WO2020007517A1 - Procede d'analyse d'un fluide d'un vehicule automobile a partir d'un capteur optique - Google Patents

Procede d'analyse d'un fluide d'un vehicule automobile a partir d'un capteur optique Download PDF

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storage
interferometer
unit
switching
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Wladia WASZAK
Franck D'ARAUJO
Christophe Duchemin
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Continental Automotive Technologies GmbH
Continental Automotive France SAS
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    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N2021/3129—Determining multicomponents by multiwavelength light
    • G01N2021/3137—Determining multicomponents by multiwavelength light with selection of wavelengths after the sample

Definitions

  • the present invention relates to the automotive field and relates more particularly to the analysis of the fuel of a motor vehicle.
  • a motor vehicle conventionally comprises an engine supplied with fuel, such as a liquid hydrocarbon or natural gas.
  • the fuel is analyzed before being injected into the engine to determine its composition and quality.
  • such an optical sensor 1 comprises a light source 2 emitting a light beam F and a spectrometer 3 analyzing the light beam F emitted by the light source 2.
  • the fuel C to be analyzed circulates between the source of light 2 and the spectrometer 3 so that the light beam F crosses the fuel C and thus the spectrometer 3 analyzes the composition of the fuel C from the spectrometric study of the light beam F.
  • the spectrometer 3 comprises a Fabry-Pérot interferometer 4 made up of two semi-reflecting mirrors 4 ’placed opposite one another.
  • Such an interferometer 4 makes it possible to analyze only one wavelength of the light beam F at a time, this wavelength depending on the distance between the two mirrors 4 ’.
  • the supply voltage of the interferometer 4 is varied, which has the effect of varying the distance between the mirrors 4 ’.
  • the interferometer 4 is voltage-controlled by a microcontroller 5.
  • a low-pass filter 6 is placed between the microcontroller 5 and the interferometer 4.
  • This low-pass filter 6 makes it possible to store the electrical energy delivered by the microcontroller 5 and d 'supply the interferometer 4 when a sufficient quantity of energy has been stored, thus making it possible to deliver the desired voltage to the interferometer 4 with precision.
  • the prior storage of electrical energy before each measurement in the low-pass filter 6 increases the time necessary to carry out a measurement and therefore the time necessary for the analysis of the fuel.
  • the subject of the invention is a method for analyzing a fluid in a motor vehicle from an optical sensor, said optical sensor comprising:
  • a light source capable of emitting a light beam through said measurement cell
  • a Fabry-Pérot interferometer capable of measuring at least one parameter of a light beam having passed through the measurement cell to perform the spectral analysis and thus determine the composition and / or the quality of the fluid
  • the optical sensor comprising at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit, it comprises:
  • the method according to the invention makes it possible to limit the time necessary for the analysis of the fluid by using a plurality of storage units delivering successively (ie one after the other) a voltage to the interferometer in order to perform the analysis of the fluid at several wavelengths. Thus, it is no longer necessary to wait for the reloading of a single storage unit between two successive measurements, as is the case in the prior art.
  • the analysis of the fluid can thus be carried out continuously as long as at least one storage unit is capable of supplying the interferometer.
  • the fluid is a liquid fuel or a gas, for example natural gas.
  • all of the storage units are electrically charged prior to the supply of the interferometer by the first storage unit.
  • the charge of the first storage unit corresponds to the storage of a first electrical charge in the first storage unit.
  • the charge of the second storage unit corresponds to the storage of a second electrical charge in the second storage unit.
  • the first storage unit being, on the one hand, electrically connected to the generator by a first storage switching unit and, on the other hand, connected to the interferometer by a first switching unit d power supply
  • the second storage unit being, on the one hand, electrically connected to the generator by a second storage switching unit and, on the other hand, connected to the interferometer by a second power switching unit, each of said first storage switch unit, said first power switch unit, said second storage switch unit, said second power switch unit being adapted to switch between an open state and a closed state
  • the method comprises:
  • the second storage switching unit being in the open state, a substep for switching the first storage switching unit in the closed state in order to store a first electrical charge in the first storage unit,
  • the second power switching unit being in the open state, a substep for switching the first power switching unit in the closed state in order to deliver the first voltage to the interferometer, and
  • the charging steps can be carried out prior to the start of the measurement phase in order to save the charging time, during a phase vehicle dead, preferably when switching on the light source or when switching on the sensor.
  • the charging of the first storage unit can be carried out when the second storage unit supplies the interferometer so as to be able to carry out another measurement once the second storage unit is discharged.
  • the number of storage units can be greater than two in order to increase the measurement rate and / or limit the analysis time of the fluid.
  • each storage unit may in particular correspond to each of the wavelengths at which a measurement must be made.
  • the electric generator is a voltage generator, preferably adapted to generate a pulse-modulated signal.
  • the interferometer in particular a tunable interferometer, is thus voltage-controlled by said pulse-modulated signal.
  • the pulse-modulated signal is of the PWM type in order to easily modify the voltage generated.
  • the electrical charge stored in the first storage unit can be different from the electrical charge stored in the second storage unit in order to deliver different voltages to the interferometer, allowing analyzes of the fluid at different wavelengths.
  • the first storage unit and the second storage unit are each in the form of a capacitor.
  • a capacitor thus fulfills the dual function of storing an electrical charge and filtering the PWM signal.
  • the first storage switching unit, the first power switching unit, the second storage switching unit and the second power switching unit are each in the form of a switch, which allows easy management of the charges and discharges of the first storage unit and the second storage unit.
  • the charging step comprises substeps for switching each storage switching unit to the open state when the electrical charge is stored in each storage unit.
  • the supply step comprises substeps for switching each supply switching unit in the open state when the electrical charge has been delivered to the interferometer.
