FR2975184A1 - Detecteur d'especes chimiques a corde vibrante - Google Patents
Detecteur d'especes chimiques a corde vibrante Download PDFInfo
- Publication number
- FR2975184A1 FR2975184A1 FR1154196A FR1154196A FR2975184A1 FR 2975184 A1 FR2975184 A1 FR 2975184A1 FR 1154196 A FR1154196 A FR 1154196A FR 1154196 A FR1154196 A FR 1154196A FR 2975184 A1 FR2975184 A1 FR 2975184A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- gaseous medium
- chemical detector
- tensioned
- rope
- analyte
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims description 82
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 44
- 239000012491 analyte Substances 0.000 title claims description 39
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 title description 7
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 title description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 70
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 70
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 51
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 39
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 14
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 12
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 6
- 230000004075 alteration Effects 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 5
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 4
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 4
- HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N platinum-iridium alloy Chemical class [Ir].[Pt] HWLDNSXPUQTBOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XSQMSOYAHMZLJC-UHFFFAOYSA-N [Cr].[Ti].[V] Chemical compound [Cr].[Ti].[V] XSQMSOYAHMZLJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 15
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 7
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 2
- -1 tantalum or iron Chemical class 0.000 description 2
- DYSXLQBUUOPLBB-UHFFFAOYSA-N 2,3-dinitrotoluene Chemical compound CC1=CC=CC([N+]([O-])=O)=C1[N+]([O-])=O DYSXLQBUUOPLBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trinitrotoluene Chemical compound CC1=C([N+]([O-])=O)C=C([N+]([O-])=O)C=C1[N+]([O-])=O SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 238000011326 mechanical measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000015 trinitrotoluene Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/032—Analysing fluids by measuring attenuation of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/10—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/005—H2
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
- G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/025—Change of phase or condition
- G01N2291/0255—(Bio)chemical reactions, e.g. on biosensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/025—Change of phase or condition
- G01N2291/0256—Adsorption, desorption, surface mass change, e.g. on biosensors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Détecteur chimique (1), destiné à la détection de la présence et/ou le dosage d'un analyte dans un milieu gazeux (2). Le Détecteur chimique (1) comprend au moins un transducteur (200) comportant au moins une corde tendue (210) destinée à être mise en vibration, au moins un moyen d'actionnement adapté pour mettre en vibration la corde tendue (210) ,et au moins un moyen de mesure adapté pour mesurer et enregistrer au moins une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue (110).
Description
1 DETECTEUR D'ESPECES CHIMIQUES A CORDE VIBRANTE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine de la détection de présence d'un analyte dans le milieu gazeux d'un espace confiné tel qu'un lieu de stockage de produits chimiques et/ou radioactifs ou un réservoir à combustibles. Les lieux de stockage, d'entreposage et réservoirs industriels de produits chimiques et/ou radioactifs sont soumis à des risques de dégagements gazeux spécifiques aux produits stockés, ces dégagements gazeux pouvant être nocifs et/ou explosifs. Pour contrôler ces risques et détecter préventivement tout dégagement gazeux qui pourrait avoir lieu, il est commun d'équiper ce type de lieux de stockage de détecteurs chimiques adaptés pour la détection et/ou le dosage d'au moins un analyte caractéristique de tels dégagements gazeux. En raison des durées de stockage longues (plusieurs années) des produits chimiques ou radioactifs, l'instrumentation et les détecteurs chimiques associés, pour des raisons évidentes de sécurité, doivent être durable dans le temps, c'est-à-dire présenter une stabilité et une sensibilité optimums durant toutes ou partie de la durée du stockage. L'invention se rapporte donc plus spécifiquement à un détecteur chimique destiné à la détection et/ou le dosage d'un analyte. 2 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les détecteurs chimiques destinés à la détection et/ou le dosage d'un analyte utilisent généralement un transducteur associé à un matériau sensible audit analyte, le transducteur étant adapté pour détecter l'interaction entre le matériau sensible et l'analyte. Ce type de détecteurs chimiques peut utiliser un transducteur de type électronique. Un tel transducteur prend généralement la forme d'un composant électronique, tel qu'une diode Schottky, des connexions électriques ou encore un condensateur surfacique, ledit composant électronique étant fonctionnalisé par le matériau sensible. Ainsi une interaction entre le matériau sensible et l'analyte entraîne une variation d'un paramètre du composant électronique, tel que le courant de la diode Schottky, la résistance des connexions électriques, ou la capacité du condensateur surfacique, permettant de remonter à la quantité d'analyte présent dans le milieu gazeux. Si les détecteurs chimiques utilisant de tels transducteurs permettent une bonne détection de la présence d'un analyte dans le milieu gazeux, de tels détecteurs chimiques utilisent des couches fines d'un matériau sensible, ceci pour permettre une bonne détection de l'interaction entre le matériau sensible et l'analyte. Il résulte donc d'une telle finesse de la couche de matériau sensible, en raison de problèmes de diffusion et de stabilité dans le temps de ces couches de matériau sensible, une durabilité réduite dans le temps de tels détecteurs chimiques. 3 Les détecteurs chimiques peuvent également utiliser des transducteurs optiques. Selon cette possibilité le matériau sensible, présentant une fluorescence en présence ou en absence de l'analyte, est déposé à une extrémité d'une fibre optique. Ainsi la présence ou l'absence d'un signal de fluorescence permet une détection de la présence de l'analyte à détecter et/ou doser. Néanmoins si de tels transducteurs optiques pourraient dans l'avenir fournir des détecteurs chimiques fiables, la faisabilité dans le cadre d'un détecteur chimique stable dans le temps reste à démontrer. Les détecteurs chimiques peuvent également utiliser un transducteur électro-mécanique, tel qu'un résonateur de type balance à quartz, un diapason ou un levier utilisant la technologie des Systèmes Micro Électro-Mécaniques (d'acronyme anglais MEMS). De tels transducteurs sont associés à un matériau sensible présentant une forte réactivité avec l'analyte à détecter et/ou à doser favorisant l'adsorption ou l'absorption dudit analyte. Un tel transducteur détecte la variation de masse du matériau sensible liée à l'adsorption ou l'absorption de l'analyte, cette variation entraînant une variation de la fréquence de résonnance du transducteur. Pour pallier aux problèmes de dérives dans le temps de tels transducteurs, il est connu, par l'enseignement de la demande de brevet européen EP 1946070, d'utiliser un détecteur chimique à double transducteur, le premier transducteur servant pour la 4 détection et/ou le dosage d'analyte et le deuxième transducteur, isolé du milieu gazeux à mesurer, servant de référence pour supprimer les variations liées à la dérive d'un tel transducteur.
