Brevet FR3075394A1 — publié le 20190621

PROCEDE DE DETECTION D'UN DYSFONCTIONNEMENT D'UN CAPTEUR ACOUSTIQUE COUPLE A UN GENERATEUR ELECTROCHIMIQUE ET DISPOSITIF METTANT EN OEUVRE LEDIT PROCEDE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION Le domaine technique de ('invention est celui de la detection des dysfonctionnements d'un capteur. La presente invention concerne la detection du dysfonctionnement d'un capteur acoustique et en particulier la detection du dysfonctionnement d'un capteur acoustique couple a un generateur electrochimique. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Le suivi de l'etat global d'une batterie, et plus generalement d'un generateur electrochimique, est devenu un enjeu majeur dans le domaine de la gestion d'6nergie. Afin d'assurer un suivi continu de ces generateurs, merle lorsque ces derniers sont en cours d'utilisation, differentes techniques ont ete developpees. L'une d'entre-elles particulierement prometteuse, consiste a emettre un signal acoustique au niveau d'une paroi d'un generateur puis a mesurer, par exemple a l'aide d'un capteur acoustique, la reponse du systeme. II a ete montre qu'une telle mesure permet d'acceder a des informations telles que l'etat de sante ou l'etat de charge du generateur. Cependant, une telle methode necessite un capteur acoustique fonctionnel. Or, it est difficile de detecter le dysfonctionnement d'un capteur, que ce soit au moment de la calibration du dispositif de mesure ou bien tout au long de la vie de ce dernier. Des methodes telles que le 0 casse de mine de crayon » (methode preconisee par l'organisme de normalisation ASTM International : ASTM E976 -10 et E1106 - 12), bien que satisfaisante a l'echelle d'un laboratoire ne peuvent pas etre utilisees pour verifier le bon couplage d'un capteur avec un generateur electrochimique a l'echelle industrielle. En cours d'utilisation, aucune methode 2 satisfaisante n'existe pour ('instant. Certes, it est possible d'emettre un son avec un emetteur acoustique puis de mesurer la reponse du capteur acoustique. Mais cette technique ne permet pas de determiner si le dysfonctionnement provient de l'emetteur acoustique ou du capteur acoustique. 5 II existe donc un besoin d'un procede permettant de detecter le dysfonctionnement d'un capteur acoustique couple a un generateur electrochimique non seulement lors de la calibration de ce dernier, mais egalement au cours de ('utilisation du generateur electrochimique. II existe egalement un besoin d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre un tel procede. 10 RESUME DE L'INVENTION L'invention offre une solution aux problemes evoques precedemment, en permettant de detecter un dysfonctionnement d'un capteur acoustique a partir d'un signal electrique applique sur les bornes d'un g6n6rateur electrochimique auquel le capteur acoustique est couple. 15 Un premier aspect de l'invention concerne un procede de detection d'un dysfonctionnement d'un capteur acoustique couple a un generateur electrochimique GE. Le proc6d6 selon un premier aspect de l'invention comprend : - une premiere etape d'application d'un signal electrique a une frequence donnee et une amplitude donnee, dites frequence signal et amplitude signal, 20 ladite frequence signal etant de preference comprise entre 1 kHz et 1 MHz ; - une deuxieme etape de mesure, par le capteur acoustique, d'un signal acoustique 6mis par le g6n6rateur electrochimique en reponse a l'application du signal electrique ; - lorsque ('amplitude du signal acoustique est en dessous d'une valeur seuil 25 predeterminee, une troisieme etape de detection d'un dysfonctionnement du capteur acoustique. Grace a l'invention, it est possible de tester de maniere fiable le bon fonctionnement d'un capteur acoustique couple a un generateur electrochimique. Les inventeurs ont en effet decouvert que, contre toute attente, l'application d'un signal electrique aux 3 bornes d'un g6n6rateur electrochimique pouvait generer une onde acoustique dont la frequence est proche de celle du signal electrique utilise. Cette onde acoustique peut ensuite etre utilisee pour verifier le bon fonctionnement ou le dysfonctionnement d'un capteur acoustique. 