  • the invention also relates to an optical sensor for analyzing a fluid, said optical sensor comprising a measurement cell capable of being traversed by the fluid to be analyzed, a light source capable of emitting a light beam passing through said measurement cell , a Fabry-Pérot interferometer able to measure at least one parameter a light beam having passed through the measuring cell, a voltage generator, at least first and second electrical energy storage units, said optical sensor being able to control:
  • the electrical power supply to the interferometer by the second storage unit at a second voltage in order to carry out a second analysis of the fluid at a second wavelength.
  • the first storage unit being, on the one hand, electrically connected to the generator by a first storage switching unit and, on the other hand, connected to the interferometer by a first switching unit d power supply
  • the second storage unit being, on the one hand, electrically connected to the generator by a second storage switching unit and, on the other hand, connected to the interferometer by a second power switching unit, each of said first storage switch unit, said first power switch unit, said second storage switch unit, said second power switch unit being adapted to switch between an open state and a closed state .
  • the fluid is a gas, for example natural gas, or a liquid fuel.
  • the invention further relates to a motor vehicle comprising an engine powered by a fluid, said vehicle comprising an optical sensor as presented above, for the analysis of said fluid.
  • FIG. 1 schematically represents an optical sensor according to the prior art (described above).
  • FIG. 2 shows schematically the power supply of the interferometer of the sensor of Figure 1 (also described above).
  • FIG. 3 schematically represents a partial embodiment of an optical sensor according to the invention.
  • FIG. 4 schematically illustrates an analysis method from the sensor of FIG. 3.
  • the method according to the invention is presented mainly for implementation in a motor vehicle. However, any implementation in a different context, in particular in any type of vehicle supplied with liquid or gaseous fuel is targeted by the invention.
  • an optical sensor 100 for analyzing the fuel for supplying the engine of a motor vehicle there is shown an optical sensor 100 for analyzing the fuel for supplying the engine of a motor vehicle.
  • This optical sensor 100 includes a light source (not shown) configured to emit a light beam, a Fabry-Pérot interferometer 10 configured to perform the spectral analysis of the light beam, and a measurement cell (not shown) configured to be crossed by the fluid to be analyzed.
  • the measurement cell is placed between the light source and the Fabry-Pérot interferometer 10 so that the light beam is able to pass through the fluid to be analyzed, in this case fuel.
  • the fuel can be in gaseous form, in particular in the case of natural gas, or liquid, in particular in the case of diesel or gasoline. Fuel changes the spectral density of the light beam passing through it.
  • the spectral analysis of the light beam makes it possible to determine different characteristics of the fuel, such as its composition, its quality, or its calorific value. These characteristics make it possible to optimize the settings for the operation of the engine and the pollution control system.
  • the Fabry-Pérot interferometer 10 includes two semi-reflecting mirrors (not shown) placed opposite one another. The two mirrors are placed at a distance determined according to the wavelength to be analyzed. When using the optical sensor 100, the distance between the mirrors varies in order to analyze different wavelengths and thus determine the composition and quality of the fuel.
  • Such an interferometer is designated a tunable interferometer, that is to say adaptable to a particular wavelength by modifying the distance between the two mirrors.
  • the interferometer 10 is configured to be supplied electrically at variable voltage in order to modify the distance between the mirrors.
  • a given voltage value corresponding to a given distance between the mirrors supplying the interferometer 10 with different voltage values makes it possible to carry out parameter measurements of the light beam at different distances from the mirrors and therefore at different lengths wave.
  • the optical sensor 100 further comprises a voltage generator 20 as well as a first storage unit 31, a second storage unit 32 and a third storage unit 33.
  • the optical sensor 100 also comprises a first storage switching unit 41, a second storage switching unit 42, a third storage switching unit 43, a first storage unit power switching 51, a second power switching unit 52 and a third power switching unit 53
  • the voltage generator 20 is an electrical generator configured to deliver an electrical control voltage for the interferometer 10. According to one embodiment according to the invention, the voltage generator 20 is configured to deliver a width-modulated signal. impulse, PWM type for Maise Width Modulation in English. Such a signal makes it possible to vary the voltage delivered. The voltage variation is obtained after filtering the PWM signal in a low-pass filter of the optical sensor 100. Since such a voltage variation is known, it will not be described in more detail.
  • the first storage unit 31, the second storage unit 32 and the third storage unit 33 are configured to store an electric charge in order to subsequently supply the interferometer 10 with voltage, the value of said voltage depending on the value of said electrical charge.
  • the first storage unit 31, the second storage unit 32 and the third storage unit 33 are each in the form of a capacitor.
  • Such a capacitor also makes it possible to filter the PWM signal delivered by the generator 20.
  • first storage unit 31, the second storage unit 32 and the third storage unit 33 could be in any other form making it possible to store an electric charge, in particular a filter, a battery, etc.
  • the first storage unit 31, the second storage unit 32 and the third storage unit 33 are connected in parallel so that they can be controlled independently of each other. This makes it possible to store a different electrical charge in each of the first storage unit 31, of the second storage unit 32 and of the third storage unit 33 in order to power the interferometer 10 according to different voltage values and thus carry out measurements for different wavelengths.
  • the optical sensor 100 could include two or more than three.
  • the optical sensor 100 could include as many storage units as there are wavelengths for which a measurement is to be made.
  • the first storage unit 31 is electrically connected, on the one hand, to the generator 20 by the first storage switching unit 41 and, on the other hand, to the interferometer 10 by a first power switching unit 51.
  • the second storage unit 32 is electrically connected, on the one hand, to the generator 20 by the second storage switching unit 42 and, on the other hand, to the interferometer 10 by the second power switching unit 52.
  • the third storage unit 33 is electrically connected, on the one hand, to the generator 20 by the third storage switching unit 43 and, on the other hand, to the interferometer 10 by the third power switching unit 53.
