Brevet FR3074903A1 — publié le 20190614

Système de détection de particules présentes dans un fluide Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un système de détection de particules présentes dans un fluide. L'invention concerne également un procédé de détection de particules présentes dans un fluide. Etat de la technique Des systèmes de détection de particules présentes dans un fluide sont connus. Ces systèmes sont en général destinés à compter les particules contenues dans un échantillon fluidique. A titre d'exemple, les particules peuvent notamment être des résidus de métaux, des bactéries, des cellules, des minéraux. Certaines solutions antérieures permettent un comptage individuel des particules tandis que d'autres permettent un comptage multiple, c'est-à-dire que plusieurs particules sont comptées simultanément. Les systèmes utilisent en général un conduit dans lequel s'écoule un flux du fluide contenant les particules, une source lumineuse destinée à éclairer une partie du flux de particules et une caméra pour capturer des images. Une unité de traitement est ensuite employée pour traiter les images capturées. Le brevet U56965430B2 décrit un système de détection de particules dans lequel un flux du fluide est injecté dans un tuyau transparent. Une source lumineuse éclaire une section du tuyau et une caméra est positionnée de l'autre côté de sorte que son axe optique soit orienté perpendiculairement au tuyau et passe par le centre du tuyau. L'axe optique de la caméra est donc perpendiculaire à la direction du flux de liquide injecté. Dans cette solution la caméra est placée au milieu des points extrêmes (références 10 et 12 sur la figure du document) des rayons lumineux. Or dans cette configuration, la caméra ne peut détecter convenablement les particules avec une bonne résolution sur toute la section. Le brevet U56765656B2 décrit une autre solution dans laquelle un flux du fluide contenant les particules est injecté dans un tube. A l'extrémité du tube se trouve un hublot transparent positionné transversalement par rapport au flux du fluide injecté. Une source lumineuse applique un éclairage dans le tube à travers le hublot. Une caméra est placée en vis-à-vis du hublot et son axe optique est situé dans la direction du flux du 2 fluide. La caméra capture ainsi une image d'une section du tube, selon sa profondeur de champ. Dans cette solution antérieure, la zone éclairée est profonde. Les particules situées proche du plan de netteté génèrent des petites taches lumineuses qui permettent leur détection. En revanche, les particules situées en dehors de cette zone génèrent des 5 taches étalées qui forment un fond lumineux qui diminue le contraste des particules situées dans la zone de netteté, nuisant à leur détection. Le but de l'invention est de proposer un système de détection permettant d'obtenir un contraste amélioré, donc d'augmenter la performance de détection, et de 10 réduire accessoirement l'apparition des particules sur plusieurs images successives. La solution de l'invention pourra notamment permettre d'éviter de capturer plusieurs images successives avec une même particule. Exposé de l'invention 15 Ce but est atteint par un système de détection de particules contenues dans un fluide, comprenant : - Un conduit agencé pour faire circuler de l'amont vers l'aval, un flux dudit fluide, - Des moyens d'injection dudit fluide dans ledit conduit, agencés pour créer 20 ledit flux dans ledit conduit, - Une source lumineuse, - Une caméra présentant un axe optique, - Ledit conduit comportant au moins un tronçon intermédiaire à section transparente destiné à être traversé par ledit flux suivant au moins une 25 direction d'injection, - Ladite source lumineuse est configurée pour générer une nappe lumineuse à travers ledit tronçon intermédiaire, formant au moins une section d'éclairement dans ledit conduit qui est perpendiculaire à ladite direction d'injection et agencée pour être traversé par ledit flux, 30 - Ladite caméra est agencée pour positionner son axe optique suivant une direction parallèle à ladite direction d'injection et configurée avec une profondeur de champ réglée sur ladite section d'éclairement. Selon une particularité, la caméra est agencée en aval par rapport à ladite section d'éclairement. 3 Selon une autre particularité, le système comporte un dispositif d'homogénéisation du flux dudit fluide injecté dans ledit conduit et agencé dans le conduit en amont de ladite section d'éclairement. Selon une autre particularité, le système comporte un hublot plan agencé 5 perpendiculairement à l'axe optique de la caméra et en aval de ladite section d'éclairement. Selon une autre particularité, le système comporte une lentille, faisant office de hublot, agencée perpendiculairement à l'axe optique de la caméra et en aval de ladite section d'éclairement. 