5 Outre les caracteristiques qui viennent d'être evoquees dans le paragraphe precedent, le procede selon un premier aspect de l'invention peut presenter une ou plusieurs caracteristiques complementaires parmi les suivantes, considerees individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Avantageusement, le capteur acoustique possede une frequence de resonance et 10 la frequence signal est choisie en fonction de ladite frequence de resonance. Ainsi, une plus grande sensibilite de detection est obtenue. Avantageusement, la premiere etape d'application d'un signal electrique et la deuxieme etape de mesure d'un signal acoustique sont r6p6t6es a une frequence donnee, dite frequence de detection. Ainsi, le procede permet d'assurer un suivi du 15 bon fonctionnement du capteur acoustique. Avantageusement, le signal electrique est superpose aux signaux electriques correspondant au fonctionnement normal du generateur electrochimique. Ainsi, le procede peut etre mis en oeuvre alors que le g6n6rateur electrochimique est en cours d'utilisation. 20 Avantageusement, l'amplitude du signal acoustique consideree est la valeur moyenne de l'amplitude du signal acoustique mesuree sur une largeur de bande donnee. Ainsi, la fiabilite de la detection d'un dysfonctionnement est amelioree. Avantageusement, le signal electrique appliqué est de forme sinusdidale, carree ou triangulaire. 25 Avantageusement, le procede selon un premier aspect de l'invention comprend, avant la premiere etape d'application d'un signal electrique, une etape d'etalonnage au cours de laquelle la valeur seuil et/ou l'amplitude signal sont determinees. Ainsi, 4 la valeur seuil et/ou ('amplitude signal sont adaptees aux particularites de chaque systeme. Un deuxieme aspect de l'invention concerne un dispositif comprenant un moyen de calcul et un capteur acoustique destine a etre couple audit generateur 5 electrochimique, le dispositif etant configure pour mettre en oeuvre le procede de detection selon un premier aspect de l'invention. Un tel dispositif permet d'assurer le suivi du bon fonctionnement d'un capteur acoustique. Un troisieme aspect de l'invention concerne un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le dispositif selon un deuxieme aspect de l'invention 10 a executer les etapes du procede selon un premier aspect de l'invention. Un quatrieme aspect de l'invention concerne un support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistre le programme d'ordinateur selon un troisieme aspect de l'invention. L'invention et ses differentes applications seront mieux comprises a la lecture de la 15 description qui suit et a ('examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont presentees a titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. - La figure 1 A montre un ordinogramme d'un procede selon un premier aspect de l'invention. 20 - La figure 1B montre une representation schematique d'un dispositif selon un deuxieme aspect de l'invention. - La figure 2 montre la reponse en frequence d'un capteur piezoelectrique. - La figure 3 montre une representation schematique des signaux electriques dans un procede selon un premier aspect de l'invention. 25 - La figure 4 montre une representation schematique de ('evolution du signal acoustique mesur6e dans un exemple de realisation d'un proc6d6 selon un premier aspect de l'invention. 5 DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Sauf precision contraire, un meme element apparaissant sur des figures differentes pr6sente une r6f6rence unique. 5 Un premier aspect de l'invention illustre en figure 1 concerne un procede 100 de detection d'un dysfonctionnement d'un capteur acoustique CA couple a un generateur electrochimique GE. Le capteur acoustique CA peut par exemple etre un capteur piezoelectrique, notamment un capteur a base de ceramiques ou de polymeres piezoelectriques. Par exemple, le capteur acoustique CA peut 10 comprendre un piezoelectrique en PZT (Titano-Zirconate de Plomb Pb(Zrx,Tii-x)03) qui permet d'obtenir un capteur ayant une resonance etroite (en general comprise entre 10kHz et quelques centaines de kHz) comme illustre a la figure 2A. Dans un autre exemple, le capteur acoustique peut comprendre un piezoelectrique en PVDF (Polymere Polyfluorure de Vinylidene) qui permet d'obtenir un capteur ayant une 15 resonance large (en general comprise entre quelques kHz et quelques MHz) comme illustre a la figure 2B. Le couplage entre le capteur acoustique CA et le generateur electrochimique GE est par exemple obtenu par collage du capteur CA sur une paroi dudit generateur GE. Le generateur electrochimique GE peut notamment prendre la forme d'une batterie ou bien encore d'une pile a combustible. 