  • Each of said first storage switching unit 41, said first power switching unit 51, said second storage switching unit 42, said second power switching unit 52, said third power switching unit storage 43 and said third power switching unit 53 in the form of a switch able to switch between an open state and a closed state.
  • the optical sensor 100 can also comprise an impedance adapter 60 electrically connected to the interferometer 10 and to the power switching units 51, 52, 53.
  • This adapter 60 makes it possible to avoid leaks current through the interferometer 10 so that the storage units 31, 32, 33 do not discharge.
  • the electric charge stored in a storage unit 31, 32, 33 does not vary over time, which makes it possible to precisely deliver the desired voltage during a measurement.
  • the adapter 60 comprises an operational amplifier, preferably in follower mounting.
  • the first storage switching unit 41 is firstly switched to the state closed during a substep E1 1.
  • the voltage generator 20 supplies the first storage unit 31 so as to store a first electrical charge in the first storage unit 31.
  • the first storage switching unit 41 switches to the open state during a sub-step E12.
  • the first storage unit 31 is thus isolated from the generator 20, which makes it possible to maintain the stored charge.
  • the second storage switching unit 42 switches to the closed state during a substep E13.
  • the generator 20 supplies the second storage unit 32 so as to store a second electrical charge in the second storage unit 32.
  • the second storage switching unit 42 switches to the open state when a sub-step E14.
  • the second storage unit 32 is then also isolated from the generator 20, which makes it possible to maintain the stored charge.
  • the third storage switching unit 43 switches to the closed state during a substep E15.
  • the generator 20 supplies the third storage unit 33 so as to store a third electrical charge in the third storage unit 33.
  • the third storage switching unit 43 switches to the open state when a sub-step E16.
  • the second storage unit 33 is then also isolated from the generator 20, which makes it possible to maintain the stored charge.
  • the first storage unit 31, the second storage unit 32 and the third storage unit 33 are electrically charged, it is then possible to carry out the measurements.
  • the measurements can be carried out following the storage of the electrical charges or alternatively.
  • the first storage unit 31, the second storage unit 32 and the third storage unit 33 thus make it possible to delay between the moment when the charges are stored and the moment when the measurements are carried out.
  • the interferometer 10 is supplied with electric voltage by the first storage unit 31, the second storage unit 32 and the third storage unit 33.
  • the first supply switching unit 51 switches to the closed state during a substep E21.
  • the first storage unit 31 then delivers a first electrical voltage value, corresponding to the first electrical charge, in order to power the interferometer 10.
  • the mirrors of the interferometer 10 move (if necessary) so that the distance between them separating corresponds to the value of the first electrical voltage delivered.
  • An analytical measure fuel can then be produced for a first wavelength.
  • the first power switching unit 51 switches to the open state during a substep E22.
  • the first storage unit 31 is then discharged.
  • the second power switching unit 52 switches to the closed state during a substep E23.
  • the second storage unit 32 then delivers a second value of electrical voltage, corresponding to the second electrical charge, in order to power the interferometer 10.
  • the mirrors of the interferometer 10 move (if necessary) so that the distance between them separating corresponds to the value of the second electrical voltage delivered.
  • a fuel analysis measurement can then be performed for a second wavelength.
  • the second power switching unit 52 switches to the open state during a substep E24.
  • the second storage unit 32 is then discharged.
  • the third power switching unit 53 switches to the closed state during a substep E25.
  • the third storage unit 33 then delivers a third value of electrical voltage, corresponding to the third electrical charge, in order to power the interferometer 10.
  • the mirrors of the interferometer 10 move (if necessary) so that the distance between them separating corresponds to the value of the third electrical voltage delivered.
  • a fuel analysis measurement can then be performed for a third wavelength.
  • the third power switching unit 53 switches to the open state during a substep E26.
  • the third storage unit 33 is then discharged.
  • the interferometer 10 is thus controlled according to different electrical voltages, which makes it possible to carry out measurements for different wavelengths.
  • the time required to analyze the fuel according to the different wavelengths is thus optimized since it no longer depends on the loading time of a single storage unit as in the prior art.
  • the first storage unit 31, the second storage unit 32 and the third storage unit 33 which are not in the process of supplying the interferometer 10 can be charged in turn by the generator 20 in order to optimize the measurement time at the different wavelengths.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé d'analyse d'un fluide d'un véhicule automobile à partir d'un capteur optique (100) comprenant un interféromètre (10) de Fabry-Pérot pour réaliser l'analyse spectrale d'un faisceau lumineux, un générateur de tension (20) et des unités de stockage (31, 32, 33) d'énergie électrique. Le procédé comprend des étapes successives de charge des unités de stockage (31, 32, 33) par le générateur (20) et d'alimentation en énergie électrique de l'interféromètre (10) par les unités de stockage (31, 32, 33).

Description

Procédé d’analyse d’un fluide d’un véhicule automobile à partir d’un capteur optique
La présente invention se rapporte au domaine de l’automobile et concerne plus particulièrement l’analyse du carburant d’un véhicule automobile.
Un véhicule automobile comprend de manière classique un moteur alimenté en carburant, tel qu’un hydrocarbure liquide ou du gaz naturel.
Afin d’optimiser le fonctionnement du moteur, le carburant est analysé avant d’être injecté dans le moteur afin de déterminer sa composition et sa qualité. Dans ce but, il est connu de monter un capteur optique dans le véhicule.
Comme illustré sur la figure 1 , un tel capteur optique 1 comprend une source de lumière 2 émettant un faisceau lumineux F et un spectromètre 3 analysant le faisceau lumineux F émis par la source de lumière 2. Le carburant C à analyser circule entre la source de lumière 2 et le spectromètre 3 afin que le faisceau lumineux F traverse le carburant C et ainsi que le spectromètre 3 analyse la composition du carburant C à partir de l’étude spectrométrique du faisceau lumineux F.
