the piezoelectric element (on the abscissa). Each curve represents a mode of operation presented as follows:
  • the square curve corresponds to an optimal operation of the piezoelectric element. This optimum operation corresponds to FIG. 1 when the system comprises the above-defined height of liquid completely covering the piezoelectric element 20.
  • the curve consisting of circles corresponds to an intermediate operation of the piezoelectric element 20. This intermediate operation corresponds to FIG. 2 when the system comprises the liquid height Iint defined above. - The curve consisting of triangles corresponds to a vacuum operation as previously described with reference to Figure 3.
  • Each of the curves representing a mode of operation, shows the linearity between the voltage applied across the piezoelectric element 20 and the consumed current. It follows that this variation of the current consumption as a function of the liquid level can not be exploited directly to detect the liquid level: a calibration must be carried out.
  • Figure 5 schematically shows a control method that is based on measuring the current and voltage of the piezoelectric element to detect the presence or absence of water and nebulization.
  • the piezoelectric element is supplied with direct current (for example at a voltage of 24 V DC), modulated by the resonance frequency of the piezoelectric element.
  • direct current for example at a voltage of 24 V DC
  • the active surface of the piezoelectric element is completely covered with liquid; the nebulization works, and the power consumption is stable (typically about 2.3 A for a diameter of the active surface of between about 10mm and about 20mm).
  • the inventors have observed a current drop that is significant and extremely fast (in less than 100 ms).
  • This drop can be of the order of 30 to 40% of the nominal value of the current absorbed by the piezoelectric element completely covered with liquid (in the example about 2.3 A).
  • These indicators make it possible to react quickly in order to cut off the power supply of the piezoelectric element or to reduce the electrical power supplied by said power supply to the piezoelectric element, and / or to trigger a new filling of water. Thus it is possible to return to an operating mode in which the active surface is completely submerged.
  • This indicator which is related to the observed current drop, can be correlated with a time measurement in order to estimate the fogging rate of our system and possibly trigger alarms in the event of a problem due to the filling or the proper functioning of the system. piezoelectric element.
  • the first three steps are typically implemented during the first use of the device. Indeed, the intrinsic characteristics of the different piezoelectric elements may vary from one device to another. These steps provide access to knowledge of these characteristics.
  • 1st step Calibration of the parameters in optimal presence of the liquid.
  • the voltage A is changed from a minimum duty value to a maximum duty value (for example from 6 V to 12 V), the value of the current B for each voltage is measured and recorded. These values will be used as a reference to detect the variation of the current during nebulization and to indicate to users the presence or absence of water.
  • the voltage A is varied between the minimum and maximum duty values above, the value of the current B for each voltage is measured and recorded. These values will be used as a reference to detect the variation of the current during nebulization and to indicate to users the presence or absence of water.
  • g ⁇ i th step Parameter Calibration in the absence of liquid.
  • the voltage A is varied between the minimum and maximum duty values above, the value of the current B for each voltage is measured and recorded. These values will be used as a reference to detect the variation of the current during nebulization and to indicate to users the presence or absence of water.
  • the different values of current consumed for each observed voltage are recorded in the control command of the piezoelectric C.
  • the values Iopt, Iint and Icrit are recorded as defined above.
  • the value of the current consumed by the piezoelectric element is measured. This measurement may be continuous or alternatively, regular measurements may be made at an appropriate frequency. As long as the instantaneous value of this current I does not reach the threshold value as shown in FIG. 8, there is no feedback. In other words, it is not necessary to add liquid to the tank.
  • gieme ⁇ ape Water supply
  • the control system C controls the solenoid valve E filling the tray R when the current consumption of the piezoelectric 20 becomes excessive. More precisely, when the instantaneous measured value of current consumed reaches the threshold value Iint defined above, the control system triggers an alarm which is directed towards solenoid valve E. The latter then controls the arrival of additional liquid in the tank, which has the effect of lowering the value of current consumed. The device returns to an optimal configuration, as defined above, so that the water supply is then stopped.
  • the alert triggered by the control system may not be transmitted to a solenoid valve, but to a signaling member. The latter then emits a signal perceptible by the user, including visual type and / or sound.
  • the addition of liquid in the tank is, in this case, provided directly by the user and not by a mechanical element of the device. ieme gt ape: Notification of lack of water and stop
  • the regulation system C is able to stop the piezoelectric to limit the case of the latter when it detects a low current consumption by the piezoelectric element 20.
  • the regulation system triggers an alarm which is directed towards means for automatically cutting off the piezoelectric element. This makes it possible to guarantee the mechanical integrity of this element, which would be jeopardized if this situation of absence of water were to continue.
  • the warning triggered by the control system may not be transmitted to cut-off means, but to a signaling device. The latter then emits a signal perceptible by the user, including visual type and / or sound. Stopping the piezoelectric element is, in this case, provided directly by the user and not by a mechanical element of the device.
  • both the need for water supply and the need to cut the piezoelectric element can be directly meant to the user.
  • Figure 6 implements an electronic assembly. The control of the assembly is performed by a card 190 whose power supply is remote by a 180 power supply module. The DC voltage supplied can be between 6 and 40 volts.
  • This card is built around the microcontroller 200 for application management of the steps set out above.
  • This microcontroller 200 also manages the connectivity of the input / output modules.
  • This card comprises an on / off digital input module (TOR) 220 and an output module 220.
  • TOR on / off digital input module
  • output module 220 These sets make it possible to control the water supply of the receptacle in the case of an intermediate or empty level or to control the information signal enabling to warn the user of the need to fill the tank supplying the receptacle.
  • a subassembly 230 is present to constitute the piezoelectric control 25, it allows to define the excitation frequency, the voltage, the duty cycle. This module also makes it possible to obtain the information on the consumed current 260 as well as the temperature 270 of the piezoelectric 20.
  • the last module 240 of this card 190 is the element for controlling and controlling the piezoelectric.
