Brevet FR3064352A1 — publié le 20180928

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de capteur pour saisir les conditions d'environnement, notamment pour des applications agricoles ayant au moins un capteur d'environnement, notam- ment un capteur de température, un capteur d'humidité de l'air ou un capteur de polluants, une installation de ventilation commandée associée au capteur d'environnement pour le ventiler si nécessaire avec l'air ambiant et une installation d'exploitation reliée en transmission de signaux avec le capteur d'environnement. L'invention a également pour objet un procédé de gestion d'un tel dispositif de capteur. Etat de la technique Les dispositifs de capteur et leur procédé de gestion sont connus selon l'état de la technique. Les conditions de l'environnement tels que l'air, par exemple la température, l'humidité relative ou abso- lue, la teneur en dioxyde de carbone ou d'autres composants de l'air ou polluants peuvent être décelés de différentes manières à l'aide de capteurs. La difficulté de la mesure est toutefois que l'analyse de l'air ne se fait que dans une zone très petite et que l'on risque ainsi que des varia- tions des conditions locales se traduisent par de fausses conclusions concernant les conditions liées à la composition totale. En particulier, cela apparaît à l'exemple de la température. Un capteur de température de l'air ambiant mesure en général sa propre température (à l'exception de capteurs de température fonctionnant selon le principe des mesures de rayonnement infrarouge). Mais néanmoins on suppose que les cap- teurs de température sont à l'équilibre thermique avec l'air ambiant. Dans ces conditions, il n'y a pas d'échange de chaleur. Mais si le rayonnement solaire arrive sur le capteur d'environnement, la lumière est absorbée et chauffe le capteur. Par conséquence, il y a alors de nou- veau un échange de chaleur avec l'air ambiant jusqu'au rétablissement de l'équilibre entre le capteur et l'air. Pour cela, il n'est pas nécessaire que le capteur d'environnement soit exposé directement à la lumière solaire ; il suffit que le capteur d'environnement se trouve à l'ombre et reçoit du rayonnement infrarouge. Ce rayonnement thermique influence le résultat de la mesure. De plus, l'air enveloppant le capteur 3064352 2 d'environnement n'est pas toujours à la même température que celle de l'air que l'on mesure effectivement ; en particulier, les données constructives peuvent limiter l'échange d'air à un niveau très faible. On aura ainsi une sorte de microclimat au niveau du capteur de température. 5 Dans le cas présent, un capteur d'environnement est une unité formée d'au moins un élément de capteur d'un boîtier pour l'élément de capteur ainsi que d'un circuit pour le fonctionnement de l'élément de capteur qui est notamment réalisé sous la forme d'une carte de puissance ou d'une plaque ou comporte un tel moyen et en option un accumula- 10 teur d'énergie électrique pour alimenter l'élément de capteur ou capteur d'environnement. En pratique, on aura des effets d'élévation de température ou de refroidissement décalés dans le temps. C'est pourquoi il est connu de ventiler de manière active le capteur de température pour que le résultat de la mesure ne soit pas faussé. 15 Dans le cas d'une installation de ventilation équipée d'un ventilateur électrique, cela permet d'améliorer la ventilation du capteur de température. En particulier, cela permet le cas échéant de faire circuler de l'air à la température ambiante effective en direction du capteur d'environnement pour que l'air chauffé au niveau du capteur 20 d'environnement soit remplacé par de l'air "frais" évitant que ne se dé- veloppe un microclimat. En outre, on connaît des capteurs d'environnement qui mesurent le rayonnement solaire. Il existe différents types de capteurs qui génèrent des valeurs de mesure ; dans la majorité des cas, ces va- 25 leurs de mesure ne correspondent qu'à une fraction du rayonnement solaire émis ou ne reçoivent que des spectres dans des bandes très étroites. C'est ainsi que pour détecter le rayonnement solaire on peut, par exemple, utiliser des installations de conversion d'énergie, des photodiodes ou aussi des diodes LED. L'intérêt d'un tel capteur 30 d'environnement est, par exemple, de déterminer les heures de rayon- nement solaire pour obtenir des valeurs utiles pour la croissance des plantes en ce que l'on mesure les valeurs du rayonnement dans le domaine de l'ultraviolet ou encore on détermine de manière indépendante de l'énergie potentiellement disponible selon les modules solaires. 