Si de tel détecteur chimique présente une bonne sensibilité à la présence de l'analyte, avec une dérive contrôlée lors de l'utilisation d'un transducteur de référence, la durabilité dans le temps est généralement réduite. En effet de tels composants fonctionnent à de très hautes fréquences qui peuvent, pour des fonctionnements continus sur plusieurs années, endommager graduellement le transducteur. De plus, pour les transducteurs utilisant les technologies MEMS, le manque de recul sur ces technologies récentes ne permet pas encore d'envisager l'utilisation de tels transducteurs pour des détecteurs chimiques devant fonctionner pendant des durées supérieures à la décennie. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Un des buts de l'invention est donc de fournir un détecteur chimique stable et fiable dans le temps pour une période supérieure à 10 ans, ledit détecteur chimique étant préférentiellement destiné à une installation dans des lieux confinés tels que des lieux de stockage de produits chimiques et/ou radioactifs et des réservoirs à combustibles. A cet effet, l'invention concerne un détecteur chimique, destiné à la détection de la présence et/ou le dosage d'un analyte dans un milieu gazeux, comprenant au moins un transducteur comportant : au moins une corde tendue destinée à être mise en vibration, 5 au moins un moyen d'actionnement adapté pour mettre en vibration la corde tendue, au moins un moyen de mesure adapté pour mesurer au moins une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue.
On entend par caractéristique vibrationnelle de la corde tendue l'ensemble des caractéristiques de vibration de la corde tendue, tels que les fréquences, ou les périodes de vibration, propres de la corde tendue, l'amplitude de vibration à une fréquence donnée ou encore l'amortissement de la l'amplitude de vibration de la corde tendue après un actionnement de la corde tendue à une fréquence donnée. Un tel transducteur par l'utilisation d'une corde tendue est basé sur le principe des extensonmètres à corde vibrante. Ainsi l'utilisation d'un tel transducteur basé sur ce principe des extensomètres à corde vibrante permet de fournir un détecteur chimique dont la stabilité temporelle n'est plus à prouver, le principe des extensomètres à corde vibrante étant utilisé pour la surveillance des ouvrages de génie civil, tels que des barrages, sur des durées de supérieures à 50 ans, avec une grande stabilité du capteur à corde vibrante. En effet, cette stabilité est obtenue par une mesure robuste, sensible et maîtrisée de la variation d'une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue. De plus, par les 6 dimensions macroscopiques d'un tel détecteur chimique, et donc de la surface utile de mesure en contact avec le milieu gazeux, un tel détecteur chimique offre une sensibilité accrue vis-à-vis d'un détecteur chimique de l'art antérieur sans une augmentation drastique des coûts qu'engendrerait l'utilisation d'une telle surface de mesure pour un transducteur de type balance à quartz. Selon une première variante de l'invention, l'analyte peut être l'hydrogène moléculaire ou atomique, le moyen de mesure pouvant être adapté pour détecter une variation d'au moins une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue liée à la variation d'au moins une caractéristique physique du milieu gazeux. Une telle variante de l'invention permet de détecter la présence d'hydrogène sans utilisation de matériau sensible, la détection étant obtenue par une mesure mécanique d'au moins une caractéristique physique du milieu gazeux liée à la présence d'hydrogène. Cette absence de nécessité de matériau sensible permet de supprimer une des causes de défaillance des détecteurs chimiques, à savoir le vieillissement et la dérive du matériau sensible dans le temps. L'au moins une caractéristique physique de milieu gazeux peut être une caractéristique physique du milieu gazeux comprise dans le groupe comportant : - la viscosité du milieu gazeux, la masse volumique du milieu gazeux, la pression du milieu gazeux. 7 La présence d'hydrogène permettant de modifier lesdites caractéristique physique du milieu gazeux, la variation d'au moins une de ces caractéristiques physique permet une détection de la présence d'hydrogène dans le milieu gazeux. Par la suite, lorsque cela n'est pas précisé, on entend par hydrogène à la fois l'hydrogène sous sa forme atomique et sous sa forme moléculaire (c'est-à-dire le dihydrogène).
Selon une seconde variante de l'invention, la corde tendue peut comprendre au moins une portion comportant un matériau sensible, ledit matériau sensible étant adapté pour interagir avec l'analyte ceci de manière à ce que la mise en contact de ladite portion avec l'analyte modifie au moins une des caractéristiques vibrationnelles de la corde tendue. Une telle portion comportant un matériau sensible permet de fournir un détecteur chimique qui peut être adapté quelque soit l'analyte à détecter et/ou à doser, cette adaptation étant obtenue par le choix du matériau sensible de ladite portion. Cette adaptation permet également d'augmenter dans de nombreux cas la sensibilité du détecteur vis-à-vis de l'analyte à détecter et/ou à doser.
Le détecteur chimique peut comporter un corps, en matériau sensiblement indéformable et sensiblement stable thermiquement, délimitant au moins une cavité, ladite cavité recevant la corde tendue, le corps étant en matériau inorganique préférentiellement, en céramique ou en acier inoxydable. 8 On entend par matériau sensiblement indéformable, un matériau présentant un module d'Young supérieur à 50 GPa. On entend par sensiblement stable thermiquement, un matériau présentant un coefficient de dilation thermique inférieur à 10x10-6 K-1 en valeur absolue. Un tel corps permet de fournir des points d'encrage stables de la corde tendue et donc d'en garantir une tension constante limitant ainsi les variations des paramètres vibrationnelles, qui ne sont pas liées à la présence de l'analyte, aux seuls paramètres du milieu gazeux que sont la température, la pression et l'humidité.
Selon une alternative de l'invention, la différence de coefficients de dilation thermique entre le corps et la corde tendue est inférieure à 5x10-6 K-1 et préférentiellement inférieure à 1x10 6K-1. Le détecteur chimique peut comporter au moins deux cordes tendues, une corde tendue dite de détection et une corde tendue dite de référence, le corps délimitant deux cavités, une cavité, dite de détection, en communication avec le milieu gazeux et une cavité, dite de référence, hermétique au milieu gazeux, chacune des cavités logeant la corde tendue correspondante ainsi que les moyens d'actionnement et de mesure correspondant à ladite corde tendue. Une telle deuxième corde tendue de référence, présente dans une cavité hermétique au milieu gazeux, permet d'estimer les variations des caractéristiques vibrationnelles de la corde tendue non 9 liées à la présence de l'analyte. La suppression de ces variations du signal issu de la corde tendue de détection permet ainsi de limiter l'impact de telles variations, non liées à la présence d'analyte, sur la détection et/ou le dosage de l'analyte dans le milieu gazeux. La corde de référence permet de mesurer la dilation ou la contraction du corps du détecteur chimique qui peut être induite par des variations thermiques de l'environnement.
