Brevet FR2906026A1 — publié le 20080321

Domaine de l'invention La présente invention concerne un capteur fonctionnant en autarcie pour saisir un fluide par exemple un liquide tel que de l'eau ou un gaz. Etat de la technique Selon l'état de la technique, on connaît par exemple des capteurs pour la qualité de l'eau (pH de l'eau), la dureté de l'eau ou sa température. On connaît également des capteurs d'eau qui déterminent un débit ou une chute de pression sur un trajet prédéfini. Les capteurs d'eau connus nécessitent pour cela soit une liaison par câble pour exploiter le signal ou une batterie indépendante pour la transmission par radio d'un signal. Du fait de l'alimentation externe en courant utilisée par les capteurs d'eau, connus, la miniaturisation est limitée. En outre, il faut entretenir régulièrement les batteries ou les remplacer lorsqu'elles sont vides. Pour cela, l'utilisation de capteurs d'eau est limitée à des zones facilement accessibles permettant d'une part une simple liaison par câble et d'autre part un simple rem-placement de la batterie. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un capteur du type défini ci-dessus, caractérisé par : - une installation générant l'énergie électrique ayant au moins un partenaire de réaction qui intervient en commun avec le fluide à saisir dans une réaction et génère directement de l'énergie électrique, - un circuit relié à l'installation pour générer de l'énergie électrique et qui génère un signal en fonction de l'intensité dégagée par l'installation, et - une installation de transmission qui transmet le signal généré par le circuit à une unité d'exploitation et/ ou une mémoire avec une inter- face, le signal généré par le circuit pouvant être enregistré dans la mémoire et être lu par l'intermédiaire de l'interface. Le capteur pour saisir un fluide tel que défini ci-dessus offre l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique de fonctionner en autarcie du point de vue de son alimentation en énergie. Dans ces condi- tions, le capteur n'a besoin d'aucune batterie ni liaison par câble pour 2906026 2 être alimenté en énergie. Le capteur selon l'invention peut se miniaturiser de façon très poussée et ne nécessite pas d'entretien. En outre, le capteur selon l'invention s'applique à un grand nombre de domaines d'application différents. Ainsi, comme indiqué ci-dessus, selon 5 l'invention, le capteur comporte une installation générant de l'énergie électrique avec au moins un partenaire de réaction qui réagit avec le fluide à saisir par une réaction générant directement de l'énergie électrique. Le capteur comporte également un circuit relié à l'installation pour générer l'énergie électrique et en fonction du courant généré, on 10 forme un signal. Le capteur comporte en outre une installation de transmission pour transmettre le signal généré à une unité d'exploitation. Le capteur peut ainsi servir à la saisie de différents fluides. Lorsque le fluide à saisir arrive en contact avec le partenaire de 15 réaction de l'installation générant l'énergie, cela se traduit par de l'énergie électrique directement générée si bien que le circuit fournit un signal correspondant. Ce signal est un indicateur de la présence du fluide au niveau du capteur. Le capteur permet de saisir différents liquides ou gaz. Suivant le fluide à saisir, on choisit un partenaire de 20 réaction approprié dans l'installation générant l'énergie, pour initialiser la réaction chimique correspondante, pour générer directement l'énergie électrique. A la place de l'installation de transmission ou en plus de celle-ci, le capteur comporte une mémoire avec une interface ce qui permet d'enregistrer le signal créé dans la mémoire et de lire la mémoire 25 par l'intermédiaire de l'interface. Si en outre la mémoire est prévue comme installation de transmission, les données sont en plus protégées pour la transmission de sorte que par exemple s'il y a un défaut de transmission, on peut lire la mémoire du capteur. Les données de la mémoire peuvent être lues par exemple par radio, par excitation induc- 30 tive, par branchement par un connecteur, ou par une ligne distincte, par exemple par de la lumière. Un capteur autonome en énergie, selon une variante de l'invention pour saisir un fluide à l'avantage de fonctionner en autarcie d'énergie et de permettre de capter différents fluides ; il peut être mi- 35 niaturisé et s'utiliser dans les applications les plus diverses ; il com- 2906026 3 prend une installation générant de l'énergie avec un premier partenaire de réaction qui produit une réaction exothermique avec le fluide à saisir et génère de l'énergie sous forme de chaleur. Ce capteur comporte également une installation de conversion d'énergie pour transformer 5 l'énergie calorifique en énergie électrique. Le capteur comporte égale-ment un circuit relié à l'installation de conversion d'énergie et