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WO2025083139A1 - Capteur de gaz permettant l'identification d'une espèce gazeuse - Google Patents

Capteur de gaz permettant l'identification d'une espèce gazeuse Download PDF

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WO2025083139A1
WO2025083139A1 PCT/EP2024/079370 EP2024079370W WO2025083139A1 WO 2025083139 A1 WO2025083139 A1 WO 2025083139A1 EP 2024079370 W EP2024079370 W EP 2024079370W WO 2025083139 A1 WO2025083139 A1 WO 2025083139A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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gaseous species
photodetector
detection signal
light source
spectral band
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.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/079370
Other languages
English (en)
Inventor
Grégoire AUJAY
Chhayarith HENG UY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elichens
Original Assignee
Elichens
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elichens filed Critical Elichens
Publication of WO2025083139A1 publication Critical patent/WO2025083139A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/066—Modifiable path; multiple paths in one sample
    • G01N2201/0668—Multiple paths; optimisable path length

Definitions

  • Gas sensor enabling the identification of a gaseous species
  • the technical field of the invention is an optical gas sensor, and more particularly a non-dispersive infrared sensor.
  • PRIOR ART The use of optical methods for the analysis of a gas is quite frequent. Devices make it possible to determine the composition of a gas based on the fact that the species composing a gas have different absorption spectral properties from one another. Thus, knowing an absorption spectral band of a gaseous species, its concentration can be determined by an estimation of the absorption of the light passing through the gas, using the Beer Lambert law. This principle allows an estimation of the concentration of a gaseous species present in the medium.
  • the light source is usually a source emitting in the infrared, the method used being usually designated by the Anglo-Saxon term "NDIR detection", the acronym NDIR meaning Non Dispersive Infra-Red.
  • NDIR detection the acronym NDIR meaning Non Dispersive Infra-Red.
  • JP2022153291 or US20220307976 describes a device comprising two photodetectors, respectively associated with two light sources. The detection bandwidths of the photodetectors are different, but close to each other.
  • the photodetectors are arranged so that the respective optical paths between each light source and each photodetector are close ( ⁇ 5%), ideally equal.
  • the gas analyzed extends between a light source and a photodetector, called a measuring photodetector, the latter being intended to measure a light wave, emitted by the source, transmitted through the gas to be analyzed, and partially absorbed by the latter.
  • the methods generally include a measurement of a light wave, called the reference light wave, emitted by the source, and not absorbed by the gas analyzed.
  • the comparison between the light wave in the presence of gas and the light wave without gas makes it possible to characterize the gas. This involves, for example, determining a quantity of a gaseous species in the gas, according to the technology designated by the term "NDIR by absorption".
  • a first subject of the invention is a Method for identifying at least one gaseous species, present in a gas, the gas extending in an enclosure, the gaseous species being selected from at least two candidate gaseous species, each candidate gaseous species absorbing light in an absorption spectral band, the sensor comprising: - a light source, emitting light at least in the absorption spectral band; - a first measuring photodetector, located at a first distance from the light source, the first measuring photodetector being configured to detect a light wave, emitted by the light source, in a first detection spectral band, the first detection spectral band being located in the respective absorption spectral bands of the two candidate gas species; - a second measuring photodetector, located at a second distance from the light source, the second distance being different from the first distance, the second measuring
  • the method comprising: a) illuminating the gas using the light source; b) measuring intensities of a light wave, emitted by the light source, and having propagated through the enclosure by the first measurement photodetector and by the second measurement photodetector; c) forming a first detection signal from the intensity measured by the first measurement photodetector and forming a second detection signal from the intensity measured by the second measurement photodetector; d) from the first and second detection signals, identifying a gaseous species present in the gas, among the candidate gaseous species.
  • the method may comprise, following step d), an estimation of a proportion of the or each gaseous species identified during step d).
  • the enclosure comprises: - a first reference photodetector, located at the first distance from the light source, the first reference photodetector being configured to detect the light wave in a first reference spectral band, considered as not absorbed by each candidate gaseous species; - a second reference photodetector, located at the second distance from the light source, the second reference photodetector being configured to detect the light wave in a second reference spectral band, considered as not absorbed by each candidate gaseous species.
