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Ce thème est abordé sous l'angle du développement de trois capteurs miniatures pour l’analyse des liquides industriels. Ils visent à mesurer les taux d'Oxygène dissous, de potentiel d’oxydoréduction et de biomasse, et sont intégrés au sein d'un système de mesure sans fil et mobile.
Ces capteurs sont destinés à plusieurs types de marché, de la cosmétique aux biotechnologies.
Dans un de ces systèmes, plusieurs capteurs sont intégrables :
Température, conductivité, pH, Turbidité, Force d’entrainement, Pression dynamique,
et éventuellement :
Oxygène dissous, Potentiel d’oxydoréduction, Biomasse.
Les systèmes étant alimentées par une pile, les capteurs développés sont actifs, et donc directs, au sens où les paramètres physicochimiques énumérés ci-dessus sont ressentis en une tension que la calibration convertit en la valeur de ces paramètres.
Pour chaque capteur, la phase initiale s’effectue en six étapes principales :
1) Enquête sur les sondes du marché : listage de leur caractéristique, nature, composition, performance, prix
2) Établissement d’un cahier des charges
3) Élaboration d’un banc de test
4) Commande des pièces
5) Assemblage
6) Essais électroniques
La suite est la phase de développement, qui demande une grande polyvalence des compétences :
- d’imagination, où la fibre de l’ingénierie doit s’exprimer pour trouver des solutions aux problèmes qui se posent, ainsi que des innovations permettant de se démarquer du marché.
- d’expérimentation, pour manipuler rigoureusement selon le protocole défini dans le banc de test convenu.
- de traitement du signal.
- de réseau, dont il faut s’entourer pour permettre la pleine mise à l’épreuve du capteur (contrôle qualité, essais en condition réelle…).
Le capteur idéal est un capteur mobile, autonome, sans fil et mesurant en temps réel les valeurs physicochimiques dans le domaine de l’analyse de liquides industriels.
La miniaturisation, surtout, représente le challenge le plus relevé :
L’échelle millimétrique induit des contraintes en terme de trajet optique, agencement spatial des composant, électronique de mesure, ou encore autonomie du capteur mobile.
Les systèmes mobiles évoluent dans un milieu liquide et captent et mesurent leur paramètre physicochimique dédié.
Dans le même temps, elles envoient l’information par fréquence radio au dataloger, le transmetteur d’acquisition de données.
Les systèmes d’analyse qu’emploient souvent les industriels sont souvent des mesures « offline », c.a.d des mesures effectuées sur un prélèvement, ou bien des mesures « at line », c.a.d. effectuées au travers d’un tuyau dans lequel le milieu est détourné temporairement.
L’innovation vers laquelle il faut aujourd'hui se diriger concerne une mesure « on line », c.a.d. au cœur de l’écoulement.
La transmission des données par radiofréquence s’effectue dans une gamme hertzienne bien particulière pour laquelle il n’y a que peu d’absorption par l’eau du milieu.
Le but est d’intégrer un capteur sur mesure, électronique incluse, dans un système de mesure sans fil et mobile.
Le système de mesure doit pouvoir embarquer deux senseurs :
Un capteur spécifique ainsi qu’un capteur de température, presque toutes les valeurs des paramètres physicochimiques étant en partie liées à la température.
Les données envoyées par les systèmes mobiles par fréquence radio sont reçues, affichées et archivées par le datalogger, le transmetteur d’acquisition de données.
Certains datalogger sont tout-à-fait capable d’afficher en temps réel les courbes de données et de délivrer des fichiers de données.
Le but est de concevoir, développer et caractériser le capteur pour qu’il soit compétitif au regard du marché. La mesure sans fil, mobile, en temps réel et au cœur du procédé suffit pour la démarcation.
Le procédé est alors de se rapprocher, sans pour autant les dépasser, des performances des capteurs du marché.
JRV
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