Le spectromètre 3 comprend un interféromètre 4 de Fabry-Pérot constitué de deux miroirs 4’ semi-réfléchissant placés en regard l’un de l’autre. Un tel interféromètre 4 permet d’analyser une seule longueur d’onde du faisceau lumineux F à la fois, cette longueur d’onde dépendant de la distance entre les deux miroirs 4’. Afin d’analyser tout le spectre, il est connu de modifier la distance entre ces miroirs 4’. Dans ce but, on fait varier la tension d’alimentation de l’interféromètre 4, ce qui a pour effet de faire varier la distance entre les miroirs 4’. En référence à la figure 2, l’interféromètre 4 est commandé en tension par un microcontrôleur 5.
Cependant, un tel capteur présente des inconvénients. En effet, pour déterminer la composition et la qualité du carburant, un nombre important de longueurs d’onde doivent être analysées, ce qui nécessite d’effectuer un nombre important de mesures et s’avère donc chronophage. De manière connue, les mesures sont réalisées pour 76 longueurs d’onde, ce qui nécessite un délai d’environ 5 ou 6 secondes. Une solution évidente serait de limiter le nombre de mesures, cependant, cela limiterait les résultats d’une telle analyse du carburant.
De plus, pour obtenir des mesures précises, la variation de tension électrique alimentant l’interféromètre 4 doit être fine. Dans ce but, toujours en référence à la figure 2, un filtre passe-bas 6 est placé entre le microcontrôleur 5 et l’interféromètre 4. Ce filtre passe-bas 6 permet de stocker l’énergie électrique délivrée par le microcontrôleur 5 et d’alimenter l’interféromètre 4 lorsqu’une quantité suffisante d’énergie a été stockée, permettant ainsi de délivrer la tension désirée à l’interféromètre 4 avec précision. Toutefois, le stockage préalable de l’énergie électrique avant chaque mesure dans le filtre passe-bas 6 augmente le temps nécessaire pour effectuer une mesure et donc la durée nécessaire à l’analyse du carburant.
Il existe donc le besoin d’une solution permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients et notamment d’un procédé permettant d’effectuer des mesures spectrométriques sur le carburant d’un véhicule automobile de manière rapide, fiable et efficace.
A cette fin, l’invention a pour objet un procédé d’analyse d’un fluide d’un véhicule automobile à partir d’un capteur optique, ledit capteur optique comprenant :
- une cellule de mesure apte à être traversée par le fluide à analyser,
- une source de lumière apte à émettre un faisceau lumineux à travers ladite cellule de mesure,
un interféromètre de Fabry-Pérot apte à effectuer la mesure d’au moins un paramètre d’un faisceau lumineux ayant traversé la cellule de mesure pour en réaliser l’analyse spectrale et déterminer ainsi la composition et/ou la qualité du fluide,
- un générateur de tension,
le procédé étant remarquable en ce que, le capteur optique comprenant au moins une première unité de stockage d’énergie électrique et une deuxième unité de stockage d’énergie électrique, il comprend :
- une étape de charge de la première unité de stockage par le générateur,
- une étape de charge de la deuxième unité de stockage par le générateur,
une étape d’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre par la première unité de stockage à une première tension afin de réaliser une première analyse du fluide à une première longueur d’onde,
une étape d’interruption de l’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre par la première unité de stockage, et
une étape d’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre par la deuxième unité de stockage à une deuxième tension afin de réaliser une deuxième analyse du fluide à une deuxième longueur d’onde.
Le procédé selon l’invention permet de limiter le temps nécessaire à l’analyse du fluide en utilisant une pluralité d’unités de stockage délivrant successivement (i.e. les unes après les autres) une tension à l’interféromètre afin réaliser l’analyse du fluide à plusieurs longueurs d’onde. Ainsi, il n’est plus nécessaire d’attendre le rechargement d’une unique unité de stockage entre deux mesures successives comme cela étant le cas dans l’art antérieur. L’analyse du fluide peut ainsi être réalisée en continu tant qu’au moins une unité de stockage est capable d’alimenter l’interféromètre. De préférence, le fluide est un carburant liquide ou un gaz, par exemple du gaz naturel.
De préférence, l’ensemble des unités de stockage sont chargées électriquement préalablement à l’alimentation de l’interféromètre par la première unité de stockage.
La charge de la première unité de stockage correspond au stockage d’une première charge électrique dans la première unité de stockage. De même, la charge de la deuxième unité de stockage correspond au stockage d’une deuxième charge électrique dans la deuxième unité de stockage.
Dans une forme de réalisation préférée, la première unité de stockage étant, d’une part, reliée électriquement au générateur par une première unité de commutation de stockage et, d’autre part, reliée à l’interféromètre par une première unité de commutation d’alimentation, et la deuxième unité de stockage étant, d’une part, reliée électriquement au générateur par une deuxième unité de commutation de stockage et, d’autre part, reliée à l’interféromètre par une deuxième unité de commutation d’alimentation, chacune de ladite première unité de commutation de stockage, de ladite première unité de commutation d’alimentation, de ladite deuxième unité de commutation de stockage, de ladite deuxième unité de commutation d’alimentation étant adaptée pour basculer entre un état ouvert et un état fermé, le procédé comprend :
o la deuxième unité de commutation de stockage étant à l’état ouvert, une sous-étape de basculement de la première unité de commutation de stockage à l’état fermé afin de stocker une première charge électrique dans la première unité de stockage,
o une sous-étape de basculement de la première unité de commutation de stockage à l’état ouvert et de basculement de la deuxième unité de commutation de stockage à l’état fermé afin de stocker une deuxième charge électrique dans la deuxième unité de stockage,
o la deuxième unité de commutation d’alimentation étant à l’état ouvert, une sous-étape de basculement de la première unité de commutation d’alimentation à l’état fermé afin de délivrer la première tension à l’interféromètre, et
o une sous-étape de basculement de la première unité de commutation d’alimentation à l’état ouvert et de basculement de la deuxième unité de commutation d’alimentation à l’état fermé afin de délivrer la deuxième tension à l’interféromètre.