  • This module is the interface for sending the voltage signal for exciting the piezoelectric 20 and in return for obtaining the temperature of said element 20.
  • the card 100 is built around the microcontroller, whose role is to manage the signal generator and subsequently the piezoelectric control.
  • the card 100 also has a switching regulator 12V for controlling the transistor via the driver (120), and a linear regulator 5V for adapting the input control signal.
  • the principle of the driver (120) is to be able to provide for a short time the large current required for switching the transistor 130 at high frequencies.
  • the inrush current of the control of the transistor 130 is very important, and providing enough current allows a fast switching, limiting the transient states causing a heating of the transistor 130.
  • the transistor driver 120 uses several capacitors in parallel upstream of the component.
  • the control voltage of the transistor is set at 12V, thus minimizing the effect of its Ron characteristic and thus heating of the component.
  • the excitation frequency of the piezoelectric 20 is generated by the component 1 10, which produces a square signal of programmable frequency (by default 1 MHz).
  • the impedance matching circuit 140 of the piezoelectric 20 consists of a coil and a capacitor in series with a capacitor in parallel on the output.
  • the resultant is a stable and constant sinusoidal signal as a function of time at the terminals of the piezoelectric element adapted to optimum operation in water. (Voltage / peak-to-peak values must not exceed the maximum limit of the piezoelectric element).
  • the value of the impedance of the piezoelectric element will change and introduce a mismatch of electrical impedance to the entire circuit and subsequently change its power consumption.
  • the piezoelectric 20 is controlled by a transistor 130, having an excellent ratio of control load and resistance in the on state, and a very fast response time allowing it to operate at a high frequency (1 .7 MHz), making it possible to have both a signal of quality and a moderate heating.
  • a control driver 120 capable of delivering up to 2 ⁇ 5A is placed upstream.
  • the current measurements 150 are performed using a shunt resistor of low value, between 0.01 and 0.1 ohm depending on the current consumed, and a voltmeter component measuring the potential difference across the resistor and multiplying by 10 the result in order to have a more readable value for the microcontroller.
  • the microcontroller thereafter will compare the current values taken to define the operating state of the piezoelectric. This state will validate the process step.

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  • Special Spraying Apparatus (AREA)

Abstract

Dispositif (1) de nébulisation à excitation piézoélectrique, comprenant -une cuve (10) de liquide, - un élément piézoélectrique (40) présentant une surface active (41) apte à émettre des ondes acoustiques dans le liquide en vue de la nébulisation de ce liquide, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre - des moyens de mesure aptes à mesurer un paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique, - des moyens d'alerte, propres à être activés par les moyens de commande lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif se situe en dehors d'une plage prédéterminée.

Description

DISPOSITIF DE PULVERISATION A TRANSDUCTEUR PIEZOELECTRIQUE COUPLE A UN CONCENTRATEUR ACOUSTIQUE, AVEC DETECTION DU
NIVEAU DE LIQUIDE INTERNE Domaine technique de l'invention
L'invention concerne le domaine technique des dispositifs de pulvérisation capables de produire un brouillard de micro-gouttelettes à partir d'un liquide. Les gouttelettes sont générées par un élément piézoélectrique couplé à un concentrateur acoustique. Plus précisément, l'invention concerne un tel dispositif comprenant une détection du niveau du liquide à pulvériser.
Etat de la technique Les dispositifs de pulvérisation capables de produire un brouillard de micro-gouttelettes à partir d'un liquide par excitation piézoélectrique sont connus en tant que tels. Dans ces systèmes l'élément piézoélectrique peut être associé à une membrane micro-perforée ou à un concentrateur acoustique afin de favoriser la production de brouillard. Dans les systèmes à membrane micro-perforée, le transducteur piézoélectrique est couplé à une membrane micro-perforée, qui est en contact avec le liquide à pulvériser. Ces systèmes sont décrits par exemple dans les documents WO 2013/1 10248 (Nebu Tec), WO 2012/020262 et WO 05/15822 (Technology Partnership), EP 2 244 314 (Zobele Holding), US 2006/213503 et US 2005/224076 (Pari Pharma), WO 2001/85240 (Pezzopane), FR 2 929 861 (L'Oréal), US 8 870 090 (Aptar), WO 2008/058941 (Telemaq),
JP 2001/300375 (Panasonic). Ces systèmes sont simples et compacts, mais en règle générale leur débit est très faible, c'est-à-dire ils produisent une quantité de brouillard très faible. Leur durée de vie est assez limitée (souvent moins de 1000 heures). Ils peuvent convenir pour certaines utilisations (par exemple pour diffuser des parfums dans une pièce), mais pas pour d'autres. Par ailleurs, ces dispositifs nécessitent une maintenance attentive car la membrane risque de se colmater. Ces systèmes sont également relativement sensibles à la pression d'eau au-dessus de la membrane et à la pression d'air dans le volume de diffusion ; des problèmes de fuite d'eau peuvent apparaître. Ce manque de robustesse des dispositifs utilisant une membrane perforée peut limiter leur intérêt pour certains types d'applications, notamment industrielles et surtout les produits destinés au grand public (frigo, cave électrique), qui nécessitent une durée de vie importante (de l'ordre de 5 à 10 ans) et pour lesquels des procédures d'entretien complexes et fréquentes ne sont pas envisageables. Dans les systèmes à concentrateur acoustique, le transducteur piézoélectrique est couplé directement au liquide à pulvériser, avec lequel il est en contact. Plus précisément, ces systèmes utilisent en règle générale une cuve pourvue d'une buse à concentration et d'un élément piézoélectrique, comme décrit par exemple dans les documents EP 0 691 162 A1 et EP 0 782 885 A1 (IMRA Europe). Ces dispositifs sont très fiables et sont utilisés couramment pour humidifier et rafraîchir des produits frais sur des étals de vente, comme décrit dans les documents FR 2 899 135 A1 , FR 2 921 551 A1 , WO 2014/023907 A1 , WO 2013/034847 A1 (ARECO), FR 2 690 510 A1 (Techsonic). Leur débit est important et convient pour de nombreuses utilisations techniques et industrielles. Ne comportant pas de membranes perforées, ces dispositifs ne risquent pas d'être perturbés dans leur