Brevet FR3002639A1 — publié le 20140829

Détecteur de gaz avec cheminements de longueur cumulée constante La présente invention concerne un détecteur de gaz comportant : - au moins deux premiers capteurs à ondes acoustiques de surface, avantageusement au moins trois premiers capteurs à ondes acoustiques de surface - un oscillateur commun à chaque premier capteur, propre à générer un signal électrique d'excitation, - au moins une carte électronique comportant des pistes électriques, les premiers capteurs étant montés sur la carte électronique en étant raccordés électriquement à l'oscillateur par le biais de pistes électriques, une sortie de l'oscillateur et une entrée de chaque capteur étant raccordées entre elles par un cheminement électrique d'entrée défini sur les pistes électriques, une sortie de chaque capteur et une entrée de l'oscillateur étant raccordées entre elles par un cheminement électrique de sortie défini sur les pistes électriques. Au sens de la présente invention, un gaz est une espèce chimique ou un mélange d'espèces chimiques dans un flux gazeux. L'invention s'applique à la reconnaissance d'odeurs afin, par exemple, de détecter des dérives dans un processus de fabrication, de contrôler la qualité d'un ingrédient, d'un produit fini ou semi-fini, de reconnaître des objets, de détecter des substances potentiellement dangereuses ou d'identifier des contrefaçons grâce à leur odeur, une odeur étant caractérisée par un gaz particulier, correspondant soit à une espèce chimique particulière, soit à une mélange d'espèces chimiques particulières, éventuellement dans des proportions volumiques données. Pour détecter un gaz représentatif d'une odeur, il est connu d'utiliser un capteur à ondes acoustiques de surface comprenant un générateur d'ondes d'acoustiques de surface, raccordé à un oscillateur. Le générateur d'ondes acoustiques de surface engendre une onde qui passe en regard d'une zone sensible propre à adsorber sélectivement un composé chimique donné. Les caractéristiques de l'onde acoustique, qui dépendent du milieu gazeux présent en regard de la zone sensible, sont alors mesurées. Lorsque le détecteur comprend une pluralité de capteurs à ondes acoustiques, susceptible de détecter plusieurs gaz, il est connu de raccorder chaque capteur à un oscillateur propre à ce capteur. Ceci augmente significativement l'encombrement du détecteur et complique le circuit électrique nécessaire pour la mise en oeuvre du détecteur. US20050275480 décrit un dispositif comprenant une pluralité de résonateurs à ondes acoustiques de surface, disposés en parallèle. Ces résonateurs ont un principe de fonctionnement similaire à celui des capteurs précités. Ce dispositif comprend également un oscillateur commun, propre à générer des signaux électriques de fréquence donnée pour exciter les résonateurs. Il comprend en outre deux interrupteurs disposés de façon à sélectivement relier un seul des résonateurs à l'oscillateur. Chaque interrupteur comporte une entrée propre à acheminer un signal de commande pour sélectionner l'unique résonateur à exciter. Néanmoins, un tel dispositif ne donne pas entière satisfaction. En effet, dans ce dispositif, la résistance, la capacité et l'inductance parasites vues par chaque résonateur sont différentes d'un résonateur à l'autre, puisqu'elles dépendent grandement de chaque cheminement électrique raccordant le résonateur à l'oscillateur. Ceci a pour effet d'altérer significativement le signal en provenance de l'oscillateur en introduisant des déphasages différents d'un capteur à l'autre, ce qui modifie les fréquences de résonances de chaque capteur et nuit aux performances du dispositif. Un but de l'invention est de proposer un détecteur de gaz à capteurs à ondes acoustiques de surface ayant des performances améliorées. A cet effet, l'invention a pour objet un détecteur de gaz du type précité, caractérisé en ce que la longueur cumulée du cheminement électrique d'entrée et du cheminement électrique de sortie est sensiblement identique pour chaque capteur. En effet, la résistance, la capacité et l'inductance parasites sont induites par la résistance, la capacité et l'inductance intrinsèques des pistes électriques. Dans un détecteur de gaz selon l'invention, la résistance, la capacité et l'inductance parasites vues par chacun des capteurs sont sensiblement égales d'un capteur à l'autre, la longueur cumulée des cheminements électriques d'entrée et de sortie entre l'oscillateur et chacun des capteurs étant sensiblement égale d'un capteur à l'autre. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention présente l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toute combinaison techniquement possible : - la longueur du cheminement électrique d'entrée raccordant l'oscillateur à l'un des premiers capteurs est différente de la longueur du cheminement électrique d'entrée raccordant l'oscillateur à un autre des premiers capteurs, la longueur du cheminement électrique de sortie raccordant l'un des premiers capteurs à l'oscillateur étant différente de la longueur du cheminement électrique de sortie raccordant l'autre des premiers capteurs à l'oscillateur ; - les premiers capteurs sont électriquement disposés en série les uns par rapport aux autres, en étant reliés par des pistes électriques inter-capteurs, formant une première série de capteurs ; - le détecteur de gaz comprend un dispositif de sélection pour exciter sélectivement chaque premier capteur par le signal électrique d'excitation par l'intermédiaire du cheminement électrique d'entrée et du cheminement électrique de sortie ; - le dispositif de sélection comprend au moins deux interrupteurs, le dispositif de sélection comportant avantageusement autant d'interrupteurs que de premiers capteurs ; - les interrupteurs sont électriquement disposés en série les uns par rapport aux autres, en étant reliés par des pistes électriques inter-interrupteurs, formant une série d'interrupteurs ; - la série d'interrupteurs est électriquement reliée en parallèle à la série de capteurs, chaque piste inter-capteurs étant reliées à une piste inter-interrupteurs par une piste intermédiaire ; - le détecteur de gaz comprend au moins un deuxième capteur électriquement disposé en parallèle du ou de chaque premier capteur par rapport à l'oscillateur ; - le détecteur de gaz comprend une pluralité de deuxièmes capteurs, les deuxièmes capteurs étant électriquement disposés en série les uns par rapport aux autres, en étant reliés par des pistes électriques inter-capteurs ; - le détecteur de gaz comporte un ensemble de commutation sélective du signal électrique d'excitation, pilotable entre une première configuration d'excitation du ou de chaque premier capteur, sans excitation du ou de chaque deuxième capteur, et une deuxième configuration d'excitation du ou de chaque deuxième capteur, sans excitation du ou de chaque premier capteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma du circuit électrique d'excitation de capteurs à ondes acoustiques de surface dans un premier détecteur de gaz selon l'invention ; et - la figure 2 est un schéma du circuit électrique d'excitation de capteurs à ondes acoustiques de surface dans un deuxième détecteur de gaz selon l'invention. Un premier détecteur de gaz 10 selon l'invention est illustré par la figure 1. Le détecteur 10 est destiné à analyser un flux de gaz pour détecter des molécules représentatives des odeurs présentes dans ce flux de gaz. Le détecteur 10 comprend un premier étage de détection 20. Le détecteur 10 comporte également un oscillateur 30 propre à générer un signal électrique d'excitation. Le détecteur 10 comprend également des cartes électroniques. Les cartes électroniques comportent des pistes électriques. L'oscillateur 30 est électriquement relié au premier étage de détection 20. Le premier étage de détection 20 et l'oscillateur 30 sont électriquement reliés en série. Le premier étage de détection 20 comporte une pluralité de premiers capteurs à ondes acoustiques de surface 40. Le premier étage de détection 20 comprend en outre un dispositif de sélection 50. Chaque capteur 40 comporte une surface active, propre à interagir avec au moins une espèce chimique spécifique. La surface active comporte un substrat en matériau piézoélectrique, sur lequel est déposé un traitement de surface, par exemple en polymère ou en nanocristaux de diamant, propre à adsorber des composés chimiques. Chaque capteur 40 comprend également des contacts d'entrée pour acheminer le signal électrique d'excitation vers le capteur 40, et des contacts de sortie pour acheminer un signal électrique de réponse depuis le capteur 40. Un générateur interdigité d'ondes acoustiques est disposé, par exemple, sur un côté du substrat et un récepteur interdigité est disposé, par exemple, sur un autre côté du substrat. Le générateur interdigité est propre à recevoir le signal électrique d'excitation pour générer une onde acoustique dans le substrat en matériau piézoélectrique du capteur 40. Le récepteur interdigité est propre à convertir une onde acoustique dans le substrat en signal électrique de réponse du capteur 40. Les capteurs 40 sont électriquement reliés en série pour former une première série 60 de capteurs 40. Les capteurs 40 de la série 60 de premiers capteurs 40 sont reliés deux à deux par des pistes électriques inter-capteurs 65. Le dispositif de sélection 50 comprend un actionneur 70 et des interrupteurs 80. L'actionneur 70 est propre à commuter sélectivement chacun des interrupteurs 80 de façon indépendante. Les interrupteurs 80 sont électriquement reliés en série pour former une première série 90 d'interrupteurs 80. Les interrupteurs 80 de la première série 90 d'interrupteurs 80 sont reliés deux à deux par des pistes électriques inter-interrupteurs 95. La première série 90 d'interrupteurs 80 est électriquement reliée en parallèle avec la première série 60 de capteurs 40. De plus, chaque piste inter-interrupteurs 95 est électriquement reliée à une piste inter-capteurs 65, par une piste intermédiaire 97 comme cela apparaît sur les figures. Ainsi, des mailles élémentaires 100 sont définies. Chaque maille élémentaire 100 comprend un capteur 40 et un interrupteur 80. L'oscillateur 30 est électriquement relié en parallèle à la première série 60 de capteurs 40 et à la première série 90 d'interrupteurs 80 par une piste d'entrée 102 commune et par une piste de sortie 104 commune. Comme on le verra plus bas, une entrée 105 de chaque capteur 40 est propre à être raccordée sélectivement à une sortie 106 de l'oscillateur 30 par un cheminement électrique d'entrée. Une sortie 107 de chaque capteur 40 est propre à être raccordée sélectivement à une entrée 108 de l'oscillateur 30 par un cheminement électrique de sortie. En particulier, l'entrée 105 de chaque capteur 40 et la sortie 107 de chaque capteur 40 sont raccordés électriquement au générateur interdigité d'ondes acoustiques du capteur 40 pour recevoir sélectivement un signal électrique d'excitation émis par l'oscillateur 30. Selon l'invention, la longueur cumulée du cheminement électrique d'entrée et du cheminement d'électrique de sortie correspondant à chaque capteur 40 est sensiblement identique pour chaque capteur 40. Cette longueur est par exemple comprise entre 1 cm et 25 cm. Par « sensiblement identique », on entend avantageusement au sens de la présente invention que la différence entre la longueur cumulée du cheminement électrique d'entrée et du cheminement électrique de sortie de chaque capteur 40 et la longueur cumulée moyenne du cheminement électrique d'entrée et du cheminement électrique de sortie prise sur l'ensemble des capteurs 40 est inférieure à 10 %, de préférence inférieure à 5%, en particulier de l'ordre de 1% de la longueur cumulée moyenne du cheminement électrique d'entrée et du cheminement électrique de sortie prise sur l'ensemble des capteurs 40 En fonctionnement, l'oscillateur 30 génère un signal électrique propre à exciter chacun des capteurs 40. Les capteurs 40 sont alors excités séquentiellement. La sélection du capteur 40 à exciter se fait en fermant tous les interrupteurs 80 à l'exception de l'interrupteur 80 de la maille élémentaire 100 dans laquelle se trouve le capteur 40 à exciter. Ainsi, seul le capteur 40 sélectionné est excité, chacun des autres capteurs 40 étant court-circuité par l'interrupteur 80 fermé