20 De maniere plus generale, on entend par generateur electrochimique GE un dispositif permettant de convertir l'energie chimique en energie electrique. Le dysfonctionnement que le procede 100 permet de detecter peut avoir plusieurs origines. Par exemple, le dysfonctionnement peut etre dO a un probleme au niveau du capteur CA lui-meme ou bien etre dO a un decollement total ou partiel du 25 capteur CA entrainant une perte de couplage entre le capteur CA et le generateur electrochimique GE. Le dysfonctionnement peut egalement concerner une derive dans les performances du capteur CA. Le procede 100 selon l'invention comprend une premiere etape 101 d'application d'un signal electrique SE a une frequence donnee et une amplitude donnee, dites frequence signal et amplitude signal, ladite frequence signal etant de preference comprise entre 1 kHz et 1 MHz. Le signal electrique SE peut consister en une 6 variation de tension ou bien encore a une variation de courant. Le signal electrique SE peut etre de forme quelconque ou, comme illustre a la figure 3, de forme carre (figure 3A), triangulaire (figure 3B) ou sinusdidale (figure 3C). Le signal electrique SE peut etre g6n6r6 par une unite de gestion du g6n6rateur 5 electrochimique GE ou bien encore par un generateur GS de signaux electriques SE connecte aux bornes du g6n6rateur electrochimique GE en plus (par exemple en parallele) ou en lieu et place de ('unite de gestion du generateur electrochimique GE. Le signal electrique SE peut par exemple etre superpose au courant de charge ou de decharge du g6n6rateur electrochimique GE. Les 10 caracteristiques du signal electrique SE sont choisies en fonction de la nature du generateur electrochimique GE (taille, nature des materiaux, structure interne, etc.) et/ou du capteur acoustique CA. Ainsi, dans le cas d'un capteur PZT, la frequence signal sera de preference comprise entre 100 et 200 kHz, alors que dans le cas d'un capteur PVDF, la frequence signal sera preferentiellement comprise entre 10 kHz 15 et 200 kHz. L'amplitude du signal electrique SE doit etre choisi de sorte a generer un signal acoustique SA qui peut etre capte par le capteur acoustique CA. Cette amplitude va donc notamment dependre du type de generateur electrochimique GE, de la sensibilite du capteur acoustique CA et de l'environnement de mesure (bruit parasite, etc.). 20 Dans un mode de realisation, le capteur acoustique CA possede une frequence de resonance et la frequence signal SE est choisie en fonction de ladite frequence de resonance. La frequence de resonance peut etre donn6e par le fabricant du capteur CA ou mesuree une fois le capteur CA en place sur le g6n6rateur electrochimique GE. Dans un mode de realisation, le signal electrique SE prend la 25 forme d'impulsions a une frequence donnee (par exemple, une frequence comprise entre 1 KHz et 1 MHz) ou a une pluralite de frequences. Les parametres des impulsions (par exemple, temps separant deux impulsions et/ou frequence(s) du signal) peuvent ainsi constituer une signature propre a ('impulsion de sorte a pouvoir eventuellement faire la difference entre le signal acoustique SA g6n6r6 par le signal 30 electrique SE et les autres signaux acoustiques parasites. Ainsi, it est possible de ne prendre en compte que les signaux acoustiques SA presentant la meme signature que les signaux electriques SE afin de detecter l'eventuel 7 dysfonctionnement du capteur acoustique CA. Le procede 100 selon ('invention comprend egalement une deuxieme etape 102 de mesure, par le capteur acoustique CA, du signal acoustique SA emis par le g6n6rateur electrochimique GE en r6ponse a l'application du signal electrique SE. 5 En effet, les inventeurs ont mis en evidence que, contrairement a ce qui est attendu, l'application d'un signal electrique SE sur les bornes d'un generateur electrochimique GE entraine remission d'ondes acoustiques a une frequence proche. Plus particulierement, ces ondes acoustiques sont generees par les faibles contraintes mecaniques et leur relachement qu'entraine l'application d'un signal 10 electrique SE aux bornes du generateur electrochimique GE. Ainsi, l'application d'un signal electrique SE entraine, lorsqu'il n'y a pas de dysfonctionnement du capteur acoustique CA la mesure d'un signal acoustique SA par !edit capteur acoustique CA. Le procede 100 comprend egalement, lorsque l'amplitude du signal acoustique SA 15 mesuree est en dessous d'une valeur seuil predeterminee, une troisieme etape 103 de detection d'un dysfonctionnement du capteur acoustique CA. Dans un mode de realisation, l'amplitude du signal acoustique SA consideree est la valeur de l'amplitude mesuree a une frequence de r6f6rence donn6e. Dans un mode