Avantageusement, les étapes de charge peuvent réalisées préalablement au début de la phase de mesure afin d’économiser le temps de charge, durant une phase morte du véhicule, de préférence, lors de l’allumage de la source de lumière ou lors de la mise en alimentation du capteur.
Avantageusement, la charge de la première unité de stockage peut être réalisée lorsque la deuxième unité de stockage alimente l’interféromètre afin de pouvoir effectuer une autre mesure une fois la deuxième unité de stockage déchargée.
Le nombre d’unités de stockage peut être supérieur à deux afin d’augmenter la cadence de mesure et/ou limiter le temps d’analyse du fluide. Par exemple, chaque unité de stockage peut notamment correspondre à chacune des longueurs d’onde auxquelles une mesure doit être réalisée.
De manière préférée, le générateur électrique est un générateur de tension, de préférence, adapté pour générer un signal à modulation d’impulsion.
L’interféromètre, notamment un interféromètre accordable, est ainsi commandé en tension par ledit signal à modulation d’impulsion.
De préférence, le signal à modulation d’impulsion est de type PWM afin de modifier aisément la tension générée.
La charge électrique stockée dans la première unité de stockage peut être différente de la charge électrique stockée dans la deuxième unité de stockage afin de délivrer des tensions différentes à l’interféromètre, permettant des analyses du fluide à des longueurs d’onde différente.
De préférence, la première unité de stockage et la deuxième unité de stockage se présentent chacune sous la forme d’un condensateur. Un tel condensateur remplit ainsi la double fonction de stockage d’une charge électrique et de filtrage du signal PWM.
De préférence encore, la première unité de commutation de stockage, la première unité de commutation d’alimentation, la deuxième unité de commutation de stockage et la deuxième unité de commutation d’alimentation se présentent chacun sous la forme d’un interrupteur, ce qui permet de gérer aisément les charges et décharges de la première unité de stockage et de la deuxième unité de stockage.
Avantageusement, l’étape de charge comprend des sous-étapes de basculement de chaque unité de commutation de stockage à l’état ouvert lorsque la charge électrique est stockée dans chaque unité de stockage.
Avantageusement encore, l’étape d’alimentation comprend des sous-étapes de basculement de chaque unité de commutation d’alimentation à l’état ouvert lorsque la charge électrique a été délivrée à l’interféromètre.
L’invention concerne également un capteur optique pour l’analyse d’un fluide, ledit capteur optique comprenant une cellule de mesure apte à être traversée par le fluide à analyser, une source de lumière apte à émettre un faisceau lumineux traversant ladite cellule de mesure, un interféromètre de Fabry-Pérot apte à mesurer au moins un paramètre d’un faisceau lumineux ayant traversé la cellule de mesure, un générateur de tension, au moins une première et une deuxième unités de stockage d’énergie électrique, ledit capteur optique étant apte à commander :
- la charge de la première unité de stockage par le générateur,
- la charge de la deuxième unité de stockage par le générateur
l’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre par la première unité de stockage à une première tension afin de réaliser une première analyse du fluide à une première longueur d’onde,
l’interruption de l’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre par la première unité de stockage, et
l’alimentation en énergie électrique de l’interféro mètre par la deuxième unité de stockage à une deuxième tension afin de réaliser une deuxième analyse du fluide à une deuxième longueur d’onde.
Dans une forme de réalisation préférée, la première unité de stockage étant, d’une part, reliée électriquement au générateur par une première unité de commutation de stockage et, d’autre part, reliée à l’interféromètre par une première unité de commutation d’alimentation, et la deuxième unité de stockage étant, d’une part, reliée électriquement au générateur par une deuxième unité de commutation de stockage et, d’autre part, reliée à l’interféromètre par une deuxième unité de commutation d’alimentation, chacune de ladite première unité de commutation de stockage, de ladite première unité de commutation d’alimentation, de ladite deuxième unité de commutation de stockage, de ladite deuxième unité de commutation d’alimentation étant adaptée pour basculer entre un état ouvert et un état fermé.
De préférence, le fluide est un gaz, par exemple du gaz naturel, ou un carburant liquide.
L’invention vise en outre un véhicule automobile comprenant un moteur alimenté par un fluide, ledit véhicule comprenant un capteur optique tel que présenté précédemment, pour l’analyse dudit fluide.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d’exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
La figure 1 représente schématiquement un capteur optique selon l’art antérieur (décrit précédemment).
La figure 2 représente schématiquement l’alimentation électrique de l’interféromètre du capteur de la figure 1 (également décrit précédemment). La figure 3 représente schématiquement une forme de réalisation partielle d’un capteur optique selon l’invention.
La figure 4 illustre schématiquement un procédé d’analyse à partir du capteur de la figure 3.
Le procédé selon l’invention est présenté principalement en vue d’une mise en oeuvre dans un véhicule automobile. Cependant, toute mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier dans tout type de véhicule alimenté en carburant liquide ou gazeux est visée par l’invention.
En référence à la figure 3, il est représenté un capteur optique 100 pour analyser le carburant d’alimentation du moteur d’un véhicule automobile.