  • the method can then be such that: - the first detection signal comprises a ratio between the light intensities respectively detected by the first measurement photodetector and the first reference photodetector; - the second detection signal comprises a ratio between the light intensities respectively detected by the second measurement photodetector and the second reference photodetector.
  • the first reference spectral band is identical to the second reference spectral band.
  • the method comprises: - prior to step d), establishing several response functions, each response function allowing an estimation of the second detection signal from the first detection signal, each response function being associated with a candidate gaseous species in the gas, the response functions being stored in a processing unit; - during step d), selection, by the processing unit, of the response function minimizing a difference between: ⁇ the second detection signal, resulting from step c); ⁇ and an estimate of the second detection signal, obtained by applying the response function to the first detection signal resulting from step c); - identification of the gaseous species as being the gaseous species associated with the selected response function.
  • the method comprises: - prior to step d), establishing several response functions, each response function allowing an estimate of the second detection signal from the first detection signal, each response function being associated with a proportion of at least one candidate gaseous species in the gas, the response functions being stored in a processing unit; - during step d), selection, by the processing unit, of the response function minimizing a difference between: ⁇ the second detection signal, resulting from step c); ⁇ and an estimate of the second detection signal, obtained by applying the response function to the first detection signal resulting from step c); - determining the proportion of the gaseous species as being the proportion of the gaseous species associated with the selected response function.
  • the method comprises: - prior to step d), establishing several response functions, each response function allowing an estimation of the second detection signal from the first detection signal, each response function being associated with proportions of at least two candidate gaseous species in the gas, the response functions being stored in a processing unit; - during step d), selection, by the processing unit, of the response function minimizing a difference between: ⁇ the second detection signal, resulting from step c); ⁇ and an estimation of the second detection signal, obtained by applying the response function to the first detection signal resulting from step c); - determining the proportions of the two species as being the proportions of said gaseous species associated with the selected response function.
  • the second absorption spectral band is located in the respective absorption spectral bands of the two candidate gaseous species.
  • the second reference spectral band is merged with the first reference spectral band.
  • a second subject of the invention is a gas sensor comprising an enclosure, configured to receive a gas potentially comprising at least one gaseous species chosen from at least two candidate gaseous species, each candidate gaseous species absorbing light in an absorption spectral band, the sensor also comprising: - a light source, configured to emit a light wave propagating in the enclosure; - a first measurement photodetector, located at a first distance from the light source, the first measurement photodetector being configured to detect a light wave, emitted by the light source, in a first detection spectral band, the first detection spectral band being located in the respective absorption spectral bands of the two candidate gaseous species; - a second measurement photodetector, located at a second distance from the light source, the second distance
  • the sensor may comprise: - a first reference photodetector, located at the first distance from the light source, the first reference photodetector being configured to detect the light wave in a first reference spectral band, considered as not absorbed by each candidate gaseous species; - and/or a second reference photodetector, located at the second distance from the light source, the second reference photodetector being configured to detect the light wave in a second reference spectral band, considered as not absorbed by each candidate gaseous species.
  • FIGURES Figure 1 represents an example configuration of a gas sensor according to the invention.
  • the gas sensor comprises two measurement photodetectors and two reference photodetectors.
  • Figure 2 represents a so-called relative absorbance of two gaseous species as a function of the concentration.
  • Figures 3A and 3B show a change in a second detection signal, resulting from the second measurement photodetector and the second reference photodetector, as a function of a first detection signal, resulting from the first measurement photodetector and the first reference photodetector.
  • different concentrations of CH 4 have been taken into account.
  • Figure 3B different concentrations of C 3 H 8 have been taken into account.
  • Figure 3C shows the curves respectively represented in Figures 3A and 3B. The curves shown in Figures 3A, 3B and 3C form response functions of the sensor.
  • Figure 4 shows schematically the main steps of implementing a method according to the invention.
  • Figure 1 shows schematically a gas sensor 1 according to the invention.
  • the gas sensor 1 comprises an enclosure 2 intended to contain a gas G to be analyzed.
  • the gas to be analyzed comprises at least one gaseous species G x that it is desired to identify, and preferably to determine the concentration C x or a relative proportion in the gas. of which it is desired to determine a concentration C x in the gas.