de sa propre maille élémentaire 100. Pour le capteur 40 situé le plus proche de la sortie 106 de l'oscillateur 30, le cheminement d'entrée est établi à travers la piste d'entrée 102, et à travers une piste de liaison 110 raccordant électriquement la piste d'entrée 102 au capteur 40. Le cheminement de sortie est établi depuis la sortie 107 du capteur 40 à travers une piste inter-capteurs 65, la piste intermédiaire 97 aval de la maille 100, puis successivement à travers chaque piste électrique inter-interrupteurs 95, et chaque interrupteur 80 situé en aval du capteur 40, et enfin, à travers la piste de sortie 104 jusqu'à l'entrée 108 de l'oscillateur 30. Pour chaque capteur 40 intermédiaire, le cheminement d'entrée est établi à travers la piste d'entrée 102, puis à successivement à travers chaque interrupteur 80 et à travers chaque piste électrique inter-interrupteurs 95 située en amont du capteur intermédiaire 40, et à travers la piste intermédiaire 97 raccordée à l'entrée 105 du capteur intermédiaire 40. Le cheminement de sortie est établi à travers la piste inter-capteurs 65 raccordée à la sortie 107 du capteur intermédiaire 40, à travers la piste intermédiaire 97 raccordée à cette piste inter-capteurs 65, puis à travers chaque piste inter-interrupteur 95 et chaque interrupteur 80 situé en aval de la piste intermédiaire 97 jusqu'à la piste de sortie 104. Pour le capteur 40 situé le plus proche de l'entrée 108 de l'oscillateur 30, le cheminement électrique d'entrée passe successivement par la piste d'entrée 102, puis par chaque interrupteur 80 et par chaque piste inter-interrupteurs 95 situés en amont du capteur 40 le plus proche de l'entrée 108, avant d'atteindre l'entrée 105 de ce capteur 40 par une piste intermédiaire 97 raccordée électriquement à l'entrée 105. Le cheminement de sortie est établi depuis la sortie 107 de ce capteur 40 à travers une piste de liaison 112, puis à travers la piste de sortie 104 jusqu'à l'entrée 108 de l'oscillateur 30. La longueur du cheminement d'entrée est donc différente d'un capteur 40 à l'autre, de même que la longueur du cheminement de sortie. La longueur du cheminement d'entrée croit en se déplaçant du capteur 40 situé le plus proche de la sortie 106 de l'oscillateur 30 vers le capteur 40 situé le plus proche de l'entrée 108 de l'oscillateur 30. La longueur du cheminement de sortie décroit de manière correspondante en se déplaçant du capteur 40 situé le plus proche de la sortie 106 de l'oscillateur 30 vers le capteur 40 situé le plus proche de l'entrée 108 de l'oscillateur 30. Une telle architecture garantit que la longueur cumulée des pistes électriques entre l'oscillateur 30 et chaque capteur 40 est sensiblement égale d'un capteur à l'autre. Par exemple, l'écart maximal entre les longueurs cumulées entre un capteur 40 et l'oscillateur 30 et entre un autre capteur 40 et l'oscillateur 30 est inférieur à 5 mm. Un deuxième détecteur de gaz 105 selon l'invention est illustré par la figure 2. Dans le deuxième détecteur 105, un deuxième étage de détection 110 comprenant une pluralité de deuxièmes capteurs 112 est électriquement relié en parallèle de l'oscillateur 30. La structure du deuxième étage de détection 110 est analogue à celle du premier étage de détection 20 et ne sera donc pas décrite en détail. Un premier interrupteur de sélection 120 est électriquement relié en série du premier étage de détection 20. Un deuxième interrupteur de sélection 130 est électriquement relié en série du deuxième étage de sélection 110. Un commutateur général 140 est propre à commuter indépendamment chacun des interrupteurs de sélection 120 et 130. Le commutateur général 140 et les interrupteurs de sélection 120, 130 forment un ensemble 150 de commutation sélective. Le fonctionnement du deuxième détecteur de gaz 105 est analogue à celui du premier détecteur de gaz 10. Par exemple, l'excitation d'un capteur 40 du premier étage de détection 20 se fait en réalisant simultanément, ou séquentiellement selon toute permutation possible, les opérations suivantes : - fermeture de tous les interrupteurs 80 à l'exception de l'interrupteur 80 de la maille élémentaire 100 du capteur 40 à exciter ; - ouverture de l'interrupteur 80 de la maille élémentaire 100 du capteur 40 à exciter ; - fermeture du premier interrupteur de sélection 120 ; - ouverture du deuxième interrupteur de sélection 130. En variante, le nombre d'étages de détection parallèles est supérieur à 2. REVENDICATIONS1.