Ce capteur optique 100 comprend une source de lumière (non représentée) configurée pour émettre un faisceau lumineux, un interféromètre 10 de Fabry-Pérot configuré pour effectuer l’analyse spectrale du faisceau lumineux, et une cellule de mesure (non représentée) configurée pour être traversée par le fluide à analyser. La cellule de mesure est placée entre la source de lumière et l’interféromètre 10 de Fabry-Pérot afin que le faisceau lumineux soit apte à traverser le fluide à analyser, dans ce cas du carburant. Le carburant peut se présenter sous forme gazeuse, notamment dans le cas de gaz naturel, ou liquide, notamment dans le cas du diesel ou de l’essence. Le carburant modifie la densité spectrale du faisceau lumineux qui le traverse. Ainsi, l’analyse spectrale du faisceau lumineux permet de déterminer différentes caractéristiques du carburant, telles que sa composition, sa qualité, ou son pouvoir calorifique. De telles caractéristiques permettent d’optimiser les réglages du fonctionnement du moteur et du système de dépollution.
L’interféromètre 10 de Fabry-Pérot comprend deux miroirs semi-réfléchissant (non représentés) placés en regard l’un de l’autre. Les deux miroirs sont placés à une distance déterminée selon la longueur d’onde à analyser. Lors de l’utilisation du capteur optique 100, la distance entre les miroirs varie afin d’analyser différentes longueurs d’onde et ainsi déterminer la composition et la qualité du carburant. Un tel interféromètre est désigné interféromètre accordable, c’est-à-dire adaptable à une longueur d’onde particulière par modification de l’écart entre les deux miroirs.
L’interféromètre 10 est configuré pour être alimenté électriquement à tension variable afin de modifier la distance entre les miroirs. Autrement dit, une valeur de tension donnée correspondant à une distance donnée entre les miroirs, l’alimentation de l’interféromètre 10 à différentes valeurs de tension permet de réaliser des mesures de paramètre du faisceau lumineux à différentes écarts des miroirs et donc à différentes longueurs d’onde. Comme illustré sur la figure 3, le capteur optique 100 comprend en outre un générateur 20 de tension ainsi qu’une première unité de stockage 31 , une deuxième unité de stockage 32 et une troisième unité de stockage 33.
Afin de commander l’interféromètre 10 à différentes valeurs de tension, le capteur optique 100 comprend également une première unité de commutation de stockage 41 , une deuxième unité de commutation de stockage 42, une troisième unité de commutation de stockage 43, une première unité de commutation d’alimentation 51 , une deuxième unité de commutation d’alimentation 52 et une troisième unité de commutation d’alimentation 53
Le générateur 20 de tension est un générateur électrique configuré pour délivrer une tension électrique de commande de l’interféromètre 10. Selon une forme de réalisation selon l’invention, le générateur 20 de tension est configuré pour délivrer un signal à modulation de largeur d’impulsion, de type PWM pour Puise Width Modulation en langue anglaise. Un tel signal permet de faire varier la tension délivrée. La variation de la tension est obtenue après filtrage du signal PWM dans un filtre passe-bas du capteur optique 100. Une telle variation de la tension étant connue, elle ne sera pas décrite plus en détail.
La première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33 sont configurées pour stocker une charge électrique afin d’alimenter ultérieurement l’interféromètre 10 en tension, la valeur de ladite tension dépendant de la valeur de ladite charge électrique.
Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 3, la première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33 se présentent chacune sous la forme d’un condensateur. Un tel condensateur permet en outre de filtrer le signal PWM délivré par le générateur 20.
Cependant, il va de soi que la première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33 pourraient se présenter sous toute autre forme permettant de stocker une charge électrique, notamment un filtre, une batterie, etc.
La première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33 sont connectées en parallèle afin d’être commandées indépendamment les unes des autres. Ceci permet de stocker une charge électrique différente dans chacune de la première unité de stockage 31 , de la deuxième unité de stockage 32 et de la troisième unité de stockage 33 afin d’alimenter l’interféromètre 10 selon différentes valeurs de tension et ainsi réaliser des mesures pour différentes longueurs d’onde.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, il est représenté trois unités de stockage cependant, il va de soi que le capteur optique 100 pourrait en comprend deux ou plus de trois. Par exemple, le capteur optique 100 pourrait comprendre autant d’unités de stockage qu’il y a de longueurs d’onde pour lesquelles une mesure est à réaliser.
La première unité de stockage 31 est reliée électriquement, d’une part, au générateur 20 par la première unité de commutation de stockage 41 et, d’autre part, à l’interféromètre 10 par une première unité de commutation d’alimentation 51 .
La deuxième unité de stockage 32 est reliée électriquement, d’une part, au générateur 20 par la deuxième unité de commutation de stockage 42 et, d’autre part, à l’interféromètre 10 par la deuxième unité de commutation d’alimentation 52.
La troisième unité de stockage 33 est reliée électriquement, d’une part, au générateur 20 par la troisième unité de commutation de stockage 43 et, d’autre part, à l’interféromètre 10 par la troisième unité de commutation d’alimentation 53.
Chacune de ladite première unité de commutation de stockage 41 , de ladite première unité de commutation d’alimentation 51 , de ladite deuxième unité de commutation de stockage 42, de ladite deuxième unité de commutation d’alimentation 52, de ladite troisième unité de commutation de stockage 43 et de ladite troisième unité de commutation d’alimentation 53 se présentant sous la forme d’un interrupteur apte à basculer entre un état ouvert et un état fermé.
En référence à la figure 3, le capteur optique 100 peut également comprendre un adaptateur d’impédance 60 relié électriquement à l’interféromètre 10 et aux unités de commutation d’alimentation 51 , 52, 53. Cet adaptateur 60 permet d’éviter les fuites de courant à travers l’interféromètre 10 afin que les unités de stockage 31 , 32, 33 ne se déchargent pas. La charge électrique stockée dans une unité de stockage 31 , 32, 33 ne varie pas au cours du temps, ce qui permet de délivrer avec précision la tension désirée lors d’une mesure. Dans la forme de réalisation illustrée, l’adaptateur 60 comprend un amplificateur opérationnel, de préférence en montage suiveur.