fonctionnement par des problèmes de colmatage ; ils présentent une durée de vie de 5000 heures en moyenne. En revanche, ces dispositifs ont une taille significative qui est principalement liée à l'épaisseur d'eau nécessaire pour le bon fonctionnement de l'élément piézoélectrique (généralement de 20 à 35 mm) et aussi à la hauteur du chambre de diffusion nécessaire pour la création d'un jet acoustique presque vertical et très puissant (généralement de 40 à 100 mm). II existe des dispositifs dont le rendement « débit d'eau / puissance électrique » a été optimisé. Ces systèmes sont généralement équipés des buses agissant comme concentrateurs des ondes acoustiques générées par l'élément piézoélectrique travaillant à très haute fréquence (de l'ordre de quelques MHz), d'une pompe de circulation d'eau, d'un ventilateur et d'une alimentation électrique spécifique. L'intégration de tous ces éléments dans un volume réduit reste un point bloquant pour beaucoup d'applications qui nécessitent un système très performant (rapport débit / puissance électrique) et d'une très grande fiabilité (surtout l'élément piézoélectrique, le ventilateur, la pompe, les générateurs à haute fréquence, le capteur de niveau, les électrovannes de remplissage). Dans un système de nébulisation par excitation piézoélectrique il est toujours nécessaire de surveiller la présence et le volume de l'eau devant le transducteur piézoélectrique, pour les deux raisons suivantes :
D'une part, il faut protéger le transducteur d'un manque d'eau, qui peut conduire à la destruction de l'élément piézoélectrique, surtout dans les cas des fortes puissances électriques absorbées. En effet, les gaz (tels que l'air) présentent une impédance acoustique beaucoup plus importante pour les ondes acoustiques que les liquides (tels que l'eau). Si la céramique piézoélectrique n'est pas recouverte d'un liquide, l'énergie acoustique se dissipe donc dans la céramique piézoélectrique elle-même, conduisant à son échauffement. Si cet échauffement est important ou prolongé, cela peut conduire à la dégradation, voire à la destruction fonctionnelle de l'élément piézoélectrique.
Il faut également garantir une bonne stabilité de la densité de nébulisation au cours du temps ; cet aspect est particulièrement important dans les applications qui nécessitent un niveau d'humidité bien précis et maîtrisé.
Le manque d'eau peut être momentané, par exemple lorsque le niveau d'eau du système bouge suite au mouvement permanent ou occasionnel du système ; ce problème peut se poser pour des systèmes de nébulisation embarqués dans des véhicules. Le manque d'eau peut être aussi lié au manque d'approvisionnement en eau. Le réapprovisionnement en eau peut être automatique ou manuel. Cependant, on sait que le débit en brouillard généré par le système dépend, à puissance dissipée égale, du niveau d'eau au-dessus de l'élément piézoélectrique. Pour répondre à ces problématiques, la plupart des systèmes de nébulisation à excitation piézoélectrique sont équipés d'un capteur de niveau d'eau. Ces capteurs peuvent être de type optique, capacitif, à ultrasons, électromécanique, magnétique, etc. Ils présentent typiquement un problème d'encombrement, de précision, de prix et de fiabilité. Plus précisément : l'encombrement du capteur peut devenir un problème dans des systèmes miniaturisés. La précision peut devenir un problème car de nombreux capteurs de niveau présentent un point de déclenchement bas et un point de déclenchement haut. Le prix peut devenir un problème dans le cas de systèmes miniaturisés qui ouvrent des applications nouvelles à condition d'être peu onéreux. La fiabilité peut devenir un problème à cause de l'inévitable encrassement de la surface active du capteur.
Le problème que la présente invention cherche à résoudre est de présenter un système de nébulisation à excitation piézoélectrique amélioré, qui présente une meilleure fiabilité, permet une construction plus compacte, moins coûteuse, et une meilleure précision de réglage, et qui se prête en particulier aux systèmes miniaturisés.
Objets de l'invention
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de nébulisation à excitation piézoélectrique, comprenant :
une cuve apte à contenir un liquide,
un élément piézoélectrique disposé au moins en partie dans le volume intérieur de la cuve, cet élément présentant une surface active apte à émettre des ondes acoustiques dans le liquide, lorsque cette surface active est au moins en partie recouverte de liquide, en vue de la nébulisation de ce liquide,
ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
des moyens de mesure aptes à mesurer un paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique ;
des moyens d'alerte, propres à être activés en réponse auxdits moyens de mesure, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif se situe en dehors d'une plage prédéterminée.
Selon d'autres caractéristiques de ce dispositif de nébulisation, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement compatible :
le dispositif comprend en outre des premiers moyens de commande, propres à activer des moyens d'arrivée de liquide dans la cuve, en réponse auxdits moyens d'alerte ;
le dispositif comprend en outre des seconds moyens de commande, propres à activer des moyens d'arrêt de l'élément piézoélectrique, en réponse auxdits moyens d'alerte ;
le dispositif comprend en outre au moins un organe d'alerte, propre à émettre au moins un signal perceptible par un utilisateur, en réponse auxdits moyens d'alerte, les moyens d'alimentation en liquide comprennent une électrovanne ;
- la surface active de l'élément piézoélectrique est inclinée par rapport à l'horizontale selon un angle compris entre 45° et 135°, notamment selon un angle de 90° ;
le paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique est le courant consommé par l'élément piézoélectrique. L'invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre d'un dispositif de nébulisation tel défini ci-dessus, comprenant :
une cuve de liquide,
un élément piézoélectrique disposé au moins en partie dans le volume intérieur de la cuve, cet élément présentant une surface active apte à émettre des ondes acoustiques dans le liquide en vue de la nébulisation de ce liquide ;
des moyens de mesure aptes à mesurer un paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique ;
des moyens d'alerte, propres à être activés en réponse auxdits moyens de mesure, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif se situe en dehors d'une plage prédéterminée ;
ce procédé comprenant les étapes suivantes :
on mesure un paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique ;
- on active les moyens d'alerte lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif se situe en dehors d'une plage prédéterminée.
