FR3086402A1 - Systeme de controle de spectrometre a distance - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système (1) de contrôle de spectromètre à distance, comprenant : - au moins un dispositif spectrométrique (30) comprenant un spectromètre (3) et des modules annexes (5a, 5b, 5c, 5d), le dispositif spectrométrique (30) étant configuré pour mesurer des données spectrométriques sur un objet et/ou un procédé ; - un dispositif de contrôle (2) configuré pour contrôler le dispositif spectrométrique (30), comprenant : • des moyens de contrôle du dispositif spectrométrique (30), • des moyens d'acquisition et de traitement des données spectrométriques, et • des moyens de communication à distance ; et - au moins un module d'interface (4) configuré pour communiquer avec le dispositif de contrôle (2) à distance, dans lequel le dispositif de contrôle à distance (2) est configuré pour communiquer avec le module d'interface (4) via internet. L'invention concerne également un dispositif (2) de contrôle à distance d'un système spectrométrique (30) configuré pour être utilisé dans un système (1) de contrôle de spectromètre à distance selon l'invention.
Description
« Système de contrôle de spectromètre à distance »
Domaine technique
La présente invention concerne un système de contrôle de spectromètre à distance. Elle concerne également un dispositif de contrôle d'un spectromètre d'un tel système.
Le domaine de l’invention est, de manière non limitative, celui du domaine des analyses à distance.
État de la technique
La spectrométrie est un outil incontournable dans l'identification, la quantification et la caractérisation de substances, composés ou molécules. Elle est utilisée dans de nombreux domaines scientifiques, tels que la physique, la chimie organique, les dosages ou la médecine. La spectrométrie est également très importante dans le domaine industriel, par exemple pour le contrôle de qualité en production, le contrôle de mélanges, de nettoyage en ligne ou la surveillance dans des centres de méthanisation.
L'un de ses avantages majeurs est le temps de détection très rapide.
Cependant, dans certains cas, il n'est pas possible ou très difficile pour un opérateur de piloter ou manipuler un spectromètre directement sur place. En effet, des spectromètres peuvent être employés dans des environnement dangereux pour l'homme ou contraignants en termes de restrictions d'accès tels que des salles blanches. Il peut également être nécessaire d'effectuer des mesures ou contrôles permanents et continus en absence de tout opérateur, ce dernier ne pouvant réaliser que des mesures ponctuelles pendant sa présence
Pour utiliser un spectromètre dans de telles conditions, il est nécessaire de disposer d'un système de contrôle à distance du spectromètre.
- 2 Exposé de l'invention
Un but de la présente invention est d'améliorer des systèmes de contrôle à distance existants.
Un but de la présente invention est de proposer un système de contrôle de spectromètre à distance qui représente une solution globale pour effectuer des analyses spectrométriques dans des environnements inaccessibles par un opérateur quel que soit la distance de l'opérateur par rapport au lieu des analyses.
Un autre but de la présente invention est de proposer un système de contrôle de spectromètre à distance dans lequel tout type de spectromètre peut être utilisé afin de pouvoir effectuer tout type d'analyses spectrométriques.
Il est encore un but de la présente invention de proposer un dispositif de contrôle d'un dispositif spectrométrique à distance, le dispositif de contrôle pouvant être mise en œuvre dans le système de contrôle de spectromètre à distance.
Au moins un de ces buts est atteint avec un système de contrôle de spectromètre à distance, comprenant :
-au moins un dispositif spectrométrique comprenant un spectromètre et des modules annexes, le dispositif spectrométrique étant configuré pour mesurer des données spectrométriques sur un objet et/ou un procédé ;
-un dispositif de contrôle configuré pour contrôler le dispositif spectrométrique, comprenant :
• des moyens de contrôle du dispositif spectrométrique, • des moyens d'acquisition et de traitement des données spectrométriques, • des moyens de communication à distance ; et
-au moins un module d'interface configuré pour communiquer avec le dispositif de contrôle à distance, dans lequel le dispositif de contrôle à distance est configuré pour communiquer avec le module d'interface via internet.
- 3 Le système selon la présente invention offre à un ou plusieurs opérateurs d'accéder à et contrôler un ou plusieurs dispositifs spectrométriques avec un module d'interface ou appareil personnel tel qu'un smartphone ou un ordinateur portable via une connexion internet. Seul un navigateur web est requis sur l'appareil personnel, et en conséquence l'opérateur peut se connecter de n'importe où. Le système permet l'accès au dispositif spectrométrique, la gestion des modules annexes du spectromètre tels que des sources de lumière, des vannes ou des relais, nécessaires à la bonne exploitation du spectromètre, le pilotage du spectromètre ainsi qu'à la configuration et la maintenance du système. Aucune application spécifique n'est nécessaire sur le module d'interface, toute la partie applicative étant installée sur le dispositif de contrôle.