3064352 3 Une installation d'exploitation permet d'exploiter les signaux de sortie générés par le capteur de champ environnant respectif ou un élément de capteur ou un élément de guidage pour saisir la température effective ou le cas échéant commander l'installation de ventila- 5 tion. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif de cap- teur pour saisir les conditions de l'environnement, notamment pour des applications agricoles comportant au moins un capteur 10 d'environnement, notamment un capteur de température, un capteur d'humidité de l'air ou un capteur de polluants ayant une installation de ventilation commandée, associée au capteur d'environnement pour ventiler celui-ci le cas échéant avec l'air ambiant et une électronique d'exploitation ayant au moins un capteur d'environnement relié par une 15 liaison de transmission de signaux, au moins une installation de con- version d'énergie pour convertir l'énergie de rayonnement en énergie électrique et une installation de ventilation à fonctionnement électrique, l'installation de conversion d'énergie étant reliée par un premier commutateur à l'électronique d'exploitation, ce dispositif de capteur étant 20 caractérisé en ce que l'électronique d'exploitation exploite le rayonne- ment incident solaire saisi par l'installation de conversion d'énergie. Le dispositif de capteur selon l'invention a l'avantage qu'une installation de conversion d'énergie transforme l'énergie du rayonnement, notamment la lumière solaire en l'énergie électrique 25 comme le font notamment une ou plusieurs cellules solaires en étant reliées à l'installation de ventilation électrique. Le dispositif de capteur comporte ainsi en plus du capteur d'environnement, l'installation de conversion d'énergie servant à convertir en énergie électrique, le rayonnement ou l'énergie solaire. L'énergie est utilisée pour alimenter 30 l'installation de ventilation électrique et pour gérer en outre l'installation de conversion d'énergie servant à saisir le rayonnement solaire incident et ainsi, par exemple, corriger le signal de sortie du capteur d'environnement ou du capteur de champ environnant. Globalement on aura un dispositif de capteur qui, d'une part, fournit un 3064352 4 résultat de mesure précis et d'autre part, n'est pas lié à une source de courant externe. Selon un développement préférentiel de l'invention, le capteur d'environnement notamment avec au moins un élément de cap- 5 teur placé dans le chemin de passage de la veine d'air générée par l'installation de ventilation. Cela garantit qu'au démarrage de l'installation de ventilation, l'air entourant le capteur de champ et le cas échéant également l'air chauffé seront remplacés par de l'air frais par l'installation de ventilation. 10 Suivant une autre caractéristique avantageuse, le dispo- sitif de capteur comporte au moins un accumulateur d'énergie rechargeable relié à au moins une installation de conversion d'énergie et/ou à l'installation de ventilation. L'accumulateur d'énergie peut, notamment stocker provisoirement l'énergie électrique générée par l'installation de 15 conversion d'énergie et ensuite, si nécessaire, permettre d'utiliser l'installation de ventilation. Comme la durée de mesure pour déterminer la température est relativement réduite, on peut utiliser le temps compris entre les instants auxquels on fait les mesures pour recharger l'accumulateur d'énergie, ce qui se traduit globalement par une utilisa- 20 tion optimale de l'énergie. Suivant une autre caractéristique, l'installation de conversion d'énergie est branchée par au moins un premier commutateur commandé, à l'installation de ventilation et à l'accumulateur d'énergie. La liaison électrique entre l'installation de conversion d'énergie et 25 l'installation de ventilation ou l'accumulateur d'énergie se réalise ainsi d'une manière simple et permet l'opération inverse. En particulier, le commutateur est relié à l'installation d'exploitation pour être commandé par celle-ci. Selon un développement préférentiel de l'invention, 30 l'installation de ventilation est reliée électriquement à l'accumulateur d'énergie par au moins un second commutateur commandé. Ainsi, on a une commande simple de l'installation de ventilation, notamment du moteur électrique de l'installation de ventilation. Le second interrupteur est, de préférence, relié électriquement ou en technique de transmission 35 du signal à l'installation d'exploitation pour permettre une commande 3064352 5 simple. Le premier et le second commutateurs peuvent ainsi également être réalisés comme des commutateurs mécaniques ou des commutateurs électriques que l'on peut couper, en particulier un commutateur semi-conducteur. 