INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Procédé de commande d'un convertisseur analogique-numérique La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques et leurs procédés de commande, et, plus particulièrement, les convertisseurs analogique-numérique (ADC de l'anglais "Analog-to-Digital Converter") et leurs procédés de commande.
Parmi les convertisseurs analogique-numérique connus, des convertisseurs utilisent une conversion analogique-numérique par approximations successives pour déterminer des bits de poids fort d'un résultat de conversion d'une tension analogique en un mot numérique, et une conversion temps-numérique (TDC de l'anglais "Time to Digital") pour déterminer des bits de poids faible du résultat de la conversion de la tension en le mot numérique.
De tels convertisseurs, dits convertisseurs hybrides, permettent des conversions analogique-numérique plus rapides et moins consommateurs d'énergie que les convertisseurs non hybrides connus, par exemple que les convertisseurs connus utilisant uniquement des approximations successives ou uniquement une conversion temps-numérique. Dit autrement, les convertisseurs analogique-numérique hybrides connus ont une meilleure figure de mérite (FOM – de l'anglais "Figure Of Merite") que les autres convertisseurs analogique-numérique connus.
Parmi ces convertisseurs analogique-numérique hybrides connus, seuls les convertisseurs dits différentiels sont adaptés à convertir une tension différentielle en un mot numérique, c'est à dire une tension ayant deux composantes distinctes définissant une tension de mode commun et une tension de mode différentiel.
Toutefois, les convertisseurs analogique-numérique hybrides différentiels connus présentent divers inconvénients, par exemple en ce qui concerne leurs procédés de commande.
Il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des convertisseurs analogique-numérique connus, par exemple des procédés de commande de ces convertisseurs connus.
Par exemple, il existe un besoin de pallier tout ou partie des inconvénients des convertisseurs analogique-numérique hybrides différentiels connus, par exemple des procédés de commande de ces convertisseurs connus.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des convertisseurs analogique-numérique connus, par exemple des procédés de commande de ces convertisseurs connus.
Par exemple, un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des convertisseurs analogique-numérique hybrides différentiels connus, par exemple des procédés de commande de ces convertisseurs connus.
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de liquéfaction à basse température comprenant un compresseur comprenant un ou plusieurs étages de compression, des moyens pour envoyer un premier fluide être comprimé dans le compresseur, des moyens pour injecter un deuxième fluide, qui est un fluide d’étanchéité dans le compresseur au niveau d’un joint d’étanchéité du compresseur, le deuxième fluide ayant un seul composant, ce composant étant plus léger qu’au moins un composant du premier fluide, des moyens pour extraire un mélange d’ une partie du premier fluide et d’au moins une partie du deuxième fluide du compresseur sous forme gazeuse, des moyens pour sortir une autre partie du premier fluide du compresseur comme premier fluide comprimé, des moyens pour refroidir et condenser partiellement le mélange, sans l’avoir comprimé, pour former un liquide enrichi en le ou les composants du premier fluide et appauvri en le composant du deuxième fluide et un gaz enrichi en le composant du deuxième fluide et appauvri en le ou les composants du premier fluide, un éjecteur ou un éducteur pour pressuriser le liquide ou le liquide vaporisé pour produire un troisième fluide et des moyens pour envoyer le troisième fluide de l’éjecteur ou de l’éducteur au compresseur pour s’y comprimer ou en amont du compresseur.