Par la suite, il est bien entendu que le système selon la présente invention peut comprendre un ou plusieurs dispositifs spectrométriques ainsi qu'un ou plusieurs modules d'interface même si seulement un de ces éléments est mentionné ou décrit.
Le terme « un objet et/ou un procédé » signifie tout objet, matière, fluide, procédé de fabrication, de transformation, etc. sur lesquels des mesures spectrométriques peuvent être effectuées avec le présent système.
De manière avantageuse, le module d'interface et/ou le dispositif spectrométrique peut être interchangeable.
Ainsi, le système selon l'invention est opérationnel avec tout type de spectromètre et avec tout type de module d'interface.
Selon des exemples, le module d'interface peut comprendre au moins l'un parmi :
- un smartphone,
- une smartwatch,
- une tablette numérique,
- un ordinateur portable,
- un ordinateur de bureau.
- 4 Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif de contrôle à distance peut en outre être configuré pour communiquer avec le module d'interface via un réseau local filaire ou sans fil.
Ainsi, l'opérateur peut se connecter avec son module d'interface à proximité du dispositif de contrôle à ce dernier, par exemple depuis une salle jouxtant la salle du dispositif spectrométrique, par une connexion Ethernet ou WI_AN (ou WiFi). Un opérateur peut alors se connecter par le réseau local, et un autre opérateur à plus grande distance par internet.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de contrôle du dispositif spectrométrique peuvent comprendre au moins :
-des moyens de configuration du dispositif spectrométrique ;
-des moyens de pilotage du spectromètre ; et/ou
-des moyens de pilotage des modules annexes.
De manière avantageuse, les moyens d'acquisition et de traitement des données spectrométriques du dispositif de contrôle comprennent une base de données comprenant des modèles de spectres de référence et une bibliothèque de prédiction.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de contrôle peut comprendre en outre des moyens d'alerte configurés pour communiquer des signaux d'alerte au module d'interface lorsque le dispositif de contrôle a détecté des anomalies dans le fonctionnement du dispositif spectrométrique, l'objet et/ou le procédé mesuré par le dispositif spectrométrique.
Selon un exemple de mise en œuvre, le spectromètre peut être un spectromètre miniature.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de contrôle à distance d'un dispositif spectrométrique, le dispositif comprenant :
-des moyens de contrôle du dispositif spectrométrique,
- 5 -des moyens d'acquisition et de traitement de données spectrométriques, et
-des moyens de communication à distance, le dispositif de contrôle étant configuré pour être utilisé dans un système de contrôle de spectromètre à distance selon l'invention.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1 est une représentation schématique d'un système de contrôle de spectromètre à distance selon un mode de réalisation de l'invention ; et
- la Figure 2 est un schéma de briques logicielles d'un dispositif de contrôle et d'un module d'interface selon un mode de réalisation de l'invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
- 6 Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
La Figure 1 illustre schématiquement un exemple d'un système de contrôle de spectromètre à distance selon un mode de réalisation de l'invention. Le système 1 comprend un dispositif de contrôle 2, au moins un dispositif spectrométrique 30 et au moins un dispositif/module d'interface 4. Le dispositif spectrométrique 30 comprend un spectromètre 3 et une pluralité de modules ou dispositifs annexes 5a, 5b, 5c, 5d.
Le spectromètre 3 est configuré pour mesurer des spectres de masse, d'absorption, de réflexion, de transflexion et/ou de transmission de substances ou composés qui se trouvent notamment dans des milieux qui ne sont pas ou très difficilement accessibles par un opérateur et, par extension, à tout type de présentation de données spectrales, dont les données d'imagerie multi- ou hyper-spectrale. Ces milieux peuvent être, par exemple, des milieux toxiques tels que des centres de méthanisation, des milieux à risques chimiques ou explosifs ou présentant d'autres risques, des milieux difficiles d'accès pour un opérateur humain, robotisé ou accessibles seulement par des drones, des milieux nécessitant un contrôle permanent, ou des milieux très sensibles tels que des salles blanches.
Le dispositif de contrôle 2 et le dispositif spectrométrique 30 se trouvent dans le même réseau local. Selon un exemple, le dispositif spectrométrique 30 peut être installé dans un laboratoire, une salle d'usine, une salle de traitement chimique, etc., et le dispositif de contrôle 2 peut être installé dans une salle à proximité, par exemple dans le même bâtiment que le dispositif spectrométrique 30.