Selon une possibilité avantageuse de l'invention, la corde tendue de référence et la corde tendue de mesure peuvent présenter des caractéristiques vibrationnelles sensiblement identiques. Selon une possibilité non préférée de l'invention, la corde tendue de référence peut avoir des caractéristiques vibrationnelles différentes des caractéristiques vibrationnelles de la corde tendue de détection. La cavité de référence peut être emplie d'un gaz inerte ou être sous vide. La cavité peut être mise en surpression. La cavité de détection est préférentiellement en communication avec le milieu gazeux par la présence d'au moins une portion de paroi présentant une membrane séparatrice de gaz. Une telle portion de paroi permet de ne mettre en contact la cavité de détection qu'avec des composés gazeux présentant les caractéristiques similaires à l'analyte à détecter et/ou à doser, limitant ainsi les risques d'interaction entre le matériau sensible et un composé interférent ne 10 présentant pas ces mêmes caractéristiques similaires, ce type d'interaction pouvant créer une erreur de détection et/ou de dosage. Chaque moyen d'actionnement et chaque moyen de mesure sont adaptés pour mesurer et enregistrer au moins une des caractéristiques vibrationnelles de la corde tendue correspondante par une mesure dans un mode de mesure choisi dans le groupe comportant un mode de mesure dit en vibration amortie, un mode de mesure dit en vibration entretenue et un mode de mesure dit en balayage de fréquence. On entend respectivement par mode de mesure en vibration amortie, en vibration entretenue et en balayage de fréquence, un mode de mesure dans lequel la corde tendue est respectivement actionnée ponctuellement pour mesurer un amortissement de la vibration de la corde tendue, actionnée en continue pour mesurer la réponse vibrationnelle de la corde tendue lors d'une excitation en continue, et actionnée avec une excitation dont la fréquence d'excitation est variée sur une plage de fréquence pour mesurer la réponse fréquentielle de la corde tendue. De tels modes de mesure permettent une détection sensible d'au moins une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue correspondante de façon ponctuelle, pour un mode de mesure en vibration amortie, continuelle pour un mode de mesure en vibration entretenue, et précise pour un mode de mesure en balayage de fréquence. En effet, ce dernier mode de mesure, en balayage de fréquence, permet de faire une analyse spectrale complète du signal vibrationnel de la 11 corde et de travailler à la fréquence de résonnance et aux fréquences de ses harmoniques par une transformée de Fourier rapide. Selon la seconde variante de l'invention, l'analyte pouvant être de l'hydrogène moléculaire ou atomique, le matériau sensible peut être sélectionné dans le groupe comportant le palladium (Pd), le magnésium (Mg), le cuivre (Cu), le cobalt (Co), le molybdène (Mo), le tungstène (W), le nickel (Ni), le platine (Pt), le tantale (Ta), le zirconium (Zr), le fer (Fe), le titane (Ti), le lithium (Li), le béryllium (Be), le bore (B), le carbone (C), le sodium (Na), l'aluminium (Al), les cermets du type Ba,CeyYZ, les alliages de titane-vanadium-chrome (TiVCr), les alliages de platine-iridium (PtIr) et les alliages comportant au moins l'un des matériaux précédents. De tels matériaux permettent, lorsque la corde tendue en comporte, de faire varier au moins une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue lors de la mise en contact de ladite corde tendue avec de l'hydrogène, qu'il soit sous forme atomique ou moléculaire. Le matériau sensible peut être un matériau dont l'interaction avec l'hydrogène entraîne une altération dudit matériau, la ou au moins une corde tendue présentant au moins une portion dans ledit matériau sensible et la section de ladite portion étant définie de manière à ce qu'il existe une quantité seuil d'hydrogène à partir de laquelle l'interaction entre le matériau sensible et l'hydrogène entraîne une 12 altération de ladite portion suffisante pour rompre ladite portion de la ou de l'au moins une corde tendue. Une telle portion permet au détecteur chimique de présenter un mode de fonctionnement dit « fusible » dans lequel la rupture de la corde tendue indique la présence d'une quantité d'hydrogène supérieure à une quantité seuil prédéfinie, ladite quantité seuil pouvant indiquer, par exemple, un risque imminent d'explosion.
Au moins un moyen d'actionnement et/ou au moins un moyen de mesure peut être adapté pour fonctionner en présence d'hydrogène sous sa forme moléculaire ou atomique, ladite adaptation comportant préférentiellement un revêtement en céramique de protection dudit moyen d'actionnement et/ou dudit moyen de mesure. Une telle adaptation permet de réduire les risques de défaillance de chacun des moyens d'actionnement et/ou des moyens de mesure liés à la présence d'hydrogène dans le milieu gazeux. Chaque moyen d'actionnement peut comporter une bobine électromagnétique dite d'actionnement, ladite bobine électromagnétique d'actionnement étant en outre préférentiellement un moyen de mesure, la corde tendue correspondante comportant au moins une portion comportant un matériau magnétique. Une telle bobine permet de fournir un moyen d'actionnement robuste avec un risque réduit de défaillance puisque celui-ci ne comporte pas de pièce mécanique. 13 Chaque moyen de mesure peut comporter une bobine électromagnétique dite de mesure, la corde tendue correspondante peut comporter au moins une portion comportant un matériau magnétique.
Une telle bobine permet de fournir un moyen de mesure robuste avec un risque réduit de défaillance puisque celui-ci ne comporte pas de pièce mécanique. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement un détecteur chimique selon l'invention. - la figure 2 illustre schématiquement un détecteur chimique présentant un mode de fonctionnement dit « fusible », - la figure 3 illustre un premier exemple de mise en oeuvre d'un détecteur chimique comportant deux cordes tendues, - la figure 4 illustre un deuxième exemple de mise en oeuvre d'un détecteur chimique comportant une seule corde tendue. 20 25 14 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 est une vue en coupe longitudinale illustrant un détecteur chimique 1 selon l'invention. Ce détecteur chimique 1 est adapté pour détecter la présence et pour doser un analyte dans un milieu gazeux 2, tel qu'un lieu de stockage de produits chimiques ou radioactifs ou un réservoir de combustibles radioactifs. Selon le mode de réalisation décrit ci- après, le détecteur chimique 1 est adapté pour la détection et le dosage de l'hydrogène sous forme moléculaire et atomique. Un tel détecteur chimique 1 comporte : un corps 20 délimitant deux cavités 22, 15 23, une première cavité 22 dite de détection et une deuxième cavité 23 dite de référence, - deux cordes tendues 210, 310, une corde tendue de détection 210 logée dans la cavité de détection 22 et une corde tendue de référence 310 logée 20 dans la cavité de référence 23, Chaque cavité 22, 23 comporte en outre : - une bobine électromagnétique d'actionnement 230, 330 adaptée pour actionner la corde tendue 210, 310 qui est logée dans la cavité 22, 23 25 correspondante, une bobine électromagnétique de mesure 240, 340, également dit d'écoute, adaptée pour enregistrer les déplacements en vibration de la corde tendue 210, 310 qui est logée dans la cavité 22, 23 30 correspondante. 15 Pour permettre une mesure stable dans le temps avec une dérive réduite du détecteur chimique 1, le corps 20 est préférentiellement réalisé dans un matériau rigide, sensiblement indéformable, présentant une dilation contrôlée. Ce matériau peut en outre être, pour permettre un fonctionnement dans un milieu corrosif, tel que celui d'un lieu de stockage de produit chimique ou de produit radioactif, non oxydable.