Selon d’autres aspects facultatifs : il y des moyens pour envoyer un gaz d’alimentation et le troisième fluide à un séparateur de phases en amont du compresseur et le gaz formé dans le séparateur de phases constitue le premier fluide. l’éjecteur est alimenté par une partie du fluide comprimé dans le compresseur et par le liquide enrichi en le ou les composants du premier fluide et appauvri en le ou les composants du deuxième fluide sous forme liquide. l’éjecteur est alimenté par une partie du fluide comprimé dans le compresseur et par le liquide enrichi en le ou les composants du premier fluide et appauvri en le ou les composants du deuxième fluide sous forme gazeuse. le liquide est vaporisé par échange de chaleur avec le mélange pour le refroidir. le liquide se vaporise dans un échangeur de chaleur dédié. un autre liquide frigorigène se vaporise par échange de chaleur avec le mélange qui se refroidit et se condense partiellement. le premier fluide comprend de l’azote et/ou de l’argon et/ou du méthane et/ou de l’éthane et/ou de l’éthylène et/ou du propane et/ou du propylène et/ou du butane et/ou du pentane. le deuxième fluide est de l’azote. les moyens pour refroidir le mélange comprennent un premier et un deuxième échangeur de chaleur en série, ainsi des moyens reliant la sortie du premier échangeur de chaleur avec l’entrée du compresseur à travers une vanne.
illustre un procédé selon l’invention
illustre un autre procédé selon l’invention
L'invention décrite ci-après vise à : séparer d'abord le gaz à comprimer du gaz d’étanchéité, puis recomprimer le fluide séparé pour le réinjecter dans le compresseur.
décrit un procédé de récupération de gaz par exemple d’un cycle de réfrigération à réfrigérants mixtes, utilisé par exemple pour fournir du froid dans un procédé de liquéfaction de gaz naturel, d’hydrogène ou d’hélium.
Il est bien connu d’utiliser dans un liquéfacteur un cycle de réfrigération où circule un mélange gazeux comprenant Un premier composant qui est de l’azote et Au moins un deuxième composant qui est un hydrocarbure, par exemple du méthane, de l’éthane, de l’éthylène, du propane, du propylène, du butane ou du pentane.
Si le liquéfacteur est situé dans une région mal desservie par les transports, la fourniture d’au moins un de ces composants peut poser problème. Il est donc important de réduire au maximum toute perte pendant la compression dans le compresseur de cycle C.
Un compresseur C reçoit un gaz à comprimer 01 à basse pression et fournit un gaz comprimé 02 haute pression.
Le gaz 01 peut par exemple être de l’argon, du néon, de l’azote, du krypton, du xénon, un gaz toxique tel que le monoxyde de carbone, un hydrocarbure tel que le méthane, d’éthane, du propane, du butane. Le gaz peut comprendre au moins deux des gaz mentionnés.
Le système d'étanchéité du compresseur C est également alimenté par un gaz d’étanchéité 10 à un seul composant, ce composant étant plus léger qu’au moins un composant du gaz 01 et peut par exemple être de l’azote. Un mélange de gaz de procédé et de gaz d’étanchéité 20 sort du compresseur C. Évidemment un gaz à un seul composant peut néanmoins contenir quelques impuretés.
Le mélange de gaz de procédé et de gaz d’étanchéité est à basse pression, généralement juste un peu au-dessus de la pression atmosphérique.
Pour la plupart des applications industrielles, et notamment les boucles frigorifiques, la température de rosée du gaz à comprimer 01 est nettement supérieure à la température de rosée du gaz d’étanchéité 10. Le fluide à comprimer se concentrera donc majoritairement en phase liquide 22, tandis que le gaz d’étanchéité restera en phase gazeuse 23. La concentration du gaz d’étanchéité dans le liquide 22 serait inférieure à 5% mol. et peut-être moins de 1% mol., tout en maintenant une bonne récupération du gaz de procédé.
La puissance frigorifique nécessaire à cette liquéfaction partielle dans l’échangeur E peut être fournie par des fluides disponibles sur site. A savoir, le froid peut provenir du : Fluide frigorigène des principales boucles de réfrigération (le surdimensionnement résultant serait d'environ 1%), par exemple si le gaz comprimé 02 est ensuite liquéfié dans un liquéfacteur ayant au moins une boucle de réfrigération ou si le gaz comprimé est le fluide frigorigène d’une boucle de réfrigération Gaz d'évaporation des stockages cryogéniques de produits. Liquide de stockage cryogénique du produit 02 si celui-ci est liquéfié par la suite. Azote liquide si disponible, par exemple par un bain d’azote liquide dans lequel le fluide 20 circule à l’intérieur d’un tuyau.