qui génère un signal en fonction du courant généré et une installation de transmission transmet le signal généré par le circuit vers une unité d'exploitation. A la place de l'installation de transmission ou en plus de 10 l'installation de transmission, le capteur comporte une mémoire avec une interface et le signal généré peut être enregistré dans la mémoire pour être lu par l'interface. Si la mémoire est prévue en plus de l'installation de transmission, les données sont non seulement transmises mais également protégées pour que par exemple en cas de trans- 15 mission défectueuse, on puisse lire la mémoire du capteur. Les données de la mémoire sont extraites par exemple par radio, par excitation inductive, par un branchement par connecteur ou par une ligne distincte, par exemple la lumière. De manière particulièrement avantageuse, l'installation 20 de transmission est une installation de transmission sans fil. Cela per-met d'avoir un capteur autonome en énergie et qui ne comporte aucune liaison par câble. C'est pourquoi il n'y a par lieu de prévoir un câble pour l'alimentation en énergie ou la transmission du signal. Le capteur selon l'invention peut ainsi s'utiliser dans des conditions très variables. 25 De préférence, l'énergie électrique générée par la saisie du fluide est utilisée pour transmettre le signal. L'installation de conversion d'énergie qui convertit l'énergie thermique en énergie électrique est de préférence un convertisseur thermoélectrique. Le convertisseur thermoélectrique permet une 30 conversion directe de l'énergie thermique en énergie électrique par exemple par un effet de semi-conducteur sans l'intervention de milieux mobiles ou de pièces mécaniques mobiles. Le circuit est en outre un circuit à faible consommation de puissance. 2906026 4 En outre, de manière préférentielle, la réaction chimique générant la chaleur est une conversion de phase notamment une cristallisation. Selon un autre développement préférentiel de l'invention, 5 le capteur comporte de nombreux partenaires de réaction, différents, qui coopèrent avec un fluide ou différents fluides par une réaction générant de l'énergie. De manière préférentielle, le capteur selon l'invention comporte un accumulateur d'énergie avec un moyen de libération et 10 l'accumulateur d'énergie stocke l'énergie dégagée entre le partenaire de réaction et le fluide. Avec une faible quantité d'énergie, par la réaction entre les partenaires de réaction et le fluide, on peut libérer une grande quantité d'énergie. L'accumulateur d'énergie est de préférence un élément à ressort, précontraint ou du gaz sous pression. L'énergie stockée 15 peut alors être utilisée directement ou indirectement pour générer un signal dans le circuit. En outre, de façon préférentielle, le capteur autonome en énergie comporte une première électrode, une seconde électrode et un électrolyte. L'électrolyte est libéré par l'énergie provenant de la réaction 20 entre le partenaire de réaction et le fluide à saisir ou encore l'électrolyte est généré directement par la réaction entre le partenaire de réaction et le fluide. En outre, de façon préférentielle, le capteur comporte un générateur de signal fournissant un signal optique et/ou acoustique. 25 En plus du signal généré par le circuit, cela permet de délivrer un autre signal. La réaction entre le partenaire de réaction et le fluide à saisir se déroule de préférence en plusieurs étapes. De façon préférentielle, l'interface de la mémoire est une 30 interface infrarouge ou une interface optique ou une interface inductive. La lecture des données dans la mémoire peut se faire en outre par exemple par radio. Dessins 2906026 5 La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation préférentiels de l'invention représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un premier exemple de réali- 5 sation d'un capteur autonome en énergie, - la figure 2 est une vue schématique d'un second exemple de réalisation d'un capteur autonome en énergie, - la figure 3 est une vue schématique d'un troisième exemple de réali- sation d'un capteur autonome en énergie selon l'invention, et 10 - la figure 4 est une vue schématique d'un quatrième exemple de réali- sation d'un capteur autonome en énergie selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention En référence à la figure 1, on décrira ciaprès un capteur correspondant à un premier exemple de réalisation de l'invention. 