Selon d'autres caractéristiques de ce procédé, prises isolément ou selon toute combinaison techniquement compatible :
- on active les premiers moyens de commande, de manière à provoquer une arrivée de liquide dans la cuve, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif atteint une première valeur prédéterminée, dite valeur seuil haute ;
on émet un premier type de signal grâce à l'organe d'alerte, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif atteint une première valeur prédéterminée, dite valeur seuil haute ;
la première valeur prédéterminée est déterminée en fonction d'une valeur dite optimale dudit paramètre, correspondant à une mise en œuvre du dispositif où la surface active est entièrement recouverte de liquide ;
la première valeur prédéterminée est comprise entre 1 10% et 120% de la valeur optimale ;
le procédé comprend en outre une étape de calibration, dans laquelle on détermine la variation du courant consommé en fonction de la tension aux bornes de l'élément piézoélectrique dans un état dit optimal du dispositif, pour lequel la surface active est entièrement recouverte de liquide, ainsi que dans un état dit intermédiaire du dispositif, pour lequel la surface active est partiellement recouverte de liquide ;
on active les seconds moyens de commande, de manière à provoquer l'arrêt de l'élément piézoélectrique, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif atteint une seconde valeur prédéterminée, dite valeur seuil basse ; - on émet un second type de signal, différent dudit premier type de signal, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif atteint une seconde valeur prédéterminée, dite valeur seuil basse ;
le procédé comprend en outre une autre étape de calibration, dans laquelle on détermine la variation du courant consommé en fonction de la tension aux bornes de l'élément piézoélectrique dans un état dit critique du dispositif, pour lequel la surface active n'est pas du tout recouverte de liquide ; le paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique est le courant consommé par l'élément piézoélectrique.
Les inventeurs ont trouvé que le problème posé peut être résolu d'une manière surprenante sans recourir à un capteur de niveau de liquide, en se servant de l'élément piézoélectrique lui-même comme moyen de détection du liquide. En effet, les inventeurs ont constaté un lien entre les caractéristiques du jet de nébulisation et la consommation de courant de l'élément piézoélectrique.
Selon l'invention, on mesure un paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique. Ce paramètre peut être le courant consommé proprement dit. A titre de variante, il peut s'agir d'une grandeur, telle que la tension, à partir de laquelle l'homme du métier peut accéder au courant consommé.
Description des figures
Les figures 1 à 8 illustrent des modes de réalisation de l'invention, mais ne limitent pas la portée de l'invention.
La figure 1 est une vue schématique, illustrant un dispositif de nébulisation conforme à l'invention, dont le récipient est entièrement rempli de liquide ;
La figure 2 est une vue schématique, analogue à la figure 1 , dans laquelle le liquide présente un niveau de remplissage intermédiaire dans le récipient ;
La figure 3 est une vue schématique, analogue à la figure 1 , dans laquelle le récipient est dépourvu de liquide ;
La figure 4 est un graphe, illustrant les variations du courant consommé par l'élément piézoélectrique appartenant au dispositif conforme à l'invention, en fonction de la tension appliquée aux bornes de cet élément, pour chacun des trois niveaux de liquide des figures 1 à 3 ;
La figure 5 est une vue schématique, illustrant certains organes de commande de l'élément piézoélectrique appartenant au dispositif conforme à l'invention ;
La figure 6 est une vue schématique, illustrant de façon plus détaillée certains autres organes de commande de l'élément piézoélectrique ;
La figure 7 est un schéma électronique du dispositif de nébulisation conforme à l'invention ;
La figure 8 est un graphe, illustrant la variation du courant consommé par l'élément piézoélectrique, en fonction du niveau de remplissage du récipient.
Les références numériques suivantes sont utilisées dans la présente description:
1 Système selon l'invention 10 Cuve
20 Elément piézoélectrique 21 Surface active de 20
22 Partie non immergée de 20 30 Concentrateur acoustique
40 Ondes acoustiques 50 Point focal de 30
60 Brouillard 70 Jet de liquide
Iopt Hauteur optimale Hint Hauteur intermédiaire
A Angle de 21 Iopt Intensité de courant optimale
Iint Intensité de courant intermédiaire Icrit Intensité de courant critique
C Système de régulation E Electrovanne 100 Carte 120 Driver
130 Transistor 140 Circuit d'adaptation
180 Module d'alimentation 190 Carte électronique
200 Microcontrôleur 210 Module d'entrées
220 Module de sortie 230 Sous ensemble
240 Module de 190 250 Elément de commande de 40
260 Informations sur le courant 270 Informations sur la température
Description détaillée
La figure 1 montre le système 1 selon l'invention en situation de fonctionnement normal, c'est-à-dire avec un niveau de liquide dit approprié ou optimal Iopt. Le système 1 comprend une cuve 10, formant récipient, un élément piézoélectrique 20 et un concentrateur acoustique 30. L'élément piézoélectrique 20 se présente en règle générale sous la forme d'une plaquette de forme circulaire. Dans l'exemple de la figure 1 il est disposé verticalement, sa surface active (appelée ici aussi « face émettrice ») 21 étant orientée en direction du concentrateur acoustique 30. On note a l'angle formé par l'horizontale et la direction principale de la surface active précitée. Dans l'exemple illustré, cet angle présente une valeur de 90°. Néanmoins, l'invention trouve son application à d'autres valeurs de cet angle, de façon générale à tout élément piézoélectrique non horizontal, à savoir pour lequel l'angle a est différent de 0° et de 180°. Typiquement, cet angle a est compris entre 45° et 135°, il peut par exemple être compris entre 70 et 1 10°.