L'échangeur de chaleur E liquéfiant le mélange 20 provenant des joints du compresseur C peut être un échangeur de chaleur cryogénique principal d’un appareil de liquéfaction du gaz comprimé 02, si le froid est fourni par les boucles de réfrigération principales.
avec µ la moyenne de la métrique (résultat de l’étape d’application E6 OPT(Ri, n, m)) de toutes les régions bidimensionnelles R moyennée sur tous les plans de reconstruction 3, OPT(R i , m , n ) correspondant à la métrique d’une région bidimensionnelle R dans le plan de reconstruction 3 associée à une profondeur z d’indice i avec i correspondant à l’image de reconstruction (i.e. donnant ainsi la profondeur du plan de reconstruction 3), | | l’opérateur de valeur absolue, Dp m , n correspondant à la profondeur attribuée à la région bidimensionnelle R comprenant le pixel de centrage de coordonnées m, n.
Le deuxième mode de réalisation permet ainsi de rechercher simultanément les maxima et minima globaux des différentes régions bidimensionnelles R (ici déterminés à partir du pixel sur lequel est centrée la région bidimensionnelle R). Suivant ce deuxième mode de réalisation et pour une région bidimensionnelle R donnée, il n’est plus nécessaire de vérifier la variation de la métrique dans les différents plans de reconstruction 3 pour sélectionner le critère d’optimisation approprié (argmin ou argmax comme décrit dans le premier mode de réalisation), ce qui permet d’améliorer le temps d’implémentation du procédé 100. En outre, une telle configuration améliore aussi la précision et la facilité d’implémentation puisqu’un seul type d’opérateur optimisation est utilisé pour l’ensemble des régions bidimensionnelles R.
Ainsi, à la suite de l’étape de détermination E8, toutes les régions bidimensionnelles R se voient attribuer une valeur de profondeur Dp.
Le procédé 100 comprend ensuite l’étape de détermination E10 de la profondeur dp d'un pixel 1 de la carte de profondeur C par sélection de la profondeur Dp présentant un nombre de répétition maximal dans les régions bidimensionnelles R comprenant le pixel 1 concerné. Cette étape de détermination E10 permet d’attribuer à chaque pixel 1 sa profondeur dp spécifique.
A titre d’exemple, la profondeur dp attribuée à un pixel 1 dans l’étape de détermination E10 peut être déterminée à partir de la formule suivante :
où count(Dp n , m ) correspond à une fonction qui est configurée pour compter le nombre d’occurrence de la valeur Dp n , m associée à un pixel et max(A) la fonction qui retourne le nombre maximal d’occurrence de la valeur Dp m,n .
Dans un premier cas, un pixel 1 donné peut présenter une valeur de profondeur Dp identique dans toutes les régions bidimensionnelles R dans lesquelles il est compris.
Dans un deuxième cas, un pixel 1 donné peut présenter plusieurs valeurs de profondeur Dp sur l’ensemble des régions bidimensionnelles R. Cela est notamment possible au niveau des pixels 1 appartenant à plusieurs régions bidimensionnelles R.
Suivant ce mode de réalisation, pour un pixel donné, chaque fois qu’une région bidimensionnelle R contient ce pixel donné, la valeur de profondeur Dp déterminée à l’étape de détermination E8 pour cette région bidimensionnelle R est enregistrée. Le module de détermination 15 compte ensuite le nombre de répétition des différentes profondeurs Dp qui ont été attribuées à toutes les régions bidimensionnelles comprenant le pixel concerné (étape précédente de détermination E8). Ainsi, la valeur Dp qui présente le plus grand nombre de répétition est sélectionnée pour être la profondeur dp attribuée à ce pixel dans l’étape de détermination E10. De ce fait, pour un pixel donné, la valeur de profondeur dp attribuée à ce pixel est la profondeur Dp qui a été comptabilisée le plus grand nombre de fois.