10 Selon une autre particularité et de manière non limitative, le conduit peut être réalisé suivant un axe rectiligne. Selon une autre particularité, le conduit peut présenter au moins une entrée agencée dans l'axe dudit conduit ou suivant une direction radiale, en amont de la section d'éclairement. 15 Selon une autre particularité, le conduit comporte au moins une sortie en aval de la section d'éclairement et orientée radialement par rapport à l'axe du conduit. Selon une autre particularité, le conduit peut présenter une extrémité biseautée et une pièce formant une chambre intermédiaire entre l'extrémité biseautée du conduit et ladite sortie. 20 Selon une autre particularité, la source lumineuse est une diode laser. Selon une autre particularité, le conduit comporte une section interne circulaire. Selon une autre particularité, la caméra est avantageusement configurée avec un temps d'intégration égal à la période d'acquisition des images. Selon une autre particularité, le système comporte une unité de traitement 25 connectée à la caméra, configurée pour traiter des images capturées par ladite caméra. L'invention concerne également un procédé de détection de particules contenues dans un fluide, ledit procédé étant mis en oeuvre à l'aide du système tel que défini ci-dessus, ledit procédé comportant des étapes de : 30 - Injection d'un flux dudit fluide dans ledit conduit, - Génération de la section d'éclairement perpendiculairement audit flux de fluide par activation de la source lumineuse, - Actionnement de la caméra pour capturer plusieurs images successives de ladite section d'éclairement lors du passage du flux à travers ladite section 35 d'éclairement. 4 Selon une particularité, le procédé comporte une étape de traitement desdites images capturées par la caméra. Selon un aspect de l'invention, la faible épaisseur de la nappe lumineuse permet 5 de limiter les phénomènes de coïncidences (problème de deux particules qui se suivent sur la même trajectoire) et de limiter le bruit de fond. En effet, les particules qui sont en dehors de la zone éclairée sont hors champ, ne sont pas visibles et ne viennent pas perturber la détection. 10 Selon un aspect avantageux de l'invention, l'éclairage effectué uniquement dans une nappe lumineuse permet d'augmenter le contraste, donc la performance de détection, et de réduire accessoirement l'apparition des particules sur plusieurs images successives. 15 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels : - Les figures 1A et 1B représentent de manière schématique le système de détection de l'invention ; 20 - Les figures 2A à 2D illustrent différentes variantes de réalisation du système de détection de l'invention ; - La figure 3 représente de manière schématique une image telle que capturée par la caméra du système de détection de l'invention ; 25 Description détaillée d'au moins un mode de réalisation Dans la suite de la description, les termes "amont" et "aval" sont à considérer en tenant compte du sens du flux de fluide injecté dans le conduit du système de détection de l'invention. Dans la suite de la description : 30 - Par le terme "transparent", on entend un matériau permettant de laisser passer au moins 80% d'un flux lumineux. De manière non limitative, il peut s'agir d'un matériau de type verre (par exemple Pyrex - marque déposée), Polyméthacrylate de Méthyle (PMMA) ou autre matériau équivalent ; - Par le terme opaque, on entend qui ne laisse pas passer la lumière ou un 35 faible flux lumineux ; - Par fluide, on entend un gaz ou un liquide ; 5 - Par particules, on entend, de manière non limitative, des résidus de métaux, des bactéries, des cellules, des minéraux ou tout autre type de particules ; De manière générale, le système de détection présente les caractéristiques 5 suivantes : - Le système de détection de l'invention comporte un conduit 1 ; - Le conduit 1 peut comporter plusieurs tronçons 10, 11, 12 mis bout à bout, au moins l'un des tronçons, (dit tronçon intermédiaire) étant à section transparente pour laisser passer un flux lumineux ; 10 - Le système de détection comporte une source lumineuse 5 émettant à travers ledit tronçon intermédiaire pour créer une nappe lumineuse ou un rideau lumineux sur une section du conduit, formant une section d'éclairement ; - La section d'éclairement S est la seule éclairée ; 15 - Un flux fluidique est injecté dans ledit conduit 1, de