Ainsi le corps 20 peut être en céramique ou en acier inoxydable comportant une protection contre la pénétration d'hydrogène, telle qu'une nitruration ionique de sa surface. Le corps 20 comporte, comme illustré sur la figure 1, un noyau 21 dur rigidifiant le corps 20. Le noyau 21 présente une forme sensiblement longitudinale. Les deux cavités 22, 23 sont ménagées de part et d'autre du noyau 21, le noyau 21 supportant le fond 201, 301 de chacune des cavités 22, 23.
Les parois latérales 202 de la cavité de détection 22 s'étendent sensiblement perpendiculairement à partir du noyau 21 de manière à délimiter avec le fond 201 cette même cavité de détection 22. Au moins une paroi de la cavité 22 est adaptée pour mettre en communication la cavité 22 et le milieu gazeux 2 dans lequel est installé le détecteur chimique 1. La paroi 220 de la cavité 22 opposée au noyau 21 est préférentiellement la paroi 220 adaptée pour mettre en communication la cavité 22 et le milieu gazeux 2. 16 Cette adaptation peut être réalisée par la présence d'ouvertures en communication directe avec le milieu gazeux ou par l'utilisation d'une membrane 222 séparatrice de gaz adaptée, telle que celles illustrées sur la figure 1, pour permettre le passage de l'hydrogène. Une telle membrane 222 peut être indifféremment une membrane poreuse ou une membrane en polymère. La corde tendue de détection 210 est tendue entre les deux parois latérales 202 de la cavité de détection 22 qui sont opposées l'une à l'autre dans le sens longitudinal du noyau 21. Les conditions de tension et de maintien de la corde tendue de détection 210 sont identiques à celles d'une corde tendue utilisée dans un extensomètre à corde vibrante. Selon une première variante de l'invention, dans laquelle la détection et le dosage de l'hydrogène dans le milieu gazeux 2 sont obtenus par une mesure de d'une caractéristique physique du milieu gazeux 2, la corde tendue de détection 210 est une corde tendue du même type qu'une corde vibrante d'un extensomètre à corde vibrante classique. Ainsi la corde tendue de détection 210 est du type corde à piano. La corde tendue de détection peut en outre présenter une protection contre les conditions existant dans le milieu gazeux 1 à surveiller, tel qu'un revêtement de protection la protégeant de la présence d'hydrogène. Selon une deuxième variante de l'invention, dans laquelle la détection et le dosage de l'hydrogène dans le milieu gazeux 2 sont obtenus par la mesure de l'interaction d'un matériau sensible (non représenté) à 17 l'hydrogène, la corde tendue de détection 210 comporte au moins une portion (non illustrée) comportant ledit matériau sensible, la corde tendue de détection 210 étant préférentiellement, si ledit matériau sensible possède des propriétés magnétiques, entièrement réalisée dans le matériau sensible. Pour un matériau sensible ne présentant pas de propriétés magnétiques, la corde tendue de détection 210 présente au moins une portion dans un matériau possédant des propriétés magnétiques, le matériau sensible pouvant être, soit une autre portion de la corde tendue de détection 210, soit un revêtement de cette dernière. Selon cette même deuxième variante de l'invention, le matériau sensible peut être un matériau dont les propriétés sont altérées lors de l'interaction avec l'hydrogène, tel que le palladium (Pd) , le platine (Pt), le tantale (Ta), le zirconium (Zr) ou tout autre matériau précipitant sous forme d'hydrure en présence d'hydrogène, ou tel qu'un métal comme le fer (Fe) ou les acier dont l'interaction avec l'hydrogène peut endommager le réseau cristallin et le fragiliser. Selon cette même deuxième variante, le matériau sensible peut également être un matériau favorisant l'adsorption de l'hydrogène, tel que le titane (Ti). La bobine électromagnétique d'actionnement 230 de la cavité de détection 22 est adaptée pour actionner en vibration la corde tendue de détection 210. La bobine électromagnétique d'actionnement 22, du même type que celles classiquement utilisées dans le cadre des extensomètres à corde vibrante, comporte 18 préférentiellement une protection contre les conditions du milieu gazeux 2 à surveiller, telle qu'un revêtement composé d'un diélectrique à base de céramique de protection.
La bobine électromagnétique de mesure 240 est adaptée pour enregistrer les déplacements en vibration de la corde tendue de détection 210. La bobine électromagnétique de mesure 240 peut, comme la bobine électromagnétique d'actionnement 230, présenter une protection contre les conditions du milieu gazeux 2 à surveiller. La cavité de référence 23 est, comme illustré sur la figure 1, ménagée sur la surface du noyau 21, à l'opposé de la cavité de détection 22. Les parois latérales 302 de la cavité de référence 23 s'étendent sensiblement perpendiculairement à partir du noyau 21 de manière à délimiter avec le fond 301 cette même cavité de référence 23. La cavité de référence 23 est fermée hermétiquement par une paroi 320 opposée au noyau 21. De cette manière la cavité de référence 23 est isolée du milieu gazeux 2 à mesurer et la présence d'hydrogène dans le milieu gazeux 2 à mesurer n'a donc pas d'influence sur les caractéristiques vibrationnelle de la corde tendue de référence 310. La cavité de référence peut être emplie d'un mélange gazeux similaire à celui du milieu gazeux 2 initial, d'air, d'un gaz inerte ou être sous vide. La cavité peut également être mise en surpression.