Le procédé 100 permet donc de traiter les pixels 1 de manière individuelle pour leur attribuer une seule est unique profondeur dp. Le procédé 100 propose ainsi une solution facile à mettre en œuvre et peu coûteuse en temps de calcul pour attribuer de manière précise et fiable une profondeur dp à un pixel afin de construire une carte de profondeur à partir de l’hologramme numérique H.
Suivant un mode de réalisation du procédé 100, l’étape de détermination E10 est de préférence réitérée pour tous les pixels de la fenêtre. H. De cette manière, le procédé 100 fournit une carte de profondeur C pour laquelle chaque pixel de la carte de profondeur C contient une information de profondeur. De cette manière, la carte de profondeur estimée par l’intermédiaire du procédé 100 peut être considérée comme une représentation en deux dimensions de la scène 3D dans laquelle les colonnes et les lignes de la carte de profondeurs C fournissent une information spatiale (par exemple, le long des axes x, et y) et la valeur d’intensité associée à chaque pixel donne une information sur la profondeur de ce pixel (information orientée le long de l’axe de profondeur z).
Optionnellement, le procédé 100 comprend une étape de construction E12 d’une image couleur, notée I couleur par le module de construction 16. L’image couleur I couleur est déterminée en utilisant la carte de profondeur C fournie à la fin de l’étape de détermination E10. Pour cela le module de construction 16 associe à chaque pixel de la carte de profondeur C une information colorimétrique. Cette information colorimétrique est déterminée en utilisant l’information colorimétrique du pixel dans l’image I i , c’est-à-dire dans le plan de reconstruction 3, associée à la valeur de profondeur dp déterminée à l’étape de détermination E10.
De cette manière, le procédé 100 retrouve de manière simple l’information colorimétrique à partir de la carte de profondeur C et des informations des images reconstruites I i dans les plans de reconstruction 3 à la profondeur dp.
L’image couleur I couleur obtenue à la fin de l’étape de construction E12 comprend ainsi dans un premier espace la carte de profondeur C et dans un deuxième espace une image couleur, par exemple dans un espace RGB. L’image couleur I couleur ainsi obtenue peut être une image RGB-D.
Une telle image I couleur permet ainsi de décrire la géométrie de la scène ainsi que sa profondeur. Cette image I couleur peut ainsi être utilisée dans divers applications, comme dans la détection du mouvement en trois dimensions qui peut être utilisée pour la compression d’une vidéo holographique.
Un deuxième exemple d’un procédé 200 mis en œuvre par l’unité de traitement 20 illustrée en va être explicité à l’aide de la .
La technique de synthèse mise en œuvre est qualifiée de vapeur – liquide – solide (VLS). Un premier palier à 1000°C (10°C/sec) est maintenu pendant 1 min pour démouiller le catalyseur de Pt, étape pendant laquelle il y a formation de petits clusters de Pt, qui sont des gouttelettes de quelques dizaines de nanomètres de diamètre, sur la surface du SiO 2 et former du SiO en phase vapeur. Le SiO diffuse dans les gouttelettes et précipitent à l’interface métal/substrat pendant une seconde phase de supersaturation/précipitation. Il s’ensuit une croissance des nanofils de SiO 2 . La croissance est directement corrélée au passage en phase gazeuse de la couche de SiO 2 préalablement synthétisée sur le substrat en Partie 1 et à la présence du catalyseur (ici le platine).
Un second palier à 1100°C est maintenu pendant 5 min afin de favoriser la croissance des nanofils de SiO 2 . Le diamètre, la longueur, la densité (nombre de nanofils par mm 2 ) des nanofils de SiO 2 sont contrôlés par les propriétés des films minces initiaux de SiO 2 et de Pt ainsi que par les paramètres de recuit (T° et temps de maintien des paliers à haute température, le premier palier permettant la formation des clusters de Pt afin de contrôler le diamètre des futurs nanofils ; et le second palier afin de provoquer le phénomène de croissance en contrôlant la longueur des nanofils). Un cliché obtenu par grossissement MEB est montré à la , avec une échelle pour observer les dimensions des nanofils. La montre le profil de température des paliers en fonction du temps.