  • the gaseous species G x absorbs light, and in particular infrared light, in one or more spectral absorption bands ⁇ ⁇ x that are specific to it.
  • the gas is likely to comprise one or more gaseous species called candidates. These are predetermined gaseous species, potentially present in the gas.
  • the candidate gaseous species absorb infrared light in at least one same spectral absorption band.
  • the sensor 1 also comprises: ⁇ a light source 10, configured to emit, in the enclosure 2, a light wave in an emission spectral band ⁇ ⁇ .
  • the emission spectral band can extend between the near ultraviolet and the mid-infrared, for example between 200 nm and 20 ⁇ m, and most often in the infrared, the emission spectral band ⁇ ⁇ being for example between 1 ⁇ m and 20 ⁇ m.
  • ⁇ a first measurement photodetector 21, configured to detect a light wave, called a transmitted light wave, in a first detection band ⁇ ⁇ d,1 .
  • the transmitted light wave is a light wave emitted by the light source 10, and having propagated through the enclosure, gradually attenuating during its journey through the gas.
  • the first measurement photodetector 21 may be associated with a bandpass filter 31, defining the first spectral detection band ⁇ ⁇ d,1 .
  • the first measurement photodetector 21 is located at a first distance d 1 from the light source. ⁇ possibly a first reference photodetector 21 ref , configured to detect a reference light wave.
  • the reference light wave detected by the first reference photodetector 21 ref is considered to be not attenuated by the gas G present in the enclosure.
  • the first measurement photodetector 21 is located at a first distance d 1 from the light source.
  • reference 21 ref detects the reference light wave in a first reference spectral band ⁇ ⁇ ref,1 , in which the attenuation of the light wave emitted by the source is considered negligible.
  • the first reference photodetector 21 ref may be associated with a first reference bandpass filter 31 ref , defining the first reference spectral band ⁇ ⁇ ref,1 .
  • the first reference spectral band ⁇ ⁇ ref,1 is centered around the wavelength 3.91 ⁇ m.
  • the use of a first reference photodetector is optional but is advantageous.
  • the first reference photodetector 21 ref is not arranged in the enclosure 2 comprising the gas, in which case the first reference spectral band may be similar to the first detection spectral band.
  • the light source 10 may be pulsed, and emit light pulses whose duration is generally between 50 ms and 1 s.
  • the gas sensor also comprises: ⁇ a second measurement photodetector 22, configured to detect a light wave, called a transmitted light wave, in a second spectral detection band ⁇ ⁇ d,2 , which may be different or identical to the first spectral detection band ⁇ ⁇ d,2 .
  • the second measurement photodetector 22 may be associated with a second bandpass filter 32, defining the second spectral detection band ⁇ ⁇ d,2 .
  • the second measuring photodetector 22 is located at a second distance d 2 from the light source.
  • the second distance d 2 is different from the first distance d 1 .
  • the relative difference between the first distance and the second distance is preferably greater than 10% or 20% so as to increase the difference between the light intensities respectively detected by the first measuring photodetector 21 and the second measuring photodetector 22.
  • a second reference photodetector 22 ref configured to detect a reference light wave.
  • the reference light wave detected by the first reference photodetector 22 ref is considered to be not attenuated by the gas G present in the enclosure.
  • the second reference photodetector 22 ref detects the reference light wave in a second reference spectral band ⁇ ⁇ ref,2 , in in which the attenuation of the light wave emitted by the source is considered negligible, and which may be identical to the first reference spectral band ⁇ ⁇ ref,1 .
  • the second reference photodetector 22 ref may be associated with a second reference bandpass filter 32 ref , defining the second reference spectral band ⁇ ⁇ ref,2 .
  • Each measuring photodetector 21, 22 and each reference photodetector 21 ref , 22 ref may be thermopiles or pyrodetectors or photodiodes.
  • Each photodetector is configured to generate a detection signal, the amplitude of which corresponds to an intensity of the detected light wave.
  • the device comprises a single reference photodetector, for example the first reference photodetector 21 ref .
  • the reference intensity, at the level of the second measurement photodetector 22, can be determined by calculation, knowing the reference intensity measured by the first reference photodetector as well as the distance between the first measurement photodetector 21 and the second measurement photodetector 22.
  • the device may comprise only the second reference photodetector 22 ref .