Selon une possibilité préférée de l'invention, la corde tendue de référence 310 présente 19 des caractéristiques vibrationnelles sensiblement identiques à la corde de tendue de détection 210. Une telle similitude dans les caractéristiques vibrationnelles est généralement obtenue par l'utilisation d'une corde tendue de référence 310 sensiblement identique à la corde de détection 210. Selon une possibilité non préférée de l'invention, la corde tendue de référence 310 peut avoir des caractéristiques vibrationnelles différentes de celles de la corde tendue de détection 210. Selon cette possibilité, l'homme du métier est à même de faire les calculs et calibrations nécessaires pour tenir compte de cette différence dans les caractéristiques vibrationnelles de la corde tendue de référence 310 et de la corde tendue de détection 210. Dans la suite de ce document il est considéré que la corde tendue de référence 310 et la corde tendue de détection 210 présente des caractéristiques vibrationnelles sensiblement identiques.
De manière à garantir une réponse sensiblement identique entre la corde tendue de détection 210 et la corde tendue de référence 310, l'agencement des bobines électromagnétiques d'actionnement 330 et de mesure 340 dans la cavité de référence 23 est sensiblement identique à celui des bobines électromagnétiques d'actionnement 230 et de mesure 240 dans la cavité de détection 22. Ainsi en fonctionnement le détecteur chimique 1 est mis en contact avec le milieu gazeux 2 à mesurer, la cavité de détection 22 en communication avec ledit milieu gazeux 2. 20 Selon un premier mode de mesure, la détection, et/ou le dosage, est réalisée selon un mode de mesure en vibration amortie, c'est-à-dire que chacune des bobines électromagnétiques d'actionnement 230, 330 effectue à un instant t un actionnement en vibration de la corde tendue correspondante 210, 310, chacune des bobines électromagnétiques de mesure 240, 340 enregistrant l'amortissement de la vibration ainsi créée sur la corde tendue correspondante 210, 310. La fréquence, l'amplitude et la vitesse d'amortissement de la vibration de chacune des cordes tendues 210, 310 définissent des caractéristiques vibrationnelles de ces cordes tendues 210, 310. Selon un deuxième mode de mesure, la détection, et/ou le dosage, est réalisée selon un mode de mesure en vibration entretenue, c'est-à-dire que chacune des bobines électromagnétiques d'actionnement 230, 330 actionne continument en vibration la corde tendue correspondante 210, 310 à une fréquence sensiblement identique à celle de sa fréquence de résonnance. Dans ce mode de mesure, le maintien de chacune des bobines électromagnétiques d'actionnement 230, 330 dans une vibration à une fréquence sensiblement égale à la fréquence de résonnance de la corde tendue 210, 310 correspondante est obtenu par une boucle de rétroaction entre l'amplitude d'actionnement de la bobine électromagnétique d'actionnement 230, 330 et l'amplitude de vibration de la corde tendue 210, 310 enregistrée par la bobine électromagnétique de mesure 240, 340. La fréquence de résonnance, et/ou l'amplitude de vibration de la corde tendue 210, 310 21 correspondante, ainsi déterminée, définie une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue 210, 310 correspondante. On peut noter que selon un tel mode de mesure en vibration entretenue, il est également possible d'exciter la corde tendue 210 à une fréquence fixe, préférentiellement proche de la fréquence de résonnance initiale de la corde tendue. Selon un troisième mode de mesure, la détection, et/ou le dosage, est réalisée selon un mode de mesure en balayage en fréquence, c'est-à-dire que chacune des bobines électromagnétiques d'actionnement 230, 330 actionne en vibration la corde tendue 210, 310 correspondante en balayant une plage de fréquence prédéfinie, chacune des bobines électromagnétiques de mesure 240, 340 enregistrant la variation d'amplitude de la vibration de la corde tendue correspondante 210, 310 le long de cette plage de fréquence. La variation d'amplitude de vibration sur la plage de fréquence prédéfinie définie une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue correspondante 210, 310. La ou les caractéristiques vibrationnelles sont mesurées sensiblement simultanément pour la corde tendue de détection 210 et pour la corde tendue de référence 310. La différence entre la ou les valeurs obtenues pour la corde tendue de détection 210 et pour la corde tendue de référence 310 permet de définir une variation de la réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 210, cette variation étant liée à la présence ou non d'hydrogène dans le milieu gazeux 2 à surveiller. Cette même variation de la réponse vibrationnelle permet de remonter à la quantité 22 d'hydrogène présente dans le milieu gazeux 2 à surveiller. En effet la réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 210 dépend de plusieurs paramètres qui sont entre autres : la tension de la corde tendue de détection 210, l'élasticité de la corde tendue de détection 210, la masse linéique de la corde tendue de détection 210, la longueur de la corde tendue de détection 210, les caractéristiques du milieu gazeux 2 qui sont sa température, sa viscosité, sa masse volumique et sa pression. L'utilisation d'une corde tendue de référence 310, selon des conditions environnementales et de mesure identiques à celles de la corde tendue de détection 210 et dans un milieu gazeux dont la viscosité, est contrôlée, permet de corriger et de s'affranchir des paramètres concernant la tension de la corde tendue de détection 210 et la longueur de la corde tendue de détection 210, toutes deux influencées par le couplage de la température et de l'évolution mécanique du corps 20 et de la corde tendue de détection 210. Les paramètres dont va dépendre la variation de réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 210 sont donc la masse linéique de la corde tenue de détection 210, l'élasticité de la corde tendue de détection 210, les caractéristiques du milieu gazeux 2 que sont sa viscosité, sa masse volumique et sa pression. Ainsi, selon la première variante, la présence d'hydrogène diminue la viscosité et la masse volumique du milieu gazeux 2 et fait donc varier la réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 23 210, Cette réponse permet donc de remonter à la quantité d'hydrogène présent dans le milieu gazeux 2. Il est à noter également qu'une forte élévation de la quantité d'hydrogène dans le milieu gazeux entraîne une augmentation de la pression du milieu gazeux qui peut également être détectée par une variation de la réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 210. La détection d'une variation de la viscosité et de la masse volumique du milieu gazeux 2 est néanmoins préférentielle, puisque liée spécifiquement à l'hydrogène, comme variation d'une caractéristique physique du milieu gazeux 2 à détecter. Selon la deuxième variante, si le matériau sensible est un matériau dont les propriétés sont altérées lors de l'interaction avec l'hydrogène, cette altération