15 Selon la figure 1, le capteur 1 autonome en énergie (ou fonctionnant en autarcie) pour saisir un fluide comprend une installation 4 générant de l'énergie électrique. L'installation 4 générant de l'énergie électrique comporte un partenaire de réaction 2 qui en coopérant avec le fluide 3 à saisir développe une réaction. A la figure 1, on a 20 représenté schématiquement le fluide à saisir 3 par une flèche. Le capteur autonome en énergie 1 comporte en outre un circuit 5 relié par des lignes de liaison 9a, 9b à l'installation 4 générant l'énergie électrique. Le circuit 5 génère un signal en fonction du courant dégagé par l'installation 4. Une installation de transmission 6 équipe en outre le 25 circuit 5 pour transmettre le signal généré vers une unité d'exploitation 7. L'unité d'exploitation 7 comprend à cet effet un récepteur 8 pour recevoir le signal émis. Comme cela apparaît à la figure 1, l'installation de transmission 6 fonctionne sans fil ce qui permet d'utiliser le capteur 1 à 30 un endroit quelconque. L'installation de transmission sans fil 6 est particulière-ment avantageuse car elle ne nécessite ni câble d'alimentation en énergie pour le capteur, ni câble pour la transmission du signal. Un capteur 1, autonome en énergie, sans câble, est ainsi développé qui n'est activé 35 que lorsque arrive un fluide à saisir 3 ; activé par le fluide 3 à saisir il 2906026 6 génère de lui-même l'énergie électrique nécessaire pour fournir un signal correspondant. Le capteur 1 selon l'invention détecte ainsi d'une part un fluide à surveiller et d'autre part en cas de saisie du fluide à surveiller, il fournit l'énergie nécessaire. Le capteur 1 du premier exem- 5 ple de réalisation génère directement de l'énergie électrique par une réaction entre le partenaire de réaction 2 et le fluide 3 à saisir. Le capteur 1 peut être miniaturisé et se réaliser d'une façon particulièrement simple et économique. Selon la figure 2 on décrira ci-après un second exemple 10 de réalisation d'un capteur 1 selon l'invention ; dans cette description on utilisera les mêmes références pour désigner les éléments fonctionnels identiques ou analogues à ceux du premier exemple de réalisation. Selon la figure 2, le capteur 1 autonome en énergie (à fonctionnement en autarcie) du second exemple de réalisation corn- 15 prend une installation 10 générant de la chaleur et une installation de conversion d'énergie 11 pour convertir la chaleur fournie par l'installation 10 en énergie électrique. L'installation 10 générant la chaleur comprend un partenaire de réaction 2 qui en combinaison avec le fluide 3 à saisir (représenté schématiquement par une flèche) produit 20 une réaction exothermique. L'installation de conversion d'énergie 11 est reliée par les lignes de liaison 9a, 9b à un circuit 5. L'utilisation d'une installation 10 pour générer de l'énergie sous forme de chaleur permet de saisir un grand nombre de fluides différents à l'aide du capteur selon l'invention. Le domaine 25 d'utilisation du capteur 1 est ainsi considérablement élargi. En outre, le capteur 1 se fabrique d'une façon relativement économique. Pour le reste cet exemple de réalisation correspond au premier mode de réalisation ce qui permet de se reporter à la description déjà faite. Selon la figure 3 on décrira ci-après un capteur 1 corres- 30 pondant à un troisième exemple de réalisation de l'invention. Les éléments fonctionnels identiques ou analogues portent là encore les mêmes références que dans les exemples de réalisation précédents. Le troisième exemple de réalisation correspond pour l'essentiel au premier exemple de réalisation ; à la différence, que dans 35 le troisième exemple de réalisation, le capteur 1 comporte en plus une 2906026 7 mémoire 12. Selon la figure 3, la mémoire 12 est installée sur le circuit 5. La mémoire 12 comporte en outre une interface 13 pour permettre la transmission de données enregistrées dans la mémoire 12. La flèche 14 caractérise schématiquement un chemin de transmission sans fil vers 5 une unité d'exploitation 7. Le fonctionnement du capteur 1 correspondant au troisième exemple de réalisation est analogue à celui du premier exemple de réalisation ; en cas de contact entre le partenaire de réaction 2 et le fluide 3, l'installation 4 générant de l'énergie électrique fournit directement de l'énergie électrique et ensuite le circuit 5 génère io un signal correspondant. Le signal fourni par le circuit 5 est enregistré dans la mémoire 12. Le signal lu du signal enregistré passe par l'interface 13 qui est par exemple une interface infrarouge. La mémoire 12 pourrait également être lue par exemple par une excitation inductive ou à haute fréquence. 15 Il est également possible dans le troisième exemple de réalisation, de prévoir en plus une installation de transmission sans fil. La mémoire 12 peut être prévue comme installation de sécurité redondante au cas où la transmission sans fil du signal devrait être défectueuse. La mémoire 12 permet également d'enregistrer les signaux 20 générés par le circuit 5 pendant toute la durée d'utilisation du capteur 1 et d'extraire ces signaux par exemple après avoir réussi le démontage du capteur 1 en utilisant l'interface 13. Pour le reste, cet exemple de réalisation correspond aux exemples de réalisation précédents et sera référé à leur description. 