  • the reference intensity, at the level of the first measurement photodetector 21, can be determined by calculation, knowing the reference intensity measured by the second measurement photodetector 22 as well as the distance between the first measurement photodetector 21 and the second measurement photodetector 22.
  • a gaseous species G x is now considered, chosen from among the candidate gaseous species.
  • the intensity I of the light wave detected by each measuring photodetector depends on the concentration C x of the gaseous species considered G x according to the Beer Lambert relation: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 1 ⁇
  • - ⁇ (C x ) is an attenuation coefficient, depending on the concentration C x sought
  • - l is the thickness of gas crossed by the light wave in the enclosure
  • - I 0 corresponds to the intensity of the wave which is or would be detected by the measuring photodetector in the absence of absorbing gas in the enclosure.
  • the comparison between I and I 0 corresponds to an attenuation att caused by the gaseous species G x considered.
  • ⁇ (C x ) which makes it possible to estimate the quantity C x knowing that the relationship between C x and ⁇ (C x ) is known.
  • the intensity I 0 can be predetermined, for example during a calibration, or measured in the absence of gas in the enclosure 2.
  • the reference intensity I ref measured by the reference photodetector makes it possible to measure variations in ⁇ ⁇ .
  • the sensor comprises a processing unit 40, receiving the signals measured respectively by the measurement photodetectors 21, 22 and the possible reference photodetectors 21 ref ,22 ref .
  • the processing unit 40 makes it possible to carry out, from the latter, calculations making it possible: - to identify at least one gaseous species present in the gas, chosen from a predetermined list of candidate gaseous species; - preferably to estimate a concentration of the gaseous species or of each identified gaseous species.
  • the processing unit 40 comprises for example a microprocessor or several microprocessors, each microprocessor then implementing specific operations. Each detection spectral band is located in an absorption spectral band of at least one candidate gaseous species.
  • At least one detection spectral band is located in an absorption spectral band of several candidate gaseous species, and preferably of each candidate gaseous species.
  • the invention is based on the fact that by comparing the intensities of the signals respectively detected by each measuring photodetector, after the light source has been activated, it is possible to identify at least one gaseous species present in the gas, among the candidate gaseous species.
  • a detection of either CH 4 or C 3 H 8 was simulated, by a sensor as described in patent application US20220214267A1.
  • Each measuring photodetector had a filter defining a spectral detection band centered around 3.37 ⁇ m. For modeling purposes, only the intensity detected at wavelength of 3.37 ⁇ m was taken into account. As indicated in the prior art, the wavelength of 3.37 ⁇ m is located in the absorption spectral bands of CH 4 and C 3 H 8 . According to another possibility, the first filter 31 is centered around 3 ⁇ m and the second filter 32 is centered on 3.37 ⁇ m, or vice versa. According to another possibility, each filter is centered on the wavelength 3 ⁇ m.
  • Figure 2 represents the evolution of a quantization signal ⁇ ⁇ , expressed in %, comprising a combination between the light intensities measured by each photodetector.
  • the CH 4 and C 3 H 8 curves correspond to a situation where only CH 4 and C 3 H 8 are respectively present in the gas.
  • the abscissa axis corresponds to the concentration (unit ppm) and the ordinate axis corresponds to the quantification signal ⁇ ⁇ defined in relation to expression (2).
  • the concentration of the two candidate gaseous species is different.
  • a quantification signal ⁇ ⁇ equal to 1% corresponds to concentrations of CH 4 or C 3 H 8 respectively close to 10000 ppm or 600 ppm.
  • the same quantification signal ⁇ ⁇ can be generated by very different concentrations of these two gaseous species.
  • a threshold concentration for example in relation to a CH 4 concentration equal to 6000 ppm
  • an alarm may be triggered even though the gas does not contain CH 4 and the C 3 H 8 concentration exceeds only a few hundred ppm. This corresponds to a false alarm.
  • the two measuring photodetectors are used, arranged so that the light waves reaching them follow optical paths of different lengths.
  • the invention takes advantage of: - the difference in optical paths between the light source and each measuring photodetector, respectively; - the difference in absorbance between the candidate gaseous species: in this example, at 3.37 ⁇ m, the absorbance of C 3 H 8 is greater than that of CH 4 .