Cet élément 20 génère des ondes d'ultrasons 40 qui sont émises en direction du concentrateur acoustique 30. Ce dernier peut avoir une forme parabolique ou autre ; son point focal porte ici la référence 50. Le concentrateur acoustique 30 est avantageusement réalisé en un matériau dur (par exemple métallique) apte à réfléchir les ondes d'ultrasons. La fréquence des ultrasons utilisés dans le cadre de la présente invention se situe avantageusement entre 1 ,3 MHz et 3 MHz, elle peut être par exemple de 1 ,68 MHz.
En fonctionnement normal du système 1 , la surface active 21 de l'élément piézoélectrique 20 est entièrement recouverte de liquide et les ultrasons 40 sont émis dans le liquide où ils impactent contre la surface du concentrateur acoustique 30. Ce dernier est conçu de manière, et le niveau de liquide est réglé de manière, à ce que le point focal 50 des ultrasons 40 se situe légèrement au-dessous du niveau de liquide Iopt. Cela assure un jet de nébulisation 70 stable et une génération maximale de brouillard 60. Dans le cas de la figure 1 , le fonctionnement du système est optimal. La consommation de courant de l'élément piézoélectrique 20 est stable et varie de manière linéaire en fonction de la tension appliquée. Dans un cas fonctionnel donné ici à titre d'exemple, la tension appliquée à la carte d'excitation est de 12 volts (V), le courant nécessaire correspond à 400 milliampères (mA).
La figure 2 montre le même système que la figure 1 , mais avec un niveau de liquide Iint, dit intermédiaire, qui est anormalement bas : le liquide ne recouvre plus la totalité de la surface active 21 de l'élément piézoélectrique 20. Cela a deux conséquences : tout d'abord, sachant que le point focal 50 des ondes acoustiques 40 se situe maintenant au- dessus du niveau de liquide intermédiaire Iint , les ondes génèrent un jet de liquide 70, mais peu de brouillard 60. De plus, compte tenu du fait que l'impédance acoustique de l'air est très supérieure à celle du liquide, la partie non immergée 22 de la surface active 21 n'émet qu'une partie négligeable de la puissance électrique absorbée sous la forme d'ultrasons : le reste est réfléchi sur la surface de la partie non immergée 22 et dissipé en chaleur.
Les inventeurs ont observé que cet échauffement modifie la consommation électrique de l'élément piézoélectrique 20, comme cela sera détaillé en référence à la figure 8. Plus précisément, cet échauffement modifie le courant absorbé ; cette différence s'élève à quelques pourcents, mais elle est suffisante pour être détectée.
De manière typique, dans un système de nébulisation à excitation piézoélectrique, l'élément piézoélectrique 20 est alimenté par des trains d'impulsions à tension fixe, ces impulsions étant proches de la fréquence de résonance de l'élément piézoélectrique 20. Lorsque l'on mesure le courant absorbé par l'élément piézoélectrique 20, on constate que ce courant augmente avec la température. A titre d'exemple, dans un système de nébulisation à excitation piézoélectrique, on a alimenté l'élément piézoélectrique avec une tension de 12 volts et le courant absorbé était de 400 mA en fonctionnement normal ; ce courant est de 440 mA lorsqu'une partie de la surface active de l'élément piézoélectrique n'est pas immergée.
De manière surprenante, les inventeurs ont observé que lorsque la partie non immergée de la surface active de l'élément piézoélectrique 20 augmente, le courant absorbé diminue et passe à une valeur proche de zéro en l'absence totale de liquide (figure 3). L'élément piézoélectrique 20 ne peut émettre dans l'air comme dans le liquide, son impédance est donc limitée et sa consommation de courant est bien inférieure à celle lopt en régime optimal ainsi qu'à celle lint en régime intermédiaire.
La figure 8 récapitule la variation du courant consommé I en fonction de la hauteur H de liquide dans la cuve. Plus précisément, le pourcentage de la hauteur de la surface active, recouverte par le liquide, est porté en abscisses. La valeur 0 correspond à une cuve vide (figure 3), la valeur 100 correspond au liquide recouvrant l'intégralité de la surface active (figure 1 ), la valeur 50 correspond au liquide recouvrant la moitié de la hauteur de la surface active (figure 2).
Lorsque le liquide recouvre toute la hauteur de la surface, le courant consommé présente une valeur dite optimale lopt, que l'on retrouve également lorsque le liquide est présent en excès (partie droite de la courbe correspondant aux valeurs 1 10 et 120). Quand le niveau de liquide diminue, la valeur du courant consommé augmente légèrement, depuis la valeur optimale lopt ci-dessus jusqu'à une valeur dite intermédiaire lint. Cette valeur de courant consommé est alors sensiblement constante au fur et à mesure que le niveau de liquide baisse, jusqu'à descendre sensiblement jusqu'à une valeur dite critique Icrit correspondant à une cuve vide de liquide. II existe donc trois valeurs caractéristiques de courant consommé en fonction du niveau d'eau, qui correspondent à trois états du dispositif : optimal quand le niveau de liquide est satisfaisant, intermédiaire quand le niveau de liquide est insuffisant mais que l'intégrité de l'élément piézoélectrique n'est pas remise en cause, et enfin critique quand il n'y a plus de liquide dans la cuve. Typiquement, Iint est légèrement supérieure à Iopt, d'environ 10 à 20%, alors que Icrit est très inférieure à Iopt. Dans tous les modes de réalisation de la présente invention ledit liquide peut être de l'eau, éventuellement comprenant des substances (ioniques ou non ioniques) en solution ou en dispersion. Par exemple, l'eau peut comprendre un ou plusieurs produits organiques, miscibles ou non, tel qu'un alcool ou une huile essentielle. La figure 4 représente le diagramme de réponse en consommation de courant par l'élément piézoélectrique 20 selon les modes de fonctionnement décris ci-dessus. Chacune des courbes comprend plusieurs échantillons de valeurs de courant consommé (en ordonnées) en fonction de différentes tensions appliquées à l'élément piézoélectrique (en abscisses). Chaque courbe représente un mode de fonctionnement présenté comme suit :
La courbe constituée de carrés correspond à un fonctionnement optimal de l'élément piézoélectrique. Ce fonctionnement optimal correspond à la figure 1 quand le système comprend la hauteur définie ci-dessus Iopt de liquide recouvrant entièrement l'élément piézoélectrique 20.