5 En outre, suivant une caractéristique préférentielle, au moins un élément du capteur d'environnement est sur une plaque de circuit en étant relié à l'électronique d'exploitation se trouvant notamment sur la même plaque de circuit. L'électronique d'exploitation peut ainsi se trouver sur la même plaque de circuit qu'au moins un élément 10 de capteur ou encore sur une plaque de circuit distincte. Il est impor- tant que le capteur d'environnement ou l'élément de capteur et l'électronique d'exploitation soient reliés pour exploiter les signaux de sortie du capteur d'environnement. Le premier ou le second commutateur sont de préférence également installés sur la plaque de circuit du 15 capteur d'environnement et/ou de l'électronique d'exploitation. En par- ticulier, les commutateurs sont intégrés dans l'électronique d'exploitation. Selon un développement préférentiel de l'invention, l'installation de conversion d'énergie est reliée à l'électronique 20 d'exploitation par le premier commutateur ce qui se fait par une liaison, notamment de transmission de signaux permettant à l'électronique d'exploitation de saisir et d'exploiter le rayonnement solaire incident reçu par l'installation de conversion d'énergie. Cela permet, par exemple, de compenser la température mesurée par le capteur d'environnement. 25 L'invention a également pour objet un procédé de gestion d'un dispositif de capteur dans lequel l'installation de conversion d'énergie, est relié à l'électronique d'exploitation pour capter le rayonnement solaire incident et à l'installation de ventilation pour ventiler le capteur d'environnement, et l'installation de conversion d'énergie, étant 30 reliée par un premier commutateur à l'électronique d'exploitation, ce procédé étant caractérisé en ce que l'électronique d'exploitation exploite le rayonnement solaire incident reçu par l'installation de conversion d'énergie. En d'autres termes, ce procédé se caractérise en ce que 35 l'installation de conversion d'énergie recevant le rayonnement solaire est 3064352 6 relié à l'électronique d'exploitation et à l'installation de ventilation pour ventiler le capteur d'environnement. En particulier, il est prévu de saisir le rayonnement solaire incident et de commander l'installation de ventilation à des moments différents et ainsi d'une manière non simultanée. 5 Si l'accumulateur d'énergie est chargé suffisamment, l'installation de conversion d'énergie peut être reliée directement à l'installation de ventilation ou au moteur électrique de l'installation de ventilation, permettant ainsi un refroidissement permanent du capteur d'environnement. Si l'état de charge de l'accumulateur d'énergie est en-dessous d'une va- 10 leur limite prédéfinie, on relie de préférence l'installation de conversion d'énergie à l'accumulateur d'énergie pour recharger ce dernier. De façon préférentielle, selon la demande, on règle l'un des trois états différents : dans un premier état on fait fonctionner le moteur électrique avec l'installation de conversion d'énergie, notamment au moins une cellule 15 solaire. Dans le second état on recharge l'accumulateur d'énergie avec l'installation de conversion d'énergie. Dans le troisième état on mesure / saisit la luminosité ou le rayonnement solaire incident. Suivant une autre caractéristique avantageuse, dans un premier intervalle d'un passage de mesure, on recharge l'accumulateur 20 d'énergie à l'aide de l'installation de conversion d'énergie pour que dans le second intervalle de temps, suivant de la phase de mesure, on commande l'installation de ventilation pour ventiler le capteur d'environnement avec de l'air frais et qu'à la fin du second intervalle de temps, on aura un signal de sortie en option du capteur 25 d'environnement et en option l'installation de conversion d'énergie est saisie et exploitée. Ainsi, on peut prévoir, tout d'abord la recharge de l'accumulateur d'énergie avec le signal de sortie du capteur de champ environnant en commandant l'installation de ventilation et en l'activant pour refroidir le capteur d'environnement ou l'envelopper avec de l'air 30 frais qui est à la température correspondant effectivement à la tempéra- ture extérieure. De façon préférentielle, on surveille l'évolution de la tem- pérature mesurée et on suppose que si l'on n'observe pas de variation de la température, la température ainsi mesurée correspond à la tempé- 35 rature ambiante. Cela peut servir, par exemple, pour déclencher et arrê- 3064352 7 ter la ventilation ou la neutraliser ou encore pour utiliser la valeur mesurée de la température comme valeur de la température ambiante. Ainsi on réduit au minimum la durée de fonctionnement de l'installation de refroidissement et on optimise la consommation 5 d'énergie. Dans ces conditions, la durée de la ventilation sera, par exemple, plus courte la nuit que le jour sous un plus fort rayonnement solaire incident. De façon préférentielle, ce n'est qu'après avoir constaté que la température mesurée correspond à la température ambiante que l'on saisit et que l'on exploite le signal de sortie fourni par le capteur 10 d'environnement. Cela garantit que le capteur d'environnement saisira la température effective de l'air et/ou l'humidité ou une caractéristique analogue et améliore ainsi le résultat de la mesure. D'une manière particulièrement préférentielle, la mesure sera faite plusieurs fois, notamment régulièrement par exemple, toutes 15 les dix minutes, ce qui garantit une mesure avantageuse sans donner de résultat de mesure qui serait influencé par le rayonnement solaire incident. Dessin La présente invention sera décrite ci-après, de manière 20 plus détaillée à l'aide d'un dispositif de capteur et de son procédé de gestion représenté dans le dessin dans lequel la figure unique représente de façon simplifiée un dispositif de capteur pour saisir les conditions de l'environnement. Description de modes d'un mode de réalisation de l'invention 25 La figure montre un dispositif de capteur 1 pour saisir les conditions d'environnement, notamment la température de l'environnement, l'humidité de l'air, la teneur en dioxyde de carbone, la teneur en polluants ou des paramètres analogues. Le dispositif de capteur 1 comporte à cet effet un capteur d'environnement 2 avec un élé- 30 ment de capteur 2' logé dans un boîtier 3. Dans le présent exemple de réalisation, le capteur d'environnement 2 est réalisé sous la forme d'un capteur de température ; l'élément de capteur 2' est alors un capteur de température. Le boîtier 3 forme un canal de guidage d'air 4 logeant l'élément de capteur d'environnement 2'. 3064352 8 L'élément de capteur 2' est relié dans le sens de la transmission des signaux à une électronique d'exploitation 5 sous la forme d'un microprocesseur. Tous deux sont reliés à un accumulateur d'énergie 6 rechargeable alimentant le dispositif de capteur 1 en énergie 5 électrique. Le dispositif de capteur 1 comporte également une installation de conversion d'énergie 7 constituée ici par une cellule solaire reliée par deux commutateurs 8, 9 à l'électronique d'exploitation 5 et à l'installation de ventilation 10. 10 L'installation de ventilation 10 comporte un moteur élec- trique 11 relié à un rotor de ventilateur 12. Le rotor de ventilateur 12 est, par exemple, installé sur l'arbre de sortie du moteur électrique 11. Le rotor 12 se trouve ainsi dans le canal d'air 4 et génère un courant d'air à travers le canal 4 lorsque le moteur électrique 11 est alimenté. 15 L'air est ainsi aspiré par l'entrée d'air 13 en amont du capteur pour être expulsé par la sortie d'air 14 en aval du capteur 2. L'électronique d'exploitation 5 est installée sur une plaque de circuit 15 du capteur d'environnement 2 portant également le microprocesseur et une électronique d'exploitation 16, distincte, en op- 20 tion, pour déterminer le rayonnement solaire en étant reliée électrique- ment. Dans la position représentée des commutateurs 8 et 9, le moteur électrique 11 est alimenté en énergie électrique générée par la cellule solaire de l'installation de conversion d'énergie 7 de sorte que le 25 rotor de ventilateur 12 tourne et génère le courant d'air comme cela a été décrit ci-dessus. Le capteur d'environnement 2 est ainsi enveloppé par l'air ambiant qui ensuite arrive sur le moteur électrique 11. Le moteur électrique 11 est ainsi ventilé en plus et l'air n'est réchauffé