manière à traverser ladite section d'éclairement ; - Le flux fluidique est généré de sorte que les particules traversent la section d'éclairement suivant une trajectoire rectiligne ; - Une caméra 7 est placée de sorte que son axe optique soit perpendiculaire 20 à la section d'éclairement et donc parallèle à la direction des particules qui traversent la section d'éclairement ; - La caméra 7 est réglée pour capturer des images successives de la section d'éclairement ; 25 En référence aux figures annexées et de manière non limitative, le système peut comporter l'architecture décrite ci-dessous. Le conduit 1 ou partie du conduit destinée à la détection des particules est choisi droit, c'est-à-dire qu'il présente un axe (X) rectiligne. Le conduit comporte au moins deux tronçons 10, 12 et un tronçon intermédiaire 30 11 ayant une section transparente et situé entre les deux tronçons 10, 12. De manière non limitative, les deux tronçons 10, 12 peuvent être à section opaque. Les deux tronçons peuvent être fabriqués en inox et le tronçon intermédiaire 11 dans un matériau transparent. Ces trois tronçons sont assemblés et fixés bout à bout. 35 Le tronçon intermédiaire 11 peut être formé d'un anneau transparent fixé entre deux autres tronçons 10, 12 et présentant un diamètre interne D. De manière non 6 limitative, le conduit 1 peut présenter un diamètre interne (égal à D) qui est constant sur toute sa longueur, même à l'interface entre deux tronçons successifs. Cependant, il est possible d'envisager que le tronçon 12 présente un diamètre variable. Ce tronçon 12 peut également présenter un diamètre interne inférieur au diamètre D présent au niveau 5 du tronçon intermédiaire 11, permettant ainsi de limiter la lumière diffusée à l'interface par l'anneau transparent. En variante de réalisation, le conduit 1 peut être choisi dans un matériau transparent sur toute sa longueur, celui-ci étant peint ou recouvert d'un revêtement opaque pour former deux parties opaques correspondant aux deux tronçons 10, 12 10 évoqués ci-dessus, une section du conduit de longueur non nulle, située entre les deux parties opaques, étant laissée transparente pour former le tronçon intermédiaire 11. Le tronçon intermédiaire 11 forme ainsi un hublot transversal. Le tronçon intermédiaire 11 peut présenter une longueur égale à lOmm. Le conduit peut être placé dans une enceinte sombre de manière à obtenir un 15 meilleur contraste et ainsi être protégé de toute lumière parasite. Le conduit peut être réalisé dans un matériau transparent sur toute sa longueur. Le conduit 1 peut présenter deux extrémités, dites première extrémité et deuxième extrémité. 20 Ce conduit 1 peut présenter au moins une entrée fluidique IN et au moins une sortie fluidique OUT. Son entrée fluidique IN peut être située à proximité de sa première extrémité et sa sortie fluidique OUT à proximité de sa deuxième extrémité. De manière non limitative, par rapport à son axe (X), l'entrée fluidique du conduit est axiale et sa sortie fluidique OUT est radiale. De manière pratique, la sortie fluidique 25 OUT peut être orientée vers le haut pour évacuer au maximum les bulles d'air. Par son entrée fluidique IN, ledit conduit 1 est destiné à recevoir un flux d'un fluide 2 contenant les particules 3 à détecter. Le conduit 1 peut présenter une section interne circulaire constante sur toute sa longueur afin d'obtenir un flux le plus homogène possible. De manière non limitative, 30 le conduit peut présenter un diamètre D interne égal à 22mm. De manière non limitative, le système peut comporter un réservoir 40 sur lequel est reliée ladite entrée du conduit. L'échantillon fluidique à analyser est alors placé dans ledit réservoir. Bien entendu, toute autre solution pourrait être envisagée, telle que l'emploi d'un circuit fluidique permettant un écoulement en continu. 35 Le système comporte des moyens d'injection d'un flux du fluide à injecter dans le conduit, par son entrée. 