La courbe constituée de cercles correspond à un fonctionnement intermédiaire de l'élément piézoélectrique 20. Ce fonctionnement intermédiaire correspond à la figure 2 quand le système comprend la hauteur Iint de liquide définie ci-dessus. - La courbe constituée de triangles correspond à un fonctionnement à vide comme précédemment décrit en référence à la figure 3.
Chacune des courbes, représentant un mode de fonctionnement, montre la linéarité entre la tension appliquée aux bornes de l'élément piézoélectrique 20 et le courant consommé. II s'ensuit que cette variation de la consommation de courant en fonction du niveau de liquide ne peut être exploitée directement pour détecter le niveau de liquide : il faut effectuer une calibration.
La figure 5 montre de manière schématique un procédé de régulation qui se base sur la mesure du courant et de la tension de l'élément piézoélectrique pour détecter la présence ou l'absence de l'eau et de la nébulisation.
Dans le cas d'un circuit électronique à forte puissance où un générateur de signal alimente l'élément piézoélectrique à une fréquence fixe on constate que le courant au niveau de l'alimentation du circuit varie en fonction de la fraction surfacique de la surface active de l'élément piézoélectrique qui est recouverte d'eau.
Dans un mode de réalisation typiquement, l'élément piézoélectrique est alimenté en courant direct (par exemple à une tension de 24 V DC), modulé par la fréquence de résonance de l'élément piézoélectrique. Dans un tel mode de fonctionnement normal, la surface active de l'élément piézoélectrique est totalement recouverte de liquide ; la nébulisation fonctionne, et la consommation de courant est stable (typiquement à environ 2,3 A pour un diamètre de la surface active compris entre environ 10mm et environ 20mm).
Dans le cas où la surface active de l'élément piézoélectrique est seulement partiellement recouvert de liquide, les inventeurs ont observé une chute de courant qui est significative et extrêmement rapide (en moins de 100 ms). Cette chute peut être de l'ordre de 30 à 40% de la valeur nominale du courant absorbé par l'élément piézoélectrique totalement recouvert de liquide (dans l'exemple environ 2,3 A). Ces indicateurs permettent de réagir rapidement afin de couper l'alimentation de l'élément piézoélectrique ou de diminuer la puissance électrique fournie par ladite alimentation à l'élément piézoélectrique, et/ou pour déclencher un nouveau remplissage d'eau. Ainsi il est possible de retourner vers un mode de fonctionnement dans lequel la surface active est complètement immergée.
Cet indicateur, qui est relié à la chute du courant constaté, peut être corrélé avec une mesure temporelle afin d'estimer le débit de nébulisation de notre système et de déclencher éventuellement des alarmes en cas de problème dû au remplissage ou au bon fonctionnement de l'élément piézoélectrique.
Nous décrivons ici à titre d'illustration un tel procédé de régulation. Les trois premières étapes sont typiquement mises en œuvre lors de la première utilisation du dispositif. En effet, les caractéristiques intrinsèques aux différents éléments piézoélectriques peuvent varier d'un dispositif à l'autre. Ces étapes permettent d'accéder à la connaissance de ces caractéristiques. 1 er étape : Calibration des paramètres en présence optimale du liquide.
On fait varier la tension A d'une valeur de service minimale à une valeur de service maximale (par exemple de 6 V à 12 V), on mesure et on enregistre la valeur du courant B pour chaque tension. Ces valeurs seront utilisées comme référence pour détecter la variation du courant en cours de la nébulisation et indiquer aux utilisateurs la présence ou l'absence de l'eau.
2'eme étape : Calibration des paramètres en présence intermédiaire du liquide.
On fait varier la tension A entre les valeurs de service minimale et maximale ci-dessus, on mesure et on enregistre la valeur du courant B pour chaque tension. Ces valeurs seront utilisées comme référence pour détecter la variation du courant en cours de la nébulisation et indiquer aux utilisateurs la présence ou l'absence de l'eau. gieme ^tape : Calibration des paramètres en absence du liquide.
On fait varier la tension A entre les valeurs de service minimale et maximale ci-dessus, on mesure et on enregistre la valeur du courant B pour chaque tension. Ces valeurs seront utilisées comme référence pour détecter la variation du courant en cours de la nébulisation et indiquer aux utilisateurs la présence ou l'absence de l'eau.
4'eme étape : Configuration du système
Les différentes valeurs de courant consommé pour chaque tension observée sont enregistrées dans la commande de pilotage du piézoélectrique C. Ainsi, pour chaque valeur de tension à laquelle peut être mis en service le dispositif, on enregistre notamment les valeurs Iopt., Iint et Icrit telles que définies ci-dessus.
Dans l'exemple indiqué ci-dessus (circuit auto-oscillant), lorsqu'il est alimenté à 12 Volts, la consommation Iopt.de l'élément piézoélectrique est de 400 mA pour un fonctionnement normal. Cette consommation monte à une valeur Iint voisine de 440 mA en fonctionnement avec niveau de liquide bas, puis cette consommation de courant tombe à une valeur Icrit voisine de 1 10 mA en l'absence de liquide comme montré sur la figure 3 gieme ^tape : Fonctionnement normal.