de realisation, l'amplitude du signal acoustique SA consideree est la valeur mesuree a 20 une frequence particuliere (par exemple a la frequence pour laquelle ('amplitude du signal regu est maximale) ou une valeur moyenne de l'amplitude acoustique mesuree sur une largeur de bande donnee (par exemple, sur toute ou partie de la gamme de frequence balayee par le signal electrique SE). Un exemple d'une etape de detection de dysfonctionnement est illustre en figure 4, le dysfonctionnement 25 consistant en un decouplage du capteur acoustique CA, par exemple du fait d'un decollement partiel de ce dernier. La figure 4 represente la force du signal SA mesure (la force du signal est definie comme rintegrale de ('amplitude du signal mesure pendant la duree du paquet de forme d'onde ; la force du signal est independante du gain et calculee sur toute la plage dynamique du signal regu) en 30 fonction de la frequence du signal pour une situation dans laquelle le couplage entre le capteur acoustique CA et le generateur electrochimique GE est bon et pour une 8 situation dans laquelle le couplage entre le capteur acoustique CA et le generateur electrochimique GE est mauvais. Comme cela apparait sur cette figure, lorsque le capteur acoustique est Bien couple au generateur electrochimique GE, le signal acoustique SA mesure pour un signal electrique SE donn6 pr6sente une evolution 5 caracteristique de la force du signal en fonction de la frequence. Cette courbe peut notamment etre utilisee pour calibrer la detection. Lorsque le couplage entre le capteur acoustique CA et le generateur electrochimique GE se deteriore, la distribution de la force du signal en fonction de la frequence du signal mesure par ledit capteur acoustique CA est modifiee et le dysfonctionnement peut etre detecte. 10 Dans l'exemple de la figure 4, on pourra prendre comme reference de l'amplitude mesuree la valeur moyenne de l'amplitude du signal mesure entre 150 kHz et 200 kHz. On notera que la modification peut etre progressive (le decollement se fait petit a petit) ou au contraire se produire soudainement. Lorsqu'il est souhaitable d'effectuer un suivi de l'etat du capteur acoustique CA, 15 dans un mode de realisation, la premiere etape 101 d'application d'un signal electrique SE et la deuxieme etape 102 de mesure du signal acoustique SA sont repetee a une frequence donnee, dite frequence de detection. Ainsi, l'etat du capteur acoustique CA est verifie a la frequence de detection. Un deuxieme aspect de l'invention illustre a la figure 1A concerne un dispositif DM 20 comprenant un moyen de calcul MC, un capteur acoustique CA destine a etre couple a un generateur electrochimique GE, ledit dispositif etant configure pour mettre en oeuvre le procede 100 de detection selon un premier aspect de l'invention. Le capteur acoustique CA peut par exemple etre un capteur piezoelectrique, notamment un capteur a base de ceramiques ou de polymeres piezoelectriques. 25 Par exemple, le capteur acoustique CA peut comprendre un piezoelectrique en PZT (Titano-Zirconate de Plomb) qui permet d'obtenir un capteur ayant une resonance etroite (en general comprise entre 10 kHz et quelques centaines de kHz) comme illustree a la figure 2A. Dans un autre exemple, le capteur acoustique peut comprendre un piezoelectrique en PVDF (Polymere Polyfluorure de Vinylidene) qui 30 permet d'obtenir un capteur ayant une frequence de resonance large (en general comprise entre quelque kHz et quelques MHz) comme illustre a la figure 2B. Le 9 couplage entre !edit capteur CA et le generateur electrochimique GE est par exemple obtenu par collage du capteur sur une paroi dudit generateur GE. Le generateur electrochimique GE peut notamment prendre la forme d'une batterie ou bien encore d'une pile a combustible. De maniere plus generale, on entend par 5 generateur electrochimique GE un dispositif permettant de convertir l'energie chimique en energie electrique. Dans un mode de realisation, le generateur electrochimique comprend une unite de gestion et le moyen de calcul MC comprend des moyens pour se connecter a ladite unite de gestion de sorte a appliquer un signal electrique SE au g6n6rateur electrochimique GE. Dans un mode de 10 realisation, le dispositif DM comprend un generateur de signaux electrique GS, par exemple generateur de signaux arbitraires ou un potentiostat, de sorte a pouvoir appliquer un signal electrique SE aux bornes du g6n6rateur electrochimique GE. Le dysfonctionnement que le dispositif DM permet de detecter peut avoir plusieurs