Le dispositif de contrôle 2 comprend une carte contrôleur principale 21 et au moins une carte contrôleur annexe 22 pour les modules annexes 5a - 5d. La carte contrôleur principale 21 est configurée pour contrôler le spectromètre et pour connecter le dispositif de contrôle 2 au module d'interface 4. L'au moins une carte contrôleur annexe 22 est connectée à la carte contrôleur principale 21 et est configurée pour contrôler les dispositifs annexes 5a - 5d.
- 7 Le dispositif de contrôle 2 peut également comprendre une base de données, figée ou évolutive. Cette base de données comprend une bibliothèque de prédiction de données et de modèles de référence. Le dispositif de contrôle 2 peut alors être configuré pour analyser les données spectrométriques mesurées et effectuer un traitement algorithmique, permettant de comparer la structure de ces données spectrales d'entrée avec les données de référence. Les données analysées évoluant selon des modèles de référence permettent de restituer un résultat d'analyse de quantification et/ou de classification.
Le spectromètre 3, les modules annexes 5a - 5d et le dispositif de contrôle 2 sont connectés par des moyens de communication locale tels que des bus informatiques (« Universal Serial Bus », USB ; « General Purpose Interface Bus », GBIP) ou Ethernet. Dans ce même réseau local se trouvent en outre les dispositifs ou modules annexes 5a, 5b, 5c, 5d qui sont également connectés au dispositif de contrôle 2 par les moyens de communication locale mentionnés.
De manière particulièrement avantageuse, le module d'interface 4 est connecté au dispositif de contrôle 2 via une connexion internet. Cette connexion est une connexion sécurisée afin de protéger les données communiquées entre le dispositif de contrôle 2 et l'interface 4. Une connexion sécurisée peut être réalisée, par exemple, par un réseau privé virtuel (« virtual private network» en langue anglaise, VPN) crée via des tunnels informatiques. En référence à la Figure 1, la connexion internet 10 peut passer par un doud 11, par exemple pour permettre au dispositif de contrôle 2 d'initier un point de connexion « relais ». Ceci permet d'éviter l'ouverture des ports de connexion locaux à l'infrastructure réseau au sein de laquelle se trouvent le dispositif de contrôle 2 et le dispositif spectrométrique 30.
Le module d'interface 4 est un dispositif d'entrée et de sortie pour un opérateur utilisant le dispositif spectrométrique 30 à distance. Le module d'interface 4 est disposé à distance du spectromètre 3 et du dispositif de contrôle 2. La distance entre le module d'interface 4 et le dispositif spectrométrique 30 peut varier de manière importante. Un opérateur peut accéder de n'importe quel endroit au dispositif de contrôle 2. La distance peut être, par exemple, de quelques mètres lorsque l'opérateur se trouve, avec son module d'interface 4, dans la salle à côté de celle où est installé le spectromètre. La distance peut également être de plusieurs milliers de kilomètres.
- 8 Pour la mise en œuvre de la connexion du dispositif de contrôle 2 avec le module d'interface 4, un ou plusieurs routeurs 6 peuvent être utilisés. Le dispositif de contrôle 2 peut communiquer avec un tel routeur 6 par Ethernet ou par une connexion sans fil (WLAN). Le dispositif de contrôle 2 est en outre luimême équipé d'un point d'accès 7 à un réseau local et/ou internet.
Les dispositifs annexes 5a - 5d peuvent comprendre, par exemple, une source de lumière pour le spectromètre 3, des relais électriques, des interrupteurs à contact sec, des vannes, etc.
Le dispositif de contrôle 2 est équipé d'une application spécifique permettant de contrôler, piloter et configurer le spectromètre 3 ainsi que tous les modules annexes 5a - 5d. L'application embarquée est spécifique au dispositif spectrométrique 30 avec lequel le dispositif de contrôle 2 est utilisé. Le dispositif de contrôle 2 permet notamment d'effectuer, à distance ou non, les actions suivantes (liste non-exhaustive) :
- la configuration du spectromètre 3,
- le démarrage d'une séance de mesure de spectre,
- l'acquisition de données spectrométriques brutes,
- le traitement des données spectrométriques et le calcul de spectres à partir des modèles de prédiction et de référence en utilisant la base de données embarquée dans le dispositif de contrôle 2, et
- la gestion de la maintenance des ressources embarquées dans le dispositif de contrôle 2 telles que des briques logicielles et de la base de données, c'est-à-dire, par exemple, leur mise à jour régulière et/ou ponctuelle.