- Détecteur de gaz (10 ; 105) comportant : - au moins deux premiers capteurs (40) à ondes acoustiques de surface, avantageusement au moins trois premiers capteurs (40) à ondes acoustiques de surface - un oscillateur (30) commun à chaque premier capteur (40), propre à générer un signal électrique d'excitation, - au moins une carte électronique comportant des pistes électriques, les premiers capteurs (40) étant montés sur la carte électronique en étant raccordés électriquement à l'oscillateur (30) par le biais de pistes électriques, une sortie (106) de l'oscillateur (30) et une entrée (105) de chaque capteur (40) étant raccordées entre elles par un cheminement électrique d'entrée défini sur les pistes électriques, une sortie (107) de chaque capteur (40) et une entrée (108) de l'oscillateur (30) étant raccordées entre elles par un cheminement électrique de sortie défini sur les pistes électriques, caractérisé en ce que la longueur cumulée du cheminement électrique d'entrée et du cheminement électrique de sortie est sensiblement identique pour chaque capteur (40). 2.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur du cheminement électrique d'entrée raccordant l'oscillateur (30) à l'un des premiers capteurs (40) est différente de la longueur du cheminement électrique d'entrée raccordant l'oscillateur (30) à un autre des premiers capteurs (40), la longueur du cheminement électrique de sortie raccordant l'un des premiers capteurs (40) à l'oscillateur (30) étant différente de la longueur du cheminement électrique de sortie raccordant l'autre des premiers capteurs (40) à l'oscillateur (30). 3.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers capteurs (40) sont électriquement disposés en série les uns par rapport aux autres, en étant reliés par des pistes électriques (65) inter-capteurs, formant une première série (60) de capteurs (40). 4.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de sélection (50) pour exciter sélectivement chaque premier capteur (40) par le signal électrique d'excitation par l'intermédiaire du cheminement électrique d'entrée et du cheminement électrique de sortie. 5.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de sélection (50) comprend au moins deux interrupteurs (80), le dispositif desélection (50) comportant avantageusement autant d'interrupteurs (80) que de premiers capteurs (40). 6.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les interrupteurs (80) sont électriquement disposés en série les uns par rapport aux autres, en étant reliés par des pistes électriques inter-interrupteurs (95), formant une série (90) d'interrupteurs (80). 7.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la série (90) d'interrupteurs (80) est électriquement reliée en parallèle à la série (60) de capteurs (40), chaque piste inter-capteurs (65) étant reliées à une piste inter-interrupteurs (95) par une piste intermédiaire (97). 8.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un deuxième capteur (112) électriquement disposé en parallèle du ou de chaque premier capteur (40) par rapport à l'oscillateur (30). 9.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de deuxièmes capteurs (112), les deuxièmes capteurs (112) étant électriquement disposés en série les uns par rapport aux autres, en étant reliés par des pistes électriques inter-capteurs (65). 10.- Détecteur de gaz (10 ; 105) selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble (150) de commutation sélective du signal électrique d'excitation, pilotable entre une première configuration d'excitation du ou de chaque premier capteur (40), sans excitation du ou de chaque deuxième capteur (112), et une deuxième configuration d'excitation du ou de chaque deuxième capteur (112), sans excitation du ou de chaque premier capteur (40).