qu'après la mesure. Le fait que le moteur électrique 11 se trouve dans la 30 veine d'air n'est toutefois pas indispensable. Il est avantageux que seulement une partie de la plaque de circuit 15 avec l'élément de capteur 2' soit exposée à la veine d'air. Il n'est toutefois pas indispensable que le ou les éléments de capteur 2' se trouvent sur la même plaque de circuit 15 que le restant de 35 l'électronique du dispositif de capteur 1. On peut ainsi envisager, par 3064352 9 exemple, que le capteur d'environnement 2, notamment le capteur de température du capteur d'environnement 2 soit relié par un câble à la plaque de circuit 15. L'élément de capteur 2' est relié à l'électronique 5 d'exploitation qui détermine également le rayonnement solaire. Si l'on fait passer les commutateurs 8, 9 de leur position représentée, dans leur autre position, la cellule solaire sera reliée à l'électronique d'exploitation pour déterminer le rayonnement solaire incident et fournir une mesure correspondante. Il est avantageux que la mesure du 10 rayonnement solaire incident et de la ventilation ne se fassent pas si- multanément. Les commutateurs ou interrupteurs 8, 9 peuvent égale- ment se trouver sur la plaque de circuit 15 et relier le moteur électrique 11. Les commutateurs 8, 9 sont notamment commandés par 15 l'électronique de commutation. L'alimentation électrique des composants du dispositif de capteur 1 est assurée par l'accumulateur d'énergie 6, rechargeable. En particulier, celui-ci sera rechargé à la demande, par la cellule solaire. Dans ce cas, on aura également un commutateur 8 et/ou 9 à trois posi- 20 tions ou un circuit logique formé de plusieurs commutateurs. En alter- native, l'accumulateur d'énergie 6 est une simple batterie. On peut également envisager de faire fonctionner le mo- teur 11 avec la batterie ou l'accumulateur d'énergie 6 si le rayonnement solaire n'est pas suffisant. Cela se fait, par exemple, avec l'électronique 25 d'exploitation 5. Un exemple de réalisation avantageux est le suivant : il suffit de saisir à la fois le rayonnement solaire et l'environnement par le capteur d'environnement 2 seulement toutes les dix minutes et d'enregistrer en mémoire. Au début d'une période de dix minutes, il est 30 prévu que, tout d'abord, dans un premier intervalle de temps, on fait fonctionner la ventilation 10 et on commande le moteur électrique 11 ; la mesure ne sera faite qu'à la fin de cette période dans ce temps on peut également accumuler l'énergie recueillie par la cellule solaire dans l'accumulateur d'énergie 6. Par exemple, deux minutes avant la mesure 35 proprement dite on commute les commutateurs 8, 9 pour un second 3064352 10 intervalle de temps de façon à ne plus charger l'accumulateur d'énergie mais commander l'installation de ventilation 10 et la faire fonctionner. Dans le restant des deux minutes, le capteur d'environnement 2 et notamment l'élément de capteur 2' seront suffisamment refroidis ou ré- 5 chauffés pour faire une mesure très précise des conditions d'environnement. Pour mesurer les valeurs du rayonnement solaire il faut, à la fin du second intervalle de temps, commuter de nouveau les commutateurs 8, 9 pour relier l'électronique d'exploitation uniquement à la cellule solaire 7. Pour cela, en général, il suffit de courts intervalles 10 allant de moins d'une seconde à quelques secondes. Après avoir effectué la mesure, on rétablit la position de commutation sur l'état de charge et un nouvel intervalle de dix minutes commence. Les valeurs mesurées du rayonnement solaire incident et 15 des conditions d'environnement ne sont pas nécessairement faites si- multanément. Il n'est pas non plus nécessaire que la ventilation se fasse pendant la mesure des conditions d'environnement. Comme l'installation de ventilation 10 fonctionne indé- pendamment du rayonnement solaire incident, le dispositif de capteur 1 20 offre des avantages en cas de gel nocturne car alors la chaleur dégagée par les circuits électroniques chauffe le capteur d'environnement 2 et génère ainsi un micro climat chaud. Cela permet une ventilation active, avantageuse, précédée d'un préchauffage fait suffisamment à temps. 