entraîne une variation du coefficient d'élasticité de la corde tendue de détection 210 et donc de sa réponse vibrationnelle. Ainsi, la mesure de cette variation de la réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 210 permet de remonter à la variation du coefficient d'élasticité et donc à la quantité d'hydrogène présent dans le milieu gazeux 2 à surveiller. Selon cette même deuxième variante, si le matériau sensible à l'hydrogène est un matériau favorisant l'absorption ou l'adsorption de l'hydrogène, la présence d'hydrogène dans le milieu gazeux 2 entraîne une absorption ou une adsorption d'hydrogène sur ou dans le matériau sensible entraînant une augmentation de la masse linéique de la corde tendue de détection 210. Cette variation de la masse linéique 24 engendre une variation de la réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 210. Ainsi, la mesure de cette variation de la réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 210 permet de remonter à la quantité d'hydrogène absorbée ou adsorbée le long de la corde tendue de détection 210 et donc à la quantité d'hydrogène présent dans le milieu gazeux 2 à surveiller. Selon l'ensemble de ces variantes, la correspondance entre la variation de la réponse vibrationnelle de la corde tendue de détection 210 et la quantité d'hydrogène présent dans le milieu gazeux à mesurer peut être obtenue par des procédés de calibration préalable du détecteur chimique, par des calculs de simulation et de modélisation ou par une combinaison analytique de calculs et d'étapes de calibration qui sont aisément réalisables par un homme du métier. Selon une possibilité supplémentaire, illustrée sur la figure 2, le détecteur chimique 1 peut également comporter un mode de fonctionnement dit « fusible » ou détecteur Tout ou Rien « TOR ». Selon cette possibilité, la corde tendue de détection 210 comporte une portion 211 en matériau sensible à l'hydrogène, tel que du tantale ou du fer, ou un alliage dont l'interaction avec l'hydrogène engendre une altération du matériau ou un endommagement de son réseau cristallin, fragilisant ainsi ledit matériau sensible. La section de ladite portion de la corde tendue de détection 210 est choisie de manière à ce que la présence d'une quantité seuil d'hydrogène 25 prédéfinie, la corde tendue de détection 210 étant sous tension, entraîne une rupture de la corde tendue de détection 210 au niveau de la portion 211. Ainsi, lorsque la quantité d'hydrogène dans le milieu gazeux 2 à mesurer est inférieure à cette quantité seuil, le détecteur chimique fonctionne selon un principe similaire à celui précédemment décrit. Lorsque cette quantité d'hydrogène atteint, voire dépasse, la quantité seuil, la corde tendue de détection 210 se rompt et indique ainsi la présence d'une quantité d'hydrogène supérieure à la quantité seuil. Si dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, l'analyte détecté et/ou dosé est de l'hydrogène, le détecteur chimique 1 peut être adapté pour la détection et/ou le dosage de tout autre analyte par le choix d'un matériau sensible adéquat, ceci sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Ainsi, il est par exemple possible de détecter la présence de molécule d'eau dans l'environnement du détecteur chimique en utilisant une zéolite comme matériau sensible. Il est également possible d'adapter un tel détecteur chimique pour la détection de composés comme le dinitrotoluène et le trinitrotoluène, marqueur de certain explosif, en utilisant un polymère de type polysiloxane comme matériau sensible. L'utilisation de certains oxydes métalliques, tels que le SnO2r 1' In2O3, SrTiO3 comme matériau sensible peut également être envisagée pour une adaptation du détecteur chimique afin de détecter certains gaz, tels que l'éthanol et toluène à l'état gazeux. 26 Le détecteur chimique 1 selon le mode de réalisation décrit ci-dessus comporte deux cordes tendues 210, 310, une de détection, une de référence. Cependant, selon une possibilité non illustrée sur les figures 1 et 2 et qui sera explicitée dans le deuxième exemple de mise en oeuvre qui suit, le détecteur chimique 1 peut également ne comporter qu'une seule corde tendue de détection 210 sans que l'on sorte du cadre de l'invention, la surveillance des conditions de mesure, tels que la température du milieu gazeux 2, permettant une correction de la variation des caractéristiques vibrationnelles de la corde de détections 210 liée à ces conditions de mesure. De même, le détecteur chimique 1 selon le mode de réalisation décrit ci-dessus comporte pour chaque cavité 22, 23 une bobine électromagnétique d'actionnement 230, 330 et une bobine électromagnétique de mesure 240, 240. Cependant, selon une possibilité non illustrée de l'invention, le détecteur chimique peut également, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, comporter pour chaque cavité 22, 23 une seule bobine électromagnétique permettant un actionnement ponctuel en vibration de la corde tendue 210, 310 correspondante et permettant, suite à un tel actionnement, l'enregistrement de la vibration résultante de la corde tendue 210, 310 correspondante. Il est également possible, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, que chaque cavité comporte un moyen d'actionnement et/ou un moyen de mesure autre que des bobines électromagnétiques. En effet le moyen d'actionnement et/ou le moyen de mesure 27 peuvent être formés par un système piezo-électrique déplaçant un organe d'actionnement et/ou de mesure de la corde la corde tendue. Les figures 3 et 4 illustrent respectivement un premier et un second exemple de mise en oeuvre d'un tel détecteur chimique 1. Ainsi la figure 3 illustre un exemple de mise en oeuvre d'un détecteur chimique 1 comportant deux cordes tendues 210, 310. Dans cet exemple de mise en oeuvre, le détecteur chimique 1 présente un corps 20 de révolution axiale dans lequel sont ménagées la cavité de détection 22 et la cavité de référence 32, la partie centrale du corps 20 faisant office de noyau central. Chacune des deux cavités 22, 32 est formée dans la masse du corps 20 en présentant sur un côté 25 du corps 20 une ouverture 215, 315 pour le placement d'un organe de maintien 26 d'une extrémité de la corde tendue 210, 310 correspondante. Chacune des cavités 22, 32 présente également un orifice pour le placement de la bobine d'actionnement 230, 330 et un orifice pour le placement de la bobine de mesure 240, 340. La cavité de détection 22 comporte également deux canaux de communication 225 pour mettre en relation la corde tendue de détection 210 et le milieu gazeux 2. Ainsi la corde tendue de détection 210 et la corde tendue de référence 310 sont toutes deux tendues dans la cavité correspondante 22, 32, une extrémité maintenue par l'organe de maintien 26 et l'autre extrémité fixée à l'extrémité de la cavité 22, 32 opposée à l'ouverture 215, 315. 28 Le principe de fonctionnement d'un détecteur chimique 1 selon cet exemple de mise en oeuvre ne se différencie pas du principe de fonctionnement du mode de réalisation décrit précédemment.