Il va maintenant être présenté une forme de réalisation du procédé selon l’invention d’analyse à partir d’un capteur optique en référence à la figure 4.
Lors d’une phase morte du véhicule, notamment lors de l’allumage de la source de lumière ou de la mise en alimentation du capteur optique 100, des charges électriques sont stockées à tour de rôle dans la première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33.
Lors de cette étape de stockage E1 , la deuxième unité de commutation de stockage 42 et la troisième unité de commutation de stockage 43 étant à l’état ouvert, la première unité de commutation de stockage 41 est tout d’abord basculée à l’état fermé lors d’une sous-étape E1 1 . Le générateur de tension 20 alimente la première unité de stockage 31 de manière à stocker une première charge électrique dans la première unité de stockage 31 . Lorsque la charge a été stockée, la première unité de commutation de stockage 41 bascule à l’état ouvert lors d’une sous-étape E12. La première unité de stockage 31 est ainsi isolée du générateur 20, ce qui permet de maintenir la charge stockée.
Puis, la première unité de commutation de stockage 41 et la troisième unité de commutation de stockage 43 étant à l’état ouvert, la deuxième unité de commutation de stockage 42 bascule à l’état fermé lors d’une sous-étape E13. Le générateur 20 alimente la deuxième unité de stockage 32 de manière à stocker une deuxième charge électrique dans la deuxième unité de stockage 32. Lorsque la charge a été stockée, la deuxième unité de commutation de stockage 42 bascule à l’état ouvert lors d’une sous-étape E14. La deuxième unité de stockage 32 est alors également isolée du générateur 20, ce qui permet de maintenir la charge stockée.
Puis, la première unité de commutation de stockage 41 et la deuxième unité de commutation de stockage 42 étant à l’état ouvert, la troisième unité de commutation de stockage 43 bascule à l’état fermé lors d’une sous-étape E15. Le générateur 20 alimente la troisième unité de stockage 33 de manière à stocker une troisième charge électrique dans la troisième unité de stockage 33. Lorsque la charge a été stockée, la troisième unité de commutation de stockage 43 bascule à l’état ouvert lors d’une sous-étape E16. La deuxième unité de stockage 33 est alors également isolée du générateur 20, ce qui permet de maintenir la charge stockée.
Ces étapes sont réalisées de manière successive pour chacune de la première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33.
Lorsque la première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33 sont chargées électriquement, il est alors possible d’effectuer les mesures.
Les mesures peuvent être effectuées à la suite du stockage des charges électriques ou bien en décalées. La première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33 permettent ainsi de temporiser entre le moment où les charges sont stockées et le moment où les mesures sont effectuées.
Pour effectuer les mesures, l’interféromètre 10 est alimenté en tension électrique par la première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33.
Lors de cette étape d’alimentation E2, la première unité de commutation d’alimentation 51 bascule à l’état fermé lors d’une sous-étape E21 . La première unité de stockage 31 délivre alors une première valeur de tension électrique, correspondant à la première charge électrique, afin d’alimenter l’interféromètre 10. Les miroirs de l’interféromètre 10 se déplacent (si nécessaire) de sorte que la distance les séparant corresponde à la valeur de la première tension électrique délivrée. Une mesure d’analyse du carburant peut alors être réalisée pour une première longueur d’onde. Lorsque la mesure est effectuée, la première unité de commutation d’alimentation 51 bascule à l’état ouvert lors d’une sous-étape E22. La première unité de stockage 31 est alors déchargée.
Puis, la deuxième unité de commutation d’alimentation 52 bascule à l’état fermé lors d’une sous-étape E23. La deuxième unité de stockage 32 délivre alors une deuxième valeur de tension électrique, correspondant à la deuxième charge électrique, afin d’alimenter l’interféromètre 10. Les miroirs de l’interféromètre 10 se déplacent (si nécessaire) de sorte que la distance les séparant corresponde à la valeur de la deuxième tension électrique délivrée. Une mesure d’analyse du carburant peut alors être réalisée pour une deuxième longueur d’onde. Lorsque la mesure est effectuée, la deuxième unité de commutation d’alimentation 52 bascule à l’état ouvert lors d’une sous-étape E24. La deuxième unité de stockage 32 est alors déchargée.
Puis, la troisième unité de commutation d’alimentation 53 bascule à l’état fermé lors d’une sous-étape E25. La troisième unité de stockage 33 délivre alors une troisième valeur de tension électrique, correspondant à la troisième charge électrique, afin d’alimenter l’interféromètre 10. Les miroirs de l’interféromètre 10 se déplacent (si nécessaire) de sorte que la distance les séparant corresponde à la valeur de la troisième tension électrique délivrée. Une mesure d’analyse du carburant peut alors être réalisée pour une troisième longueur d’onde. Lorsque la mesure est effectuée, la troisième unité de commutation d’alimentation 53 bascule à l’état ouvert lors d’une sous-étape E26. La troisième unité de stockage 33 est alors déchargée.
Ces étapes sont réalisées de manière successive pour chacune de la première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33.
L’interféromètre 10 est ainsi commandé selon différentes tensions électriques, ce qui permet d’effectuer des mesures pour différentes longueurs d’onde. Le temps nécessaire pour analyser le carburant selon les différentes longueurs d’onde est ainsi optimisé car il ne dépend plus du temps de chargement d’une unique unité de stockage comme dans l’art antérieur.