On mesure la valeur du courant consommé par l'élément piézoélectrique. Cette mesure peut être continue ou, en variante, on peut réaliser des mesures régulières à une fréquence appropriée. Tant que la valeur instantanée de ce courant I n'atteint pas la valeur seuil telle que montrée à la figure 8, il n'y a pas de rétroaction. En d'autres termes, il n'est pas nécessaire de rajouter du liquide dans la cuve. gieme ^ape : Alimentation en eau
Le système de régulation C permet de commander l'électrovanne E assurant le remplissage du bac R lorsque la consommation de courant du piézoélectrique 20 devient excessive. De façon plus précise, lorsque la valeur instantanée mesurée de courant consommé atteint la valeur seuil Iint définie ci-dessus, le système de régulation déclenche une alerte qui est dirigée vers l'électrovanne E. Cette dernière commande alors l'arrivée de liquide supplémentaire dans la cuve, ce qui a pour effet d'abaisser la valeur de courant consommé. Le dispositif retrouve une configuration optimale, telle que définie ci- dessus, de sorte que l'arrivée d'eau est alors stoppée.
A titre de variante, l'alerte déclenchée par le système de régulation peut ne pas être transmise à une électrovanne, mais à un organe de signalisation. Ce dernier émet alors un signal perceptible par l'utilisateur, notamment de type visuel et/ou sonore. L'ajout de liquide dans la cuve est, dans ce cas, assuré directement par l'utilisateur et non pas par un élément mécanique du dispositif. ieme gtape: Notification de manque d'eau et arrêt
Le système de régulation C est apte à arrêter le piézoélectrique pour limiter la casse de ce dernier lorsqu'il détecte une consommation basse du courant par l'élément piézoélectrique 20.
De façon plus précise, lorsque la valeur instantanée mesurée de courant consommé atteint la valeur seuil I Icrit définie ci-dessus, le système de régulation déclenche une alerte qui est dirigée vers des moyens de coupure automatique de l'élément piézoélectrique. Ceci permet de garantir l'intégrité mécanique de cet élément, qui serait mise en péril si cette situation d'absence d'eau venait à se prolonger.
A titre de variante, l'alerte déclenchée par le système de régulation peut ne pas être transmise à des moyens de coupure, mais à un organe de signalisation. Ce dernier émet alors un signal perceptible par l'utilisateur, notamment de type visuel et/ou sonore. L'arrêt de l'élément piézoélectrique est, dans ce cas, assuré directement par l'utilisateur et non pas par un élément mécanique du dispositif.
Comme décrit ci-dessus, aux sixième et septième étapes, à la fois le besoin d'alimentation en eau et la nécessité de couper l'élément piézoélectrique peuvent être signifiés directement à l'utilisateur. Dans le cas, on prévoit avantageusement deux signaux différents, respectivement pour le besoin en eau et l'arrêt de l'élément piézoélectrique. On peut utiliser deux organes de signalisation différents ou bien, à titre de variante, un unique organe apte à émettre deux signaux différents. La figure 6 met en œuvre un ensemble électronique. Le pilotage de l'ensemble est réalisé par une carte 190 dont l'alimentation se fait de manière déportée par un module 180 d'alimentation. La tension continue fournie peut être comprise entre 6 et 40 Volts.
Cette carte est construite autour du microcontrôleur 200 permettant la gestion applicative des étapes énoncées ci-dessus. Ce microcontrôleur 200 gère aussi la connectivité des modules d'entrée/sortie.
Cette carte comprend un module 210 d'entrée analogique tout ou rien (TOR) et un module sortie 220. Ces ensembles permettent de commander l'alimentation en eau du réceptacle en cas de niveau intermédiaire ou vide ou de commander le signal d'information permettant de prévenir l'usager de la nécessiter de remplir le réservoir alimentant le réceptacle.
Un sous ensemble 230 est présent pour constituer la commande piézoélectrique 25, celle-ci permet de définir la fréquence d'excitation, le voltage, le rapport cyclique. Ce module permet aussi d'obtenir les informations sur le courant consommé 260 ainsi que la température 270 du piézoélectrique 20.
Le dernier module 240 de cette carte 190 est l'élément de contrôle et de commande du piézoélectrique. Ce module est l'interface permettant l'envoi du signal de tension permettant d'exciter le piézoélectrique 20 et en retour d'obtenir la température dudit élément 20. Exemple
L'invention est illustrée ci-dessous par des exemples qui cependant n'en limitent pas la portée. Cet exemple porte sur une mise en œuvre du module de commande de puissance du piézoélectrique.
Pour réaliser le procédé de régulation, l'homme du métier a besoin de comprendre l'aspect technique lié au module 240 de la figure 6.
Dans la figure 7, la carte 100 est construite autour du microcontrôleur, qui a pour rôle de gérer le générateur de signal et par la suite la commande de piézoélectrique. La carte 100 dispose également d'un régulateur à découpage 12V pour la commande du transistor via le driver (120), et d'un régulateur linéaire 5V pour l'adaptation du signal de commande en entrée.
Le principe du driver (120) est de pouvoir fournir pendant un court instant le courant important nécessaire à la commutation du transistor 130 en hautes fréquences. Lors des fronts du signal de commande, le courant d'appel de la commande du transistor 130 est très important, et fournir suffisamment de courant permet une commutation rapide, limitant les états transitoires provoquant un échauffement du transistor 130.
Pour pouvoir fournir rapidement un courant important, le driver de transistor 120 utilise plusieurs condensateurs en parallèle en amont du composant. La tension de commande du transistor est fixée à 12V, minimisant ainsi l'effet de sa caractéristique Ron et donc réchauffement du composant. La fréquence d'excitation du piézoélectrique 20 est générée par le composant 1 10, qui produit un signal carré de fréquence programmable (par défaut 1 .7 MHz). Le circuit d'adaptation d'impédance 140 du piézoélectrique 20 est constitué d'une bobine et d'un condensateur en série avec un condensateur en parallèle sur la sortie.