Le dispositif de contrôle 2 permet également d'effectuer à distance :
- la configuration de modules annexes 5a - 5d afin d'adapter le dispositif spectrométrique 30 aux contraintes de mesure actuelles,
- le pilotage des modules annexes 5a - 5d, par exemple d'électrovannes et/ou relais, ou mise sous tension d'équipements divers,
- la gestion de la maintenance des modules annexes 5a - 5d.
A titre d'exemple, il est possible de commander l'allumage et l'extinction de la source de lumière du spectromètre. Ceci est particulièrement important lorsque la source de lumière est associée à une fibre optique. En effet, une fibre optique permet de déporter le point de mesure à quelques mètres du spectromètre, par exemple pour des raisons d'encombrement ou de facilité de
- 9 mise en place. La source de lumière est alors allumée uniquement lorsque de la lumière doit être envoyée vers la matière ou l'objet à analyser, permettant ainsi d'augmenter la durée de vie la source de lumière.
De manière avantageuse, il est notamment possible d'effectuer une analyse spectrométrique cyclique continue et automatique, tout en ayant la possibilité de prendre la main sur le dispositif spectrométrique 30 à distance en cas de besoin.
Lorsqu'un résultat d'analyse ne correspond pas aux résultats attendus, que le spectromètre 3 ou l'un des modules annexes 5a - 5d montre des anomalies, une défaillance ou des signes d'une défaillance proche, le dispositif de contrôle 2 communique au module d'interface 4 un signal d'alerte. Ce signal d'alerte peut, par exemple, être envoyé en tant qu'email ou SMS à un ou plusieurs opérateurs. Dans ce cas, l'opérateur est prévenu que les résultats de l'analyse obtenus peuvent être erronés. Un opérateur peut également intervenir à temps sur place ou à distance pour remettre le dispositif spectrométrique 30 en parfait état de fonctionnement, le cas échéant.
Le module d'interface 4 peut être tout type de terminal d'opérateur, pourvu qu'il dispose d'une fonctionnalité de connexion à internet et d'un navigateur web. Le module d'interface 4 peut être, par exemple, un ordinateur de bureau, un ordinateur portable, une tablette ou un smartphone, etc.
De manière particulièrement avantageuse, pour se connecter au dispositif de contrôle 2 et accéder aux fonctionnalités du dispositif spectrométrique 30, le module d'interface 4 n'a pas besoin d'être équipé d'une application de contrôle du spectromètre et/ou des modules annexes. Il suffit d'un navigateur web sur lequel l'opérateur se connecte avec un compte personnel ou institutionnel pour accéder au dispositif de contrôle 2. Un tel module d'interface 4 équipé d'un navigateur web pour se connecter au dispositif de contrôle 2 est également appelé « thin client », du fait qu'aucune application de contrôle du dispositif spectrométrique 30 n'est installée sur le module d'interface 4 même. Une fois connecté avec son compte, l'utilisateur ou opérateur peut utiliser une application de contrôle installée sur le dispositif de contrôle 2, en visualisant l'interface graphique de l'application embarquée.
- 10 Bien entendu, le système 1 selon la présente invention peut comprendre une pluralité de modules d'interface 4. Une pluralité d'utilisateurs ou opérateurs est ainsi en mesure de se connecter à distance au dispositif de contrôle 2 en utilisant leurs ordinateurs, smartphones, tablettes ou autres types de module d'interface 4. Dans ce cas, chacun des utilisateurs peut avoir un compte personnel sur lequel il doit se connecter avec un mot de passe pour accéder aux fonctionnalités du dispositif de contrôle 2.
Selon un mode de réalisation, le système 1 de contrôle de spectromètre à distance dispose, en plus de la connexion internet à distance entre le dispositif de contrôle et le module d'interface, d'une connexion locale entre le module d'interface, se trouvant à proximité du dispositif de contrôle et du spectromètre, et le dispositif de contrôle. Cette connexion locale, indiquée par la référence 15 sur la Figure 1, peut être réalisée, par exemple, par WLAN ou par Ethernet. Ainsi, un utilisateur ou opérateur se trouvant à proximité de l'installation du spectromètre 3 et du dispositif de contrôle 2 (par exemple, dans un local à côté) peut également se connecter à ce dernier avec son module d'interface.
De manière alternative ou en plus, le dispositif de contrôle peut être directement pourvu d'une interface graphique intégrée, par exemple sous forme d'un écran tactile. L'opérateur peut alors contrôler le dispositif spectrométrique à partir de cette interface graphique.