7 De manière non limitative, les moyens d'injection peuvent comporter une pompe 41 connectée sur l'entrée fluidique IN pour pousser le fluide ou sur la sortie OUT du conduit 1 pour aspirer le fluide 2 (comme sur la figure 1). Toute autre solution d'injection du flux peut être envisagée. Un réservoir 42 situé en aval de la pompe 41 peut 5 être prévu pour récolter l'échantillon après son passage dans le conduit 1. Le flux généré dans le conduit 1 se déplace globalement suivant une direction d'injection (flèche F1) définie comme rectiligne qui est parallèle à l'axe (X) du conduit et suivant un sens d'injection allant de l'entrée vers la sortie du conduit. La direction 10 d'injection est par exemple confondue avec l'axe (X) du conduit 1. Selon un aspect de l'invention, le système de détection comporte une source lumineuse 5. Cette source lumineuse 5 est configurée pour créer un rideau lumineux ou nappe lumineuse 50 traversant ledit tronçon intermédiaire 11, formant dans le conduit 1 15 au moins une section d'éclairement S transversale. La nappe lumineuse 50 présente une épaisseur la plus faible possible (par exemple comprise entre 0,5 et 1 mm) pour idéalement n'être traversé qu'une seule fois par une particule présente dans le flux fluidique injecté dans le conduit 1. La source lumineuse 5 doit être configurée pour que son faisceau soit fin et 20 évasé de manière à traverser toute la section du conduit. Ladite source lumineuse 5 peut être une diode laser créant ledit rideau lumineux 50 à l'intérieur du conduit. Ladite diode laser peut émettre à une longueur d'onde de 405 nm et fournir une puissance de 150 mW. Plusieurs sources lumineuses peuvent être employées. Ces différentes sources 25 peuvent émettre à des longueurs d'onde différentes. Des filtres peuvent notamment être ajoutées au niveau des sources lumineuses employées. La section d'éclairement S créée dans le conduit 1 correspond à la section interne du conduit. Elle est donc avantageusement circulaire et présente un diamètre interne égal au diamètre interne D du conduit 1. 30 La longueur du conduit, l'emplacement de l'entrée IN et de la sortie OUT sont choisis de manière à faire en sorte que le flux de fluide 2 injecté permette aux particules de suivre le plus possible une trajectoire rectiligne à travers la nappe lumineuse 50. Cependant, il faut comprendre que certaines contraintes techniques peuvent notamment 35 obliger à agencer les éléments de manière particulière. 8 Le système peut comporter une section pleine d'extrémité transparente, formant un hublot 6 transparent et agencée parallèlement à ladite section d'éclairement S dans l'axe du conduit 1 et en aval de ladite section d'éclairement S. Ce hublot 6 transparent peut être un disque plan comme sur les figures 2A, 2B et 2D ou un dispositif 5 optique comprenant au moins une lentille comme sur la figure 20. La lentille 60 peut être de type plan convexe et permet d'obtenir une image plus nette. Le disque plan peut être d'un diamètre de 40mm et d'une épaisseur de 8mm. Le hublot 6 vient obturer l'extrémité du conduit 1. 10 Le système comporte une caméra 7 destinée à capturer des images successives de la section d'éclairement S. Selon un aspect particulier de l'invention, la caméra 7 est positionnée de sorte que son axe optique soit situé dans une direction perpendiculaire au plan médian de la section d'éclairement S et donc de la nappe lumineuse 50. 15 La caméra 7 est avantageusement positionnée en aval de la section d'éclairement S et à l'extérieur du conduit 1. Elle est agencée de sorte que son axe optique traverse en premier lieu le hublot 6 transparent situé du côté de la sortie du conduit et se dirige ensuite sur la section d'éclairement S. Elle est agencée de sorte que son axe optique suive une direction perpendiculaire au plan médian formé par le hublot 20 6. La caméra 7 est ensuite réglée avec une profondeur de champ adaptée pour acquérir des images de toute la section d'éclairement S. Par ailleurs, on comprend qu'il est nécessaire d'éviter que des particules 3 25 puissent traverser la section d'éclairement S sans être capturées par la caméra 7. De manière avantageuse, la caméra 7 est ainsi réglée avec un temps d'intégration qui doit être égal à la période d'acquisition des images, elle-même égale à l'inverse du « frame rate » (c'est-à-dire un nombre d'images par seconde). Avec ce réglage, les intervalles de prise d'image sont jointifs. Cela permet de garantir qu'une particule ne puisse 30 traverser la nappe lumineuse pendant une période dite "aveugle", c'est-à-dire une période où aucune image de la section d'éclairement ne serait capturée (ce cas pouvant se produire si le temps d'intégration était choisi inférieur à la période d'acquisition). Le réglage du "f rame rate" pourra être effectué en fonction de la vitesse du flux, cette vitesse dépendant bien entendu de la puissance de la pompe 41 employée, mais 35 également du niveau de viscosité du fluide 2 et des frottements du fluide contre la surface interne du conduit 1. 