La relation entre les valeurs de ces composants (L et C) est un facteur très important dans le comportement d'un circuit LC et sont choisies en tenant compte de l'impédance de l'élément piézoélectrique (dans l'eau) et de sa fréquence de résonance, et qui fixera par la suite sa consommation de courant moyenne.
Le résultant est un signal sinusoïdal stable et constant en fonction du temps aux bornes de l'élément piézoélectrique adapté à un fonctionnement optimal dans l'eau. (Les valeurs de tensions/courant crête à crête ne doivent pas dépasser la limite max de l'élément piézoélectrique).
Figure imgf000013_0001
fO : la fréquence de résonance.
L : la valeur de la bobine.
C : la valeur du condensateur.
Pour un fonctionnement sans eau, la valeur de l'impédance de l'élément piézoélectrique va changer et introduire une désadaptation d'impédance électrique à l'ensemble du circuit et changera par la suite sa consommation de courant.
Le piézoélectrique 20 est piloté par un transistor 130, ayant un excellent rapport charge de commande et résistance à l'état passant, et un temps de réponse très rapide lui autorisant un fonctionnement à fréquence élevée (1 .7 MHz), permettant d'avoir à la fois un signal de qualité et un échauffement modéré.
Pour assurer une commutation la plus rapide possible et donc limiter réchauffement du transistor, très important pendant les phases de transition, un driver de commande 120 pouvant délivrer jusque 2 x 5A est placé en amont.
Les mesures de courant 150 sont effectuées à l'aide d'une résistance de shunt de faible valeur, entre 0.01 et 0.1 ohm suivant le courant consommé, et d'un composant de type voltmètre mesurant la différence de potentiel aux bornes de la résistance et multipliant par 10 le résultat afin d'avoir une valeur plus lisible pour le microcontrôleur.
Le microcontrôleur par la suite va comparer les valeurs de courant prélevé afin de définir l'état de fonctionnement du piézoélectrique. Cet état permettra de valider l'étape du procédé.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif (1 ) de nébulisation à excitation piézoélectrique, comprenant :
une cuve (10) de liquide,
- un élément piézoélectrique (20) disposé au moins en partie dans le volume intérieur de la cuve, cet élément (20) présentant une surface active (21 ) apte à émettre des ondes acoustiques dans le liquide, lorsque cette surface active est au moins en partie recouverte de liquide, en vue de la nébulisation de ce liquide, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- des moyens de mesure aptes à mesurer un paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique (20) ;
des moyens d'alerte, propres à être activés en réponse auxdits moyens de mesure, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif se situe en dehors d'une plage prédéterminée.
2. Dispositif de nébulisation selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre des premiers moyens de commande, propres à activer des moyens d'arrivée de liquide dans la cuve, en réponse auxdits moyens d'alerte.
3. Dispositif de nébulisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des seconds moyens de commande, propres à activer des moyens d'arrêt de l'élément piézoélectrique, en réponse auxdits moyens d'alerte.
4. Dispositif de nébulisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un organe d'alerte, propre à émettre au moins un signal perceptible par un utilisateur, en réponse auxdits moyens d'alerte.
5. Dispositif de nébulisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en liquide comprennent une électrovanne.
6. Dispositif de nébulisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface active (21 ) de l'élément piézoélectrique (20) est inclinée par rapport à l'horizontale selon un angle (a) compris entre 45° et 135°, notamment selon un angle de 90°.
7. Procédé de mise en œuvre d'un dispositif (1 ) de nébulisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant :
une cuve (10) de liquide,
un élément piézoélectrique (20) disposé au moins en partie dans le volume intérieur de la cuve, cet élément (20) présentant une surface active (21 ) apte à émettre des ondes acoustiques dans le liquide en vue de la nébulisation de ce liquide ;
des moyens de mesure aptes à mesurer un paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique (20) ; des moyens d'alerte, propres à être activés en réponse auxdits moyens de mesure, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif se situe en dehors d'une plage prédéterminée ;
ce procédé comprenant les étapes suivantes :
- on mesure un paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique (20) ;
on active les moyens d'alerte lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif se situe en dehors d'une plage prédéterminée.
8. Procédé selon la revendication 7, pour la mise en œuvre d'un dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'on active les premiers moyens de commande, de manière à provoquer une arrivée de liquide dans la cuve, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif atteint une première valeur prédéterminée, dite valeur seuil haute (Iint).
9. Procédé selon la revendication 7, pour la mise en œuvre d'un dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'on émet un premier type de signal grâce à l'organe d'alerte, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif atteint une première valeur prédéterminée, dite valeur seuil haute (Iint).
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la première valeur prédéterminée est déterminée en fonction d'une valeur dite optimale (lopt) dudit paramètre, correspondant à une mise en œuvre du dispositif où la surface active (21 ) est entièrement recouverte de liquide.
1 1 . Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite valeur prédéterminée est comprise entre 1 10% et 120% de la valeur optimale.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre une autre étape de calibration, dans laquelle on détermine la variation du courant consommé en fonction de la tension aux bornes de l'élément piézoélectrique dans un état dit critique du dispositif, pour lequel la surface active n'est pas du tout recouverte de liquide.
13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12, pour la mise en œuvre d'un dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'on active les seconds moyens de commande, de manière à provoquer l'arrêt de l'élément piézoélectrique, lorsque la valeur instantanée dudit paramètre représentatif atteint une seconde valeur prédéterminée, dite valeur seuil basse (Icrit).
14. Procédé selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que ledit paramètre représentatif du courant consommé par l'élément piézoélectrique est le courant consommé par l'élément piézoélectrique.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que ledit liquide est de l'eau, éventuellement comprenant des substances en solution ou en dispersion, et notamment un ou plusieurs produits organiques, miscibles ou non.
16. Procédé selon l'une des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que le niveau de liquide est réglé de manière à ce que le point focal (50) des ultrasons se situe au-dessous du niveau de liquide.
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