La Figure 2 illustre un exemple d'un schéma de principe des briques logicielles installées sur le dispositif de contrôle 2 et sur le module d'interface 4, et de leurs interactions, indiquées par des flèches. Comme indiqué ci-dessus, le dispositif de contrôle 2, et plus précisément sa carte contrôleur principale, embarque une base de données et notamment une bibliothèque 23 de prédiction de données et de modèles de référence 24, et une application web 25 de contrôle pour contrôler le dispositif spectrométrique, traiter des données spectrométriques 31 mesurées par le dispositif spectrométrique et communiquer avec le module d'interface. Une interface graphique 41 (« graphical user interface » en langue anglaise, GUI) de l'application web 25 est présente sur le module d'interface 4. Un tableau de bord web 42 est chargé sur le module d'interface 4 lorsque l'opérateur se connecte au dispositif de contrôle 2 via l'application web 41, permettant une visualisation de l'état de capteurs, relais ou autres équipements annexes 5a - 5d, des éventuels
- 11 messages d'erreur ainsi que des spectres obtenus lors du lancement d'une analyse par l'opérateur.
Le système selon la présente invention peut être mis en œuvre, par exemple, dans un poste de surveillance d'un centre de méthanisation. Ceci permet d'effectuer des analyses en continu de la qualité des matières en circulation entre les sous-ensembles du centre de méthanisation. En cas d'éventuels dysfonctionnements, le dispositif de contrôle à distance peut générer des alertes pour des opérateurs à distance, ce qui permet par exemple d'effectuer des analyses complémentaires à distance avant d'envoyer du personnel sur place.
D'autres exemples de mise en œuvre incluent l'utilisation d'un système spectrométrique sur des lignes de production, par exemple, pour des contrôles de qualité, de quantités, de déroulement de procédés de transformation, de fermentation, de cuisson, ou l'installation d'un tel système dans un centre de tri de déchets.
Le système selon l'invention peut comprendre tout type de spectromètre. Il peut par exemple comprendre un spectromètre miniature et notamment un spectromètre miniature embarqué dans un système destiné à l'analyse spectrométrique, ou tout autre type de spectromètre de masse ou de spectromètre optique délivrant des mesures d'absorption, de réflexion, de transflexion et/ou de transmission.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Système (1) de contrôle de spectromètre à distance, comprenant :- au moins un dispositif spectrométrique (30) comprenant un spectromètre (3) et des modules annexes (5a, 5b, 5c, 5d), le dispositif spectrométrique (30) étant configuré pour mesurer des données spectrométriques sur un objet et/ou un procédé ;- un dispositif de contrôle (2) configuré pour contrôler le dispositif spectrométrique (30), comprenant :• des moyens de contrôle du dispositif spectrométrique (30), • des moyens d'acquisition et de traitement des données spectrométriques, et • des moyens de communication à distance ; et- au moins un module d'interface (4) configuré pour communiquer avec le dispositif de contrôle (2) à distance, dans lequel le dispositif de contrôle à distance (2) est configuré pour communiquer avec le module d'interface (4) via internet.
- 2. Système (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module d'interface (4) et/ou le dispositif spectrométrique (30) est interchangeable.
- 3. Système (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de contrôle du dispositif spectrométrique (30) comprennent au moins :- des moyens de configuration du dispositif spectrométrique (30) ;- des moyens de pilotage du spectromètre (3) ; et/ou- des moyens de pilotage des modules annexes (5a, 5b, 5c, 5c).
- 4. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'acquisition et de traitement des données spectrométriques du dispositif de contrôle (2) comprennent une base de données comprenant des modèles de spectres de référence et une bibliothèque de prédiction.
- 5. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d'interface (4) comprend au moins l'un parmi :- un smartphone,- une smartwatch,- une tablette numérique,- un ordinateur portable,- un ordinateur de bureau.
- 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle à distance (2) est en outre configuré pour communiquer avec le module d'interface (4) via un réseau local filaire ou sans fil.
- 7. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (2) comprend en outre des moyens d'alerte configurés pour communiquer des signaux d'alerte au module d'interface (4) lorsque le dispositif de contrôle (2) a détecté des anomalies dans le fonctionnement du dispositif spectrométrique (30), l'objet et/ou le procédé mesuré par le dispositif spectrométrique.
- 8. Système (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le spectromètre (3) est un spectromètre miniature.
- 9. Dispositif (2) de contrôle à distance d'un dispositif spectrométrique (30), le dispositif comprenant :- des moyens de contrôle du dispositif spectrométrique (30),- des moyens d'acquisition et de traitement de données spectrométriques, et- des moyens de communication à distance, le dispositif de contrôle (2) étant configuré pour être utilisé dans un système (1) de contrôle de spectromètre à distance selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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