9 Selon une particularité, l'épaisseur de la nappe lumineuse présente également une influence pouvant s'expliquer par le raisonnement ci-dessous : Lors du passage d'une particule à la vitesse V à travers la nappe lumineuse, 5 définie avec une épaisseur h, celle-ci génère une impulsion lumineuse dont la durée est h / V. La puissance lumineuse de l'impulsion est indépendante de sa vitesse. La caméra prend des images avec des périodes d'intégrations temporellement jointives de durée T. Celles-ci ne sont pas synchronisées avec les impulsions générées par les particules. Pour une particule d'une efficacité de diffusion donnée (diffusion liée à la nature de la 10 particule et sa taille), le signal enregistré dans une image est proportionnel au temps pendant lequel il y a recouvrement entre l'impulsion lumineuse et l'intervalle d'intégration de la caméra. Pour enregistrer le même signal maximal dans tous les cas, il faut que l'intervalle d'intégration soit toujours compris dans la durée de l'impulsion, ce qui est satisfait pour un temps d'intégration deux fois plus court que l'impulsion lumineuse, soit 15 T REVENDICATIONS1. Système de détection de particules contenues dans un fluide (2), comprenant : - Un conduit (1) agencé pour faire circuler de l'amont vers l'aval, un flux dudit fluide, - Des moyens d'injection dudit fluide (2) dans ledit conduit, agencés pour créer ledit flux dans ledit conduit (1) suivant au moins une direction d'injection, - Une source lumineuse (5), - Une caméra (7) présentant un axe optique, - Caractérisé en ce que : - Ledit conduit comporte au moins un tronçon intermédiaire (11) à section transparente destiné à être traversé par ledit flux suivant au moins une direction d'injection, - Ladite source lumineuse est configurée pour générer une nappe lumineuse à travers ledit tronçon intermédiaire (11), formant au moins une section d'éclairement (S) dans ledit conduit qui est perpendiculaire à ladite direction d'injection, - Ladite caméra (7) est agencée pour positionner son axe optique suivant une direction parallèle à ladite direction d'injection et configurée avec une profondeur de champ réglée sur ladite section d'éclairement (S). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra (7) est agencée en aval par rapport à ladite section d'éclairement (S). 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'homogénéisation (8) du flux dudit fluide (2) injecté dans ledit conduit (1) et agencé dans le conduit (1) en amont de ladite section d'éclairement. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un hublot plan (6) agencé perpendiculairement à l'axe optique de la caméra (7) et en aval de ladite section d'éclairement (S). 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une lentille (60), faisant office de hublot, agencée perpendiculairement à l'axe optique de la caméra (7) et en aval de ladite section d'éclairement (S). 14 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit est réalisé suivant un axe rectiligne sur toute sa longueur. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conduit présente au moins une entrée (IN) agencée dans l'axe dudit conduit ou suivant une 5 direction radiale, en amont de la section d'éclairement (S). 8. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le conduit comporte au moins une sortie (OUT) en aval de la section d'éclairement (S) et orientée radialement par rapport à l'axe du conduit. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit (1) 10 présente une extrémité biseautée (9) et une pièce (90) formant une chambre intermédiaire entre l'extrémité biseautée (9) du conduit et ladite sortie (OUT). 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la caméra est configurée avec un temps d'intégration égal à la période 15 d'acquisition des images. 11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la source lumineuse est une diode laser. 12. Système selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le conduit comporte une section interne circulaire. 20 13. Système selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de traitement (UC) connectée à la caméra (7), configurée pour traiter des images capturées par ladite caméra (7). 14. Procédé de détection de particules contenues dans un fluide, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à l'aide du système tel que 25 défini dans l'une des revendications 1 à 13, et en ce qu'il comporte des étapes de : - Injection d'un flux dudit fluide (2) dans ledit conduit (1), - Génération de la section d'éclairement (S) perpendiculairement audit flux de fluide par activation de la source lumineuse (5), 30 - Actionnement de la caméra (7) pour capturer plusieurs images successives de ladite section d'éclairement (S) lors du passage du flux à travers ladite section d'éclairement (S). 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de traitement desdites images capturées par la caméra (7).35