Analyses et résultats Différents échantillons de silicium ont été traités après recuit thermique en contrôlant différents paramètres d’épaisseur de la couche mince de SiO 2 et de couche de Pt (5, 10, 15, 20 nm). Les couches minces de Pt ont été mesurées par XRR, les diagrammes sont montrés à la .
Les échantillons sont observés par microscopie MEB.
En faisant varier l’épaisseur de SiO 2 de 10 à 15 nm, les inventeurs ont constaté la présence de nanofils très solides sous forme d’allumettes qui sont strictement perpendiculaires à la surface avec une longueur moyenne supérieure à 1 µm et un diamètre pouvant être supérieur à 80 nm.
Une étude statistique des images MEB permet de déterminer les paramètres moyens de diamètre et de longueur des nanofils. La méthode générale consiste à analyser les images par le biais d’un traitement permettant de délimiter les frontières des objets qui la composent. Une analyse de l’image permet ensuite de compter pixel par pixel l’espace occupé par chaque objet (longueur, diamètre, intersections avec d’autres objets, surfaces etc.).
Les résultats sont montrés au tableau 2 pour une épaisseur de la couche de Pt de 15 nm: Epaisseur de la couche de SiO 2 (nm) Diamètre Moyen (nm) Longueur Moyenne (µm) 5 30-47 12-20 10 33-53 15-20 15 32-70 2-3 20 47-75 1-3
D’autres résultats sont montrés au tableau 3 pour une épaisseur de la couche de SiO 2 de 15 nm et de Pt de 10 nm, et les clichés obtenus sont montrés à la : Numéro d’échantillon Diamètre Moyen (nm) Longueur Moyenne (µm) 1 70-100 0,9-1 2 79-90 1,4-1,6 3 104-120 1,2-1,4 4 114-145 1,09
Etude des phénomènes liés aux paliers de température :
le rôle des deux paliers de recuit a été déterminé grâce à des images MEB. Le premier permet le démouillage du Platine via la formation de gouttelettes de Pt en surface sous lesquelles le SiO 2 évaporé se condense lors du second palier de température : -la correspond à un substrat ayant subi un recuit à 900°C pendant 1 min ; -la correspond à un substrat ayant subi un recuit à 950°C pendant 1 min ; -la correspond à un substrat ayant subi un recuit à 900°C pendant 1 min, puis à 1050°C pendant 3 min ; -la correspond à un substrat ayant subi un recuit à 950°C pendant 1 min, puis à 1100°C pendant 3 min.
Les figures 6 à 8 montrent l’importance du premier palier pour favoriser le démouillage du catalyseur (Pt) pour la croissance des nanofils. La montre en particulier que le premier palier à 900°C est insuffisant pour favoriser la croissance lors du second palier. La montre qu’un premier palier à 950°C suivi d’un second à 1100°C permet d’obtenir un début de croissance. Cette montre également l’importance de la durée du second palier sur la longueur des nanofils qui est appliqué ici pendant une durée de 3 min (alors que pour les autres résultats décrit dans la présente partie expérimentale le second palier est appliqué pendant 5 min).
Mesure du Gain de surface apporté par les nanofils :
Les inventeurs ont démontré que la forte capacité surfacique des composants intégrant les substrats selon l’invention était intimement liée à leur structure, et même lorsque ladite structure comporte une infinité d’éléments structurels complexes d’un point de vue architecture du matériau, voire fortement enchevêtrés les uns sur les autres. La forte capacité surfacique réside en une grande surface exprimée par rapport à la surface projetée, ceci étant procuré par la présence de micropiliers (substrat microstructuré) recouverts par des nanofils. La méthodologie adoptée pour déterminer le gain surfacique consiste à utiliser un paramètre désigné par le terme anglais « Area Enlargment Factor », également connu sous l’acronyme « AEF », et de comparer l’AEF des différentes structures et l’apport de chacune d’elles, les AEF étant mesurés indépendamment, tout d’abord en surface plane 2D, puis 3D et 2D avec nanofils et 3D avec nanofils.