origines. Par exemple, le dysfonctionnement peut etre d0 a un probleme au niveau 15 du capteur CA lui-meme ou bien etre d0 a un decollement total ou partiel du capteur CA entrainant une perte de couplage entre le capteur CA et le generateur electrochimique GE. Le dysfonctionnement peut egalement concerner une derive dans les performances du capteur acoustique CA. Le moyen de calcul MC peut prendre la forme d'un processeur associe a une memoire, d'un FPGA ou bien 20 encore d'une carte ASIC. Le moyen de calcul MC peut egalement comprendre une memoire pour stocker les instructions qui permettent au dispositif DM de mettre en oeuvre le procede 100 selon un premier aspect de ('invention. Le moyen de calcul MC comprend des moyens pour recevoir les signaux captes par le capteur acoustique. Dans un mode de realisation, it comprend egalement des moyens pour 25 traiter les signaux acoustiques SA regus du capteur acoustique CA (par exemple, filtrer ou bien encore calculer une valeur moyenne d'une grandeur du signal, comme ('amplitude). II comprend egalement des moyens pour envoyer des instructions de sorte a commander ('unite de gestion du generateur electrochimique ou le generateur de signaux. Ainsi, les signaux electriques peuvent etre generes sur 30 commande du moyen de calcul. Dans un mode de realisation, le dispositif comprend des moyens de saisie, par exemple un clavier, de sorte que l'utilisateur puisse choisir un ou plusieurs parametres du procede 100, comme l'intervalle de temps 10 separant deux verifications du bon fonctionnement du capteur acoustique CA. Le dispositif DM peut egalement comprendre un moyen d'affichage, par exemple un ecran, pour afficher un dysfonctionnement lorsque ce dernier est detecte. Avantageusement, le dispositif DM comprend un ecran tactile permettant la saisie 5 et l'affichage. REVENDICATIONS1. Procede (100) de detection d'un dysfonctionnement d'un capteur acoustique (CA) couple a un generateur electrochimique (GE) comprenant : - une premiere etape (101) d'application d'un signal electrique (SE) a une frequence donnee et une amplitude donnee, dites frequence signal et amplitude signal; - une deuxieme etape (102) de mesure, par le capteur acoustique (CA), d'un signal acoustique (SA) emis par le generateur electrochimique (GE) en reponse a ('application du signal electrique (SE) ; - lorsque l'amplitude du signal acoustique (SA) est en dessous d'une valeur seuil predeterminee, une troisieme etape (103) de detection d'un dysfonctionnement du capteur acoustique (CA). 2. Proc6d6 (100) selon la revendication pr6c6dente caracterise en ce que le capteur acoustique (CA) possede une frequence de resonance et en ce que la frequence signal (SE) est choisie en fonction de ladite frequence de resonance. 3. Proc6d6 (100) selon l'une des revendications pr6c6dentes caracterise en ce que la premiere etape (101) d'application d'un signal electrique (SE) et la deuxieme etape (102) de mesure d'un signal acoustique (SA) sont repetees a une frequence donnee, dite frequence de detection. Proc6d6 (100) selon l'une des revendications precedentes caracterise en ce que le signal electrique (SE) est superpos6 aux signaux electriques correspondant au fonctionnement normal du generateur electrochimique (GE). Proc6d6 (100) selon l'une des revendications precedentes caracterise en ce que l'amplitude du signal acoustique (SA) consideree est la valeur moyenne de l'amplitude du signal acoustique (SA) mesuree sur une largeur de bande donn6e.4. 5. 12 6. Proc6d6 (100) selon l'une des revendications precedentes caracterise en ce que le signal electrique (SE) appliqué est de forme sinusdidale, carr6e ou triangulaire. 7. Procede (100) selon l'une des revendications pr6c6dentes caracterise en ce 5 qu'il comprend, avant la premiere etape (101) d'application d'un signal electrique (SE), une etape (ET) d'etalonnage au cours de laquelle la valeur seuil et ('amplitude signal sont determinees. 8. Dispositif (DM) comprenant un moyen de calcul (MC) et un capteur acoustique (CA) destine a etre couple audit generateur 10 electrochimique (GE) caracterise en ce qu'il est configure pour mettre en oeuvre le procede (100) de detection selon l'une des revendications precedentes. 9. Programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le dispositif (DM) selon la revendication precedente a executer les etapes du 15 procede (100) selon l'une des revendications 1 a 7. 10. Support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistre le programme d'ordinateur selon la revendication 9.