  • the candidate gaseous species are CH 4 and C 3 H 8 . From the intensities detected by each measurement photodetector, we form: - a first detection signal ⁇ ⁇ , representative of an absorbance of the gas, measured by the first measurement photodetector 21.
  • the first detection signal ⁇ ⁇ is formed from the light intensity ⁇ ⁇ detected by the first measurement photodetector 21.
  • the first detection signal is formed from a ratio between the light intensity and the light intensity ⁇ ⁇ , ⁇ detected by the reference photodetector 21 ref .
  • ⁇ ⁇ ⁇ (3) In this example, ⁇ ⁇ ⁇ 1 ⁇ - a second detection signal ⁇ ⁇ , representative of an absorbance of the gas, measured by the second measurement photodetector 22.
  • the second detection signal ⁇ ⁇ is formed from the light intensity ⁇ ⁇ detected by the second measurement photodetector 22.
  • the second detection signal is formed from a ratio between the light intensity ⁇ ⁇ and the light intensity ⁇ ⁇ , ⁇ detected by the second reference photodetector 22 ref .
  • An important aspect of the invention is to identify at least one gaseous species, present in the gas, from the first detection signal and the second detection signal.
  • Figure 3A represents the first detection signal (x-axis - %) and the second detection signal (y-axis - %) for different concentrations of methane (CH 4 ). This corresponds to a response function ⁇ ⁇ of the sensor for CH 4 .
  • Figure 3B represents the first detection signal (x-axis - %) and the second detection signal (y-axis - %) for different concentrations of propane (C 3 H 8 ). This corresponds to a response function ⁇ ⁇ of the sensor for C 3 H 8 .
  • Figures 3A and 3B were obtained by performing modeling taking into account a few discrete concentrations, which correspond to the points materialized in each of these figures. The points of each curve were then interpolated by taking into account a second-degree polynomial.
  • Figures 3A and 3B the equation of each polynomial and a correlation coefficient R2 are indicated.
  • Figure 3C the two response functions described in connection with Figures 3A and 3B are shown.
  • a response function ⁇ ⁇ is also shown, which corresponds to a proportion of ⁇ % of CH 4 and ⁇ % of C 3 H 8 .
  • ⁇ and ⁇ are real numbers strictly between 0 and 1.
  • the response functions are stored in the processing unit.
  • An important aspect of the invention is to identify, from the first detection signal and the second detection signal, at least one gaseous species present in the analyzed gas. In this example, if ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , the identified gaseous species is CH 4 . If ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ the identified gaseous species is C 3 H 8 .
  • the processing unit 40 is programmed to: - calculate the first detection signal ⁇ ⁇ and the second detection signal ⁇ ⁇ from the intensities ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ respectively measured by the first photodetector and by the second photodetector; - identify at least one gaseous species from the first detection signal ⁇ ⁇ and the second detection signal ⁇ ⁇ .
  • response functions respectively associated with different gaseous species, have been previously determined.
  • the identified gaseous species corresponds to that associated with the response function giving a minimal difference between: o the measured signal ⁇ ⁇ ; o and its estimation ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ by applying the response function to the first detection signal ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ .
  • response functions can be established corresponding to different compositions, for example response functions associated with a composition of x% CH 4 and y% C 3 H 8 .
  • the function ⁇ ⁇ represented in dotted lines, corresponds to ⁇ % CH 4 and ⁇ % C 3 H 8.
  • the response functions can be established numerically and/or from measurements made with one or more calibration gases of known composition.
  • the invention makes it possible to identify a gaseous species, present in a gas, from among several candidate gaseous species. It also makes it possible to estimate a relative proportion of different candidate gaseous species. This is done by means of predetermined response functions, each response function being associated with a candidate gaseous species or a mixture of candidate gaseous species. The identification of each gaseous species present in the gas and its proportion is carried out by selecting the response function minimizing the difference between ⁇ ⁇ , resulting from the measurement, and the estimate ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ . After a gaseous species has been identified, its concentration in the gas can be determined either from the value of the selected response function, knowing that each value of the response function corresponds to a concentration.
  • the concentration in the gas can also be determined from the first detection signal and/or the second detection signal, for example by implementing a quantification signal as explained in (2).