Les différentes mesures ont été effectuées dans les mêmes conditions pour calculer le gain de surface (AEF) mesuré par Voltampérométrie cyclique en cellule 3 électrodes. L’électrolyte utilisé est l’acide sulfurique (H 2 SO 4 ) dilué à 0,5M, l’électrode de référence est une électrode Ag/AgCl, la contre électrode est en platine, l’électrode de travail est le platine (30 nm) déposé par ALD sur l’échantillon à mesurer (le « squelette » microstructuré). La vitesse de balayage est de 50 mV/s. La surface projetée vue pendant la mesure est de 0,407cm². Les résultats sont présentés dans le Tableau 4 ci-dessous : Echantillons Aire Surface (cm²) AEF Mesuré Structure 2D (surface plane de référence) 0.00473 0.45 1.1 Structure 3D – Gain 18 attendu 0.03347 3.22 18.6 Structure 3D – Gain 55 attendu 0.0972 8.83 57 Nanofils 10 nm SiO 2 - 5 nm Pt 0.08085 7.77 19.1 Nanofils 10 nm SiO 2 - 10 nm Pt 0.07281 7.00 17.2 Nanofils 15 nm SiO 2 - 10 nm Pt 0.01693 1.63 4.00 Nanofils 15 nm SiO 2 - 20 nm Pt 0.00721 0.63 1.7
Ainsi, le tableau 4 montre que la méthode de mesure permet de remonter aux gain 3D calculés (entrées du tableau aux lignes 3 et 4) à partir des modèles des strucutres 3D de type micro-tubes. Cette méthode démontre que les nanofils apportent un gain de surface de 2 à 19 sur les exemples cités dans la suite du tableau 2, respectivement aux entrées des lignes 5 à 8.
Une mesure identique a été menée avec l’utilisation d’un matériau d’électrode du Super-condensateur (RuO 2 ) qui montre un gain de 10 sur des microstructures présentant un gain de 50 (soit un gain de surface total de 50x10 = 500). Il a été montré ainsi que le gain de surface des microstructures est compris entre 50 et 70, celui des nanofils entre 4 et 10. Sur la , est représenté la capacitance en fonction de la vitesse de balayage de couches minces de RuO 2 sur différents types de substrats, ainsi les inventeurs ont pu démontrer de manière tout à fait inattendue, que le cumul des gains ne s’additionne pas mais se multiplie, permettant d’atteindre des gains entre 200 et 700. Sur cette , nous retrouvons la capacitance de couches minces de RuO 2 permettant de remonter à un gain en surface de 50 (carrés) pour une structure type micro-tube et de 500 (ronds) sur substrat hiérarchique par rapport à une surface plane (triangles).
Un mode de réalisation prévoit un procédé de commande d'un convertisseur analogique-numérique, comprenant : échantillonner une tension à convertir en échantillonnant une première composante de la tension à convertir sur un premier noeud d'un premier convertisseur numérique-analogique et en échantillonnant une deuxième composante de la tension à convertir sur un deuxième noeud d'un deuxième convertisseur numérique-analogique ; déterminer des bits de poids forts par des approximations successives en commandant, à chacune desdites approximations successives, les premier et deuxième convertisseurs numérique-analogique sur la base d'une comparaison de leurs sorties ; et déterminer des bits de poids faibles par une conversion temps-numérique comprenant : - l'application, par un troisième convertisseur numérique-analogique comprenant le premier noeud et ayant une sortie connectée à la sortie du premier convertisseur, d'une première rampe de décalages en tension successifs sur la sortie du premier convertisseur, et - l'application, par un quatrième convertisseur numérique-analogique comprenant le deuxième noeud et ayant une sortie connectée à la sortie du deuxième convertisseur, d'une deuxième rampe de décalages en tension successifs sur la sortie du deuxième convertisseur, les première et deuxième rampes variant dans des sens opposés déterminés par la comparaison des sorties des premier et deuxième convertisseurs à la fin de la conversion par approximations successives.
Selon un mode de réalisation, chacun des décalages en tension de chacune des première et deuxième rampe a, en valeur absolue, une même amplitude.