25 3064352 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Dispositif de capteur 2 Capteur d'environnement 5 2' Elément de capteur 3 Boîtier 4 Canal de ventilation / canal d'air 5 Electronique d'exploitation 6 Accumulateur d'énergie rechargeable 10 7 Installation de conversion d'énergie 8, 9 Commutateurs 10 Installation de ventilation 11 Moteur électrique 12 Rotor de ventilateur 15 13 Entrée d'air 14 Sortie d'air 15 Plaque de circuit 16 Electronique d'exploitation 20 REVENDICATIONS1°) Dispositif de capteur (1) pour saisir les conditions de l'environnement, notamment pour des applications agricoles comportant au moins un capteur d'environnement (2), notamment un capteur de température, un capteur d'humidité de l'air ou un capteur de pol- luants, caractérisé en ce qu'il comporte : - une installation de ventilation commandée (10) associée au capteur d'environnement (2) pour ventiler celui-ci en cas de besoin avec l'air ambiant, - une électronique d'exploitation (5) reliée par une liaison de trans- mission de signaux au moins au capteur d'environnement (2), et - au moins une installation de conversion d'énergie (7) qui convertit l'énergie de rayonnement en énergie électrique et est reliée à l'installation de ventilation électrique (10), * l'installation de conversion d'énergie (7) étant reliée par un premier commutateur (8) à l'électronique d'exploitation (5), et * l'électronique d'exploitation (5) exploitant le rayonnement solaire incident reçu par l'installation de conversion d'énergie (7). 2°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électronique d'exploitation (5) comporte des moyens permettant decompenrse la valeur de température mesurée par le capteur d'environnement (2) à l'aide du rayonnement solaire incident reçu. 3°) Dispositif de capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation de ventilation (10) est branchée par au moins un second commutateur commandé (8, 9), à l'accumulateur d'énergie (6). 4°) Dispositif de capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier et le second commutateurs (8, 9), 3064352 13 - dans une première position du moteur électrique (11) fonctionnent avec l'énergie fournie par l'installation de conversion d'énergie (7) et, - dans une autre position, relient une cellule solaire de l'installation de conversion d'énergie (7) à l'électronique d'exploitation pour dé- 5 terminer le rayonnement solaire incident. 5°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur d'environnement (2) est placé dans le trajet d'écoulement (4) 10 de la veine d'air générée par l'installation de ventilation (10). 6°) Dispositif de capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par au moins un accumulateur d'énergie électrique (6), rechargeable, relié à 15 l'installation de conversion d'énergie (7) et/ ou à l'installation de ventila- tion (10), - la recharge de l'accumulateur d'énergie (6) se faisant par une troi- sième position du premier et du second commutateurs (8, 9). 20 7°) Dispositif de capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation de conversion d'énergie (7) est reliée par au moins un premier commutateur commandé (8, 9) électriquement à l'installation de ventilation (10) ou à l'accumulateur d'énergie (6). 25 8°) Procédé de gestion d'un dispositif de capteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel l'installation de conversion d'énergie (7), - est reliée à l'électronique d'exploitation (5) pour capter le rayonne- 30 ment solaire incident et à l'installation de ventilation (10) pour ven- tiler le capteur d'environnement (2), et - l'installation de conversion d'énergie (7) est reliée par un premier commutateur (8) à l'électronique d'exploitation (5), procédé caractérisé en ce que 3064352 14 * l'électronique d'exploitation (5) exploite le rayonnement solaire incident saisi par l'installation de conversion d'énergie (7). 9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'électronique d'exploitation (5) compense à l'aide du rayonnement solaire incident, la valeur de température mesurée par le capteur d'environnement (2). 10 10°) Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'installation de ventilation (10) est branchée sur l'accumulateur d'énergie (6) par au moins un second commutateur commandé (8, 9), le premier et le second commutateurs (8, 9) étant commutés 15 * dans une première position pour alimenter le moteur électrique (11) avec l'énergie générée par l'installation de conversion d'énergie (7), et * dans une autre position pour relier une cellule solaire de l'installation de conversion d'énergie (7) à l'électronique d'exploitation pour déterminer le rayonnement solaire incident. 20