Il peut être également être noté que cet exemple de mise en oeuvre étant réalisé à partir d'un corps 20 de révolution axiale, il est envisageable de ménager quatre cavités et donc de disposer quatre cordes tendues dans ledit détecteur chimique 1, avec trois cordes tendues de détection 210 présentant chacune un taux de couverture de matériau sensible différent, et donc un seuil de détection différent, et une corde tendue de référence. Selon ce même principe chacune des cordes tendues de détection 210 peut comporter un matériau sensible différent pour permettre une détection de différents analytes. La figure 4 illustre un exemple de mise en oeuvre d'un détecteur chimique 1 à une seule corde tendue de détection 210, donc sans corde tendue de référence 310. Selon cet exemple de mise en oeuvre le corps 1 est cylindrique avec une cavité de détection 22 centrale. Ladite cavité de détection 22 présentant une ouverture 215 sur un côté du corps 20 pour le placement d'un organe de maintien 26 d'une extrémité de la corde tendue 210. La cavité de détection 22 présente également un orifice pour le passage de la bobine d'actionnement 230 et un orifice pour le passage de la bobine de mesure 240. Cette même cavité de détection 22 comporte également deux canaux de communication 225 29 pour mettre en relation la corde tendue de détection 210 avec le milieu gazeux 2. Ainsi la corde tendue de détection 210 est tendue dans la cavité de détection 22, une extrémité maintenue par l'organe de maintien 26 et l'autre extrémité fixée à l'extrémité de la cavité de détection 22 opposée à l'ouverture 215. Le fonctionnement d'un détecteur chimique 1 selon cet exemple de mise en oeuvre se différencie d'un détecteur chimique selon le précédent exemple de mise en oeuvre en ce qu'il est nécessaire de soit prévoir un détecteur de référence (non illustré) ne présentant pas de canaux de communication 225, soit de modéliser l'évolution du détecteur chimique afin d'estimer ses dérives dans le temps. Ainsi il est possible d'utiliser dans un local à surveiller plusieurs détecteurs chimiques 1 présentant une seule corde tendue de détection 22 en combinaison avec un seul détecteur de référence dont les canaux de communication 225 ont été fermés.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Détecteur chimique (1), destiné à la détection de la présence et/ou le dosage d'un analyte dans un milieu gazeux (2), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un transducteur (200) comportant : au moins une corde tendue (210) destinée à être mise en vibration, au moins un moyen d'actionnement adapté pour mettre en vibration la corde tendue (210), au moins un moyen de mesure adapté pour mesurer au moins une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue (110).
- 2. Détecteur chimique (1) selon la revendication 1, dans lequel l'analyte étant de l'hydrogène moléculaire ou atomique, le moyen de mesure est adapté pour détecter une variation d'au moins une caractéristique vibrationnelle de la corde tendue (210) liée à la variation d'au moins une caractéristique physique du milieu gazeux (2).
- 3. Détecteur chimique (1) selon la revendication 2, dans lequel l'au moins une caractéristique physique de milieu gazeux (2) est une caractéristique physique du milieu gazeux comprise dans le groupe comportant : - la viscosité du milieu gazeux (2), la masse volumique du milieu gazeux (2), la pression du milieu gazeux (2). 31
- 4. Détecteur chimique (1) selon la revendication 1, dans lequel la corde tendue (210) comprend au moins une portion comportant un matériau sensible, ledit matériau sensible étant adapté pour interagir avec l'analyte ceci de manière à ce que la mise en contact de ladite portion avec l'analyte modifie au moins une des caractéristiques vibrationnelles de la corde tendue (110).
- 5. Détecteur chimique (1) selon l'une quelconque des précédentes revendications, dans lequel le détecteur chimique (1) comporte un corps (20), en matériau sensiblement indéformable et sensiblement stable thermiquement, délimitant au moins une cavité (22), ladite cavité recevant la corde tendu (200), le corps (20) étant un matériau inorganique préférentiellement en céramique ou en acier inoxydable.
- 6. Détecteur chimique (1) selon la revendication 5, dans lequel le Détecteur chimique (1) comporte au moins deux cordes tendues (210,310), une corde tendue (210) dite de détection et une corde tendue (310) dite de référence, le corps délimitant deux cavités (22, 23), une cavité, dite de détection (22), en communication avec le milieu gazeux (2) et une cavité (23), dite de référence, hermétique au milieu gazeux (2), chacune des cavités (22, 23) logeant la corde tendue (210, 310) correspondante ainsi que les moyens d'actionnement et de mesure correspondant à ladite corde tendue (210, 310). 32
- 7. Détecteur chimique (1) selon la revendication 6, dans lequel la cavité de détection (22) est en communication avec le milieu gazeux (2) par la présence d'au moins une portion (221) de paroi (220) présentant une membrane séparatrice de gaz (222).
- 8. Détecteur chimique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque moyen d'actionnement et chaque moyen de mesure sont adaptés pour mesurer et enregistrer au moins une des caractéristiques vibrationnelles de la corde tendue (210, 310) correspondante par une mesure dans un mode de mesure choisi dans le groupe comportant un mode de mesure dit en vibration amortie, un mode de mesure dit en vibration entretenue et un mode de mesure dit en balayage de fréquence.
- 9. Détecteur chimique (1) selon la revendication 4 ou selon l'une des revendications 5 à 8 en combinaison avec la revendication 4, dans lequel l'analyte étant de l'hydrogène moléculaire ou atomique, le matériau sensible étant sélectionné dans le groupe comportant le palladium (Pd), le magnésium (Mg), le cuivre (Cu), le cobalt (Co), le molybdène (Mo), le tungstène (W), le nickel (Ni), le platine (Pt), le tantale (Ta), le zirconium (Zr), le fer (Fe), le titane (Ti), le lithium (Li), le béryllium (Be), le bore (B), le carbone (C), le sodium (Na), l'aluminium (Al), les cermets du type Ba,CeyYZ, les alliages de titane- vanadium-chrome (TiVCr), les alliages de platine-iridium (PtIr) et les alliages comportant au moins l'un des matériaux précédents. 33
- 10. Détecteur chimique (1) selon la revendication 9, dans lequel le matériau sensible est un matériau dont l'interaction avec l'hydrogène entraîne une altération dudit matériau, la ou au moins une corde tendue (210) présentant au moins une portion dans ledit matériau sensible et la section de ladite portion étant définie de manière à ce qu'il existe une quantité seuil d'hydrogène à partir de laquelle l'interaction entre le matériau sensible et l'hydrogène entraîne une altération de ladite portion suffisante pour rompre ladite portion de la ou de l'au moins une corde tendue (210).