25 En référence à la figure 4, on décrira ci-après un capteur 1 correspondant à un quatrième exemple de réalisation de l'invention ; les pièces analogues ou de fonctionnement identique porteront les mêmes références que dans les exemples de réalisation précédents. Le quatrième exemple de réalisation correspond pour l'essentiel au troi- 30 sième exemple de réalisation ; à la différence, à l'endroit d'une installation pour générer directement l'énergie électrique il est prévu une installation 10 générant de la chaleur et une installation de conversion d'énergie 11. On remarque comme dans le troisième exemple de réalisation, on a également une installation de transmission sans fil dans le 35 quatrième exemple de réalisation. 2906026 8 Il est à remarquer que dans les exemples de réalisation représentés, on peut prévoir en variante également un grand nombre de partenaires de réaction 2. Un capteur peut servir par exemple à détecter différents fluides. Un capteur selon l'invention convient en particulier 5 pour saisir des fluides tels que de l'eau ou des milieux gazeux. La possibilité de transmission sans fil donne en outre des applications par exemple pour des pièces rotatives ou des endroits difficilement accessibles, au niveau desquels on ne peut utiliser des capteurs que très difficilement et avec une mise en oeuvre de moyens importants, à cause de 10 la disposition nécessaire des câbles. 15 REVENDICATIONS 1 ) Capteur pour saisir un fluide (3) comprenant : - une installation (4) générant l'énergie électrique ayant au moins un partenaire de réaction (2) qui intervient en commun avec le fluide à saisir (3) dans une réaction et génère directement de l'énergie électrique, - un circuit (5) relié à l'installation (4) générant de l'énergie électrique et qui génère un signal en fonction de l'intensité dégagée par l'installation (4), et - une installation de transmission (6) qui transmet le signal généré par le circuit (5) à une unité d'exploitation (3) et/ou une mémoire (12) avec une interface (13), le signal généré par le circuit (5) pouvant être enregistré dans la mémoire (12) et être lu par l'intermédiaire de l'interface (13). 2 ) Capteur pour saisir un fluide (3) comprenant : - une installation (10) pour générer de l'énergie thermique, l'installation (10) ayant au moins un partenaire de réaction (2) qui en commun avec le fluide (3) à saisir intervient dans une réaction géné- rant de l'énergie sous forme de chaleur, - une installation de conversion d'énergie (11) pour convertir l'énergie calorifique générée en énergie électrique, - un circuit (5) relié à l'installation de conversion d'énergie (11) et qui génère un signal fondé sur l'énergie électrique générée, et - une installation de transmission (6) qui transmet vers une unité d'exploitation (7) le signal généré par le circuit (5) et/ou vers une mémoire (12) avec une interface (13), le signal généré par le circuit (5) pouvant être enregistré dans la mémoire (12) et lu par l'interface (13). 3 ) Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'installation de transmission (6) est une installation de transmission sans fil, utilisant, pour la transmission, notamment l'énergie électrique générée par la saisie du fluide (3). 2906026 i0 4 ) Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'installation de conversion d'énergie est un convertisseur thermoélectrique. 5 5 ) Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la réaction entre le partenaire de réaction (2) et le fluide (3) à saisir lance une phase de conversion notamment une phase de recristallisa-10 tion. 6 ) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs partenaires de réaction (2), différents. 15 7 ) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un accumulateur d'énergie avec un moyen de libération et l'accumulateur d'énergie contient de l'énergie stockée et l'énergie générée entre le partenaire de réaction (2) et le fluide (3) à saisir active le moyen de libération pour libérer l'énergie accumulée dans 20 l'accumulateur d'énergie. 8 ) Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'accumulateur d'énergie est un élément de ressort précontraint ou du 25 gaz sous pression. 9 ) Capteur selon la revendication 1, comprenant en outre une première électrode, une seconde électrode et un électrolyte, l'électrolyte étant libéré par l'énergie générée par la réac- 30 tion entre le partenaire de réaction (2) et le fluide (3) à saisir, ou un électrolyte est généré par la réaction entre le partenaire de réaction (2) et le fluide (3) à saisir lui-même. 10 ) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, 35 caractérisé en ce que 2906026 Il l'interface (13) est une interface infrarouge ou une interface optique ou une interface inductive. 11 ) Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 comprenant en outre un générateur de signal supplémentaire qui émet des signaux optiques et/ou acoustiques. io