Avantageusement, celle ou celles de la première unité de stockage 31 , la deuxième unité de stockage 32 et la troisième unité de stockage 33 qui ne sont pas en train d’alimenter l’interféromètre 10 peuvent être chargée à tour de rôle par le générateur 20 afin d’optimiser le temps de mesure aux différentes longueurs d’onde.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d’analyse d’un fluide d’un véhicule automobile à partir d’un capteur optique (100), ledit capteur optique (100) comprenant :
- une cellule de mesure apte à être traversée par le fluide à analyser,
- une source de lumière apte à émettre un faisceau lumineux à travers ladite cellule de mesure,
un interféromètre (10) de Fabry-Pérot apte à effectuer la mesure d’au moins un paramètre d’un faisceau lumineux ayant traversé la cellule de mesure pour en réaliser l’analyse spectrale et déterminer ainsi la composition et/ou la qualité du fluide,
- un générateur de tension (20),
le procédé étant caractérisé en ce que, le capteur optique (100) comprenant au moins une première unité de stockage (31 ) d’énergie électrique et une deuxième unité de stockage (32) d’énergie électrique, il comprend :
- une étape (E1 1 ) de charge de la première unité de stockage (31 ) par le générateur
(20),
- une étape (E13) de charge de la deuxième unité de stockage (32) par le générateur
(20),
une étape (E21 ) d’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre (10) par la première unité de stockage (31 ) à une première tension afin de réaliser une première analyse du fluide à une première longueur d’onde,
une étape (E22) d’interruption de l’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre (10) par la première unité de stockage (31 ), et
une étape (E23) d’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre (10) par la deuxième unité de stockage (32) à une deuxième tension afin de réaliser une deuxième analyse du fluide à une deuxième longueur d’onde.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l’ensemble des unités de stockage (31 , 32, 33) sont chargées électriquement préalablement à l’alimentation de l’interféromètre (10) par la première unité de stockage (31 ).
3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, la première unité de stockage (31 ) étant, d’une part, reliée électriquement au générateur (20) par une première unité de commutation de stockage (41 ) et, d’autre part, reliée à l’interféromètre (10) par une première unité de commutation d’alimentation (51 ), et la deuxième unité de stockage (32) étant, d’une part, reliée électriquement au générateur (20) par une deuxième unité de commutation de stockage (42) et, d’autre part, reliée à l’interféromètre (10) par une deuxième unité de commutation d’alimentation (52), chacune de ladite première unité de commutation de stockage (41 ), de ladite première unité de commutation d’alimentation (51 ), de ladite deuxième unité de commutation de stockage (42), de ladite deuxième unité de commutation d’alimentation (52) étant adaptée pour basculer entre un état ouvert et un état fermé, le procédé comprend :
o la deuxième unité de commutation de stockage (42) étant à l’état ouvert, une sous-étape (E1 1 ) de basculement de la première unité de commutation de stockage (41 ) à l’état fermé afin de stocker une première charge électrique dans la première unité de stockage (31 ),
o une sous-étape (E12) de basculement de la première unité de commutation de stockage (41 ) à l’état ouvert et de basculement (E13) de la deuxième unité de commutation de stockage (42) à l’état fermé afin de stocker une deuxième charge électrique dans la deuxième unité de stockage (32),
o la deuxième unité de commutation d’alimentation (52) étant à l’état ouvert, une sous-étape (E21 ) de basculement de la première unité de commutation d’alimentation (51 ) à l’état fermé afin de délivrer la première tension à l’interféromètre (10), et
o une sous-étape (E22) de basculement de la première unité de commutation d’alimentation (51 ) à l’état ouvert et de basculement (E23) de la deuxième unité de commutation d’alimentation (52) à l’état fermé afin de délivrer la deuxième tension à l’interféromètre (10).
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le générateur électrique (20) est un générateur de tension, de préférence, adapté pour générer un signal à modulation d’impulsion.
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première unité de stockage (31 ) et la deuxième unité de stockage (32) se présentent chacune sous la forme d’un condensateur.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première unité de commutation de stockage (41 ), la première unité de commutation d’alimentation (51 ), la deuxième unité de commutation de stockage (42) et la deuxième unité de commutation d’alimentation (52) se présentent chacun sous la forme d’un interrupteur.
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant des sous- étapes de basculement (E12, E14, E16) de chaque unité de commutation de stockage (41 , 42, 43) à l’état ouvert lorsque la charge électrique est stockée dans chaque unité de stockage (31 , 32, 33).
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant des sous- étapes de basculement (E22, E24, E26) de chaque unité de commutation d’alimentation (51 , 52, 53) à l’état ouvert lorsque la charge électrique a été délivrée à l’interféromètre (10).
9. Capteur optique (100) pour l’analyse d’un fluide, ledit capteur optique (100) comprenant une cellule de mesure apte à être traversée par le fluide à analyser, une source de lumière apte à émettre un faisceau lumineux traversant ladite cellule de mesure, un interféromètre (10) de Fabry-Pérot apte à mesurer au moins un paramètre d’un faisceau lumineux ayant traversé la cellule de mesure, un générateur de tension (20), au moins une première et une deuxième unités de stockage (31 , 32) d’énergie électrique, ledit capteur optique (100) étant apte à commander :
- la charge de la première unité de stockage (31 ) par le générateur (20),
- la charge de la deuxième unité de stockage (32) par le générateur (20),
l’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre (10) par la première unité de stockage (31 ) à une première tension afin de réaliser une première analyse du fluide à une première longueur d’onde,
l’interruption de l’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre (10) par la première unité de stockage (31 ), et
l’alimentation en énergie électrique de l’interféromètre (10) par la deuxième unité de stockage (32) à une deuxième tension afin de réaliser une deuxième analyse du fluide à une deuxième longueur d’onde.
10. Véhicule automobile comprenant un moteur alimenté par un fluide, ledit véhicule comprenant un capteur optique (100) selon la revendication 9, pour l’analyse dudit fluide.
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