- 11. Détecteur chimique (1) selon l'une quelconque des revendications 2, 3, 8 ou 9, dans lequel au moins un moyen d'actionnement et/ou au moins un moyen de mesure est adapté pour fonctionner en présence d'hydrogène, ladite adaptation comportant préférentiellement un revêtement en céramique de protection dudit moyen d'actionnement et/ou dudit moyen de mesure.
- 12. Détecteur chimique (1) selon l'une quelconque des précédentes revendications, dans lequel chaque moyen d'actionnement comporte une bobine électromagnétique (230, 330)) dite d'actionnement, ladite bobine électromagnétique d'actionnement (230, 330) étant en outre préférentiellement un moyen de mesure, la corde tendue (210, 310) correspondante comportant au moins une portion comportant un matériau magnétique. 34
- 13. Détecteur chimique (1) selon l'une quelconque des précédentes revendications, dans lequel chaque moyen de mesure comporte une bobine électromagnétique (240, 340) dite de mesure, la corde tendue (210, 310) correspondante comportant au moins une portion comportant un matériau magnétique.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1154196A FR2975184B1 (fr) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | Detecteur d'especes chimiques a corde vibrante |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1154196A FR2975184B1 (fr) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | Detecteur d'especes chimiques a corde vibrante |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2975184A1 true FR2975184A1 (fr) | 2012-11-16 |
| FR2975184B1 FR2975184B1 (fr) | 2013-07-05 |
Family
ID=44543369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1154196A Active FR2975184B1 (fr) | 2011-05-13 | 2011-05-13 | Detecteur d'especes chimiques a corde vibrante |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2975184B1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3084741A1 (fr) * | 2018-08-02 | 2020-02-07 | Institut De Radioprotection Et De Surete Nucleaire | Procede de determination de la deformation d'une structure de beton au cours du temps |
| FR3103899A1 (fr) | 2019-11-28 | 2021-06-04 | Agence Nationale Pour La Gestion Des Dechets Radioactifs | Système de détection chimique, unité de commande et d’analyse pour un tel système et procédé de détection chimique |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3701392A (en) * | 1969-12-17 | 1972-10-31 | Sauter Kg August | Flat vibrating measuring string |
| US4329775A (en) * | 1977-09-19 | 1982-05-18 | The Foxboro Co. | Pressure measuring apparatus using vibratable wire |
| US4697657A (en) * | 1985-10-21 | 1987-10-06 | Alcor Inc | Piezoelectric weighing device |
-
2011
- 2011-05-13 FR FR1154196A patent/FR2975184B1/fr active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3701392A (en) * | 1969-12-17 | 1972-10-31 | Sauter Kg August | Flat vibrating measuring string |
| US4329775A (en) * | 1977-09-19 | 1982-05-18 | The Foxboro Co. | Pressure measuring apparatus using vibratable wire |
| US4697657A (en) * | 1985-10-21 | 1987-10-06 | Alcor Inc | Piezoelectric weighing device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHIBATA T ET AL: "Application of PdNi-coated magnetic ribbon to a wireless hydrogen sensor", JOURNAL OF THE MAGNETICS SOCIETY OF JAPAN MAGNETICS SOCIETY OF JAPAN JAPAN, vol. 33, no. 2, 1 January 2009 (2009-01-01), pages 50 - 53, XP009154213, ISSN: 1882-2924, DOI: DOI:10.3379/MSJMAG.0901RF8044 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3084741A1 (fr) * | 2018-08-02 | 2020-02-07 | Institut De Radioprotection Et De Surete Nucleaire | Procede de determination de la deformation d'une structure de beton au cours du temps |
| FR3103899A1 (fr) | 2019-11-28 | 2021-06-04 | Agence Nationale Pour La Gestion Des Dechets Radioactifs | Système de détection chimique, unité de commande et d’analyse pour un tel système et procédé de détection chimique |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2975184B1 (fr) | 2013-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9488619B2 (en) | Device and method for monitoring interaction between a fluid and a wall | |
| EP1377793B1 (fr) | Extensometre a longue base, a fibre optique tendue et reseau de bragg, et procede de fabrication de cet extensometre | |
| EP1828744B1 (fr) | Tete de mesure pour instrument de nano-indentation et procede de mesure utilisant telle tete | |
| RU2593440C2 (ru) | Плотномер флюида, содержащий одиночный магнит | |
| US8639066B2 (en) | Nano-structured trampoline fiber gas sensor | |
| FR2894953A1 (fr) | Systeme micro-electromecanique comprenant une partie deformable et un detecteur de contrainte | |
| EP2843484B1 (fr) | Procédé de contrôle pour identifier un mouvement mécanique d'une montre | |
| EP2668510B1 (fr) | Dispositif de mesure de la température d'une poutre vibrante et application à l'amélioration de la précision de mesure d'un capteur à poutre vibrante | |
| FR2953292A1 (fr) | Capteur d'hydrogene et procede de detection d'une concentration en hydrogene. | |
| Latino et al. | Ethanol sensing properties of PMMA-coated fiber Bragg grating | |
| FR2975184A1 (fr) | Detecteur d'especes chimiques a corde vibrante | |
| WO2004005876A1 (fr) | Capteur de pression a fibre optique compense en temperature | |
| EP0426550A1 (fr) | Appareil pour déterminer le coéfficient de dilatation hydrique des élements d'une structure composite | |
| US20100045997A1 (en) | Oxygen sensor using principle of surface plasmon resonance and oxygen transmission rate measurement system including the same | |
| FR3103899A1 (fr) | Système de détection chimique, unité de commande et d’analyse pour un tel système et procédé de détection chimique | |
| EP0931250B1 (fr) | Cellule de conversion d'une pression differentielle en signal electrique | |
| EP3754319B1 (fr) | Indicateur irreversible de variation de pression | |
| FR3030745A1 (fr) | Procede de determination de l'evolution d'un parametre mecanique d'un materiau lors de son vieillissement | |
| Dufour | Examples of vibrating MEMS sensing physical parameters for chemical gas detection | |
| US20230003689A1 (en) | Chemical sensing systems and methods | |
| Kazinczi et al. | Environment-induced failure modes of thin film resonators | |
| BE1019042A3 (fr) | Capteur acoustique pour la mesure d'un gaz dans une enceinte, et ensemble comportant une enceinte et un tel capteur. | |
| EP4382887A1 (fr) | Procédé de détection de cibles à l'aide d'un oscillateur mécanique et de particules fonctionnalisées | |
| EP3126824A1 (fr) | Dispositif de detection et/ou de dosage d'au moins un composé chimique et enceinte destinée à former un tel dispositif | |
| FR2653884A1 (fr) | Procede et dispositif de caracterisation de la texture d'un materiau poreux. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 9 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 10 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 11 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 12 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 14 |