  • Figure 4 shows the main steps of the invention
  • Step 90 calibration of the sensor: this involves defining response functions of the sensor by taking into account different concentrations of different predetermined candidate gaseous species. Each response function allows an estimation of the second detection signal ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ from a measurement of the first detection signal Each response function is associated with a determined proportion of each candidate gaseous species.
  • Step 100 admission of the gas into the enclosure 2 and illumination of the gas by the light source
  • Step 110 detection of light intensities by the first and second measurement and reference photodetectors.
  • Step 120 formation of the detection signals, representative of the attenuation of the light, by the gas, between the light source and each measurement photodetector.
  • Step 130 from the calibration functions, identification of at least one gaseous species present in the gas, from the list of candidate gaseous species, and determination of a proportion of each identified gaseous species. This involves in particular determining the response function minimizing a difference between the second detection signal and its estimation from the response function applied to the first detection signal.
  • Step 140 optionally quantification of the concentration of each gaseous species identified during step 130. The quantification can be carried out from the value of the response function, or from at least one detection signal. In the example described, the first distance d 1 is less than the second distance d 2 .
  • the invention also applies to a configuration according to which the second distance d 2 is less than the first distance d 1 . It is however preferable that the difference between the two distances is greater than 10%, or even 20%.
  • three photodetectors can be implemented, respectively located at three different distances from the light source. This makes it possible to detect one gaseous species among three candidate gaseous species, or to estimate a concentration of three different gaseous species, according to the principles previously explained.
  • the invention can be applied for gas detection in environmental monitoring, or in industrial gas control applications, particularly in the food industry, the oil industry, or gas distribution.

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Abstract

Capteur (1) de gaz comportant une enceinte (2), le capteur comportant également : - une source de lumière (10), configurée pour émettre une onde lumineuse (11) se - propageant dans l'enceinte en formant, à partir de la source de lumière, un premier cône de lumière (Ω1); - deux photodétecteurs de mesure, s'étendant à deux distances différentes de la source de lumière - une unité de traitement, programmée pour identifier une espèce gazeuse présente dans le gaz à partir de signaux de détection résultant des deux photodétecteurs de mesure.

Description

Description Titre : Capteur de gaz permettant l’identification d’une espèce gazeuse
Figure imgf000003_0001
Le domaine technique de l'invention est un capteur optique de gaz, et plus particulièrement un capteur infrarouge non dispersif. ART ANTERIEUR Le recours à des méthodes optiques pour l'analyse d'un gaz est assez fréquent. Des dispositifs permettent de déterminer la composition d'un gaz en se basant sur le fait que les espèces composant un gaz présentent des propriétés spectrales d'absorption différentes les unes des autres. Ainsi, connaissant une bande spectrale d'absorption d'une espèce gazeuse, sa concentration peut être déterminée par une estimation de l'absorption de la lumière traversant le gaz, en utilisant la loi de Beer Lambert. Ce principe permet une estimation de la concentration d'une espèce gazeuse présente dans le milieu. La source de lumière est usuellement une source émettant dans l'infrarouge, la méthode utilisée étant usuellement désignée par le terme anglosaxon "NDIR detection", l'acronyme NDIR signifiant Non Dispersive Infra-Red. Un tel principe a été fréquemment mis en œuvre, et est par exemple décrit dans de nombreux documents, par exemple dans le brevet US11022547 ou dans US20220214267. JP2022153291 (ou US20220307976) décrit un dispositif comportant deux photodétecteurs, respectivement associés à deux sources de lumières. Les bandes passantes de détection des photodétecteurs sont différentes, mais proches l’une de l’autre. Les photodétecteurs sont agencés de façon que les trajets optiques respectifs entre chaque source de lumière et chaque photodétecteur soient proches (< 5%), idéalement égaux. Selon les procédés les plus courants, le gaz analysé s'étend entre une source de lumière et un photodétecteur, dit photodétecteur de mesure, ce dernier étant destiné à mesurer une onde lumineuse, émise par la source, transmise à travers le gaz à analyser, et partiellement absorbée par ce dernier. Les procédés comprennent généralement une mesure d'une onde lumineuse, dite onde lumineuse de référence, émise par la source, et non absorbée par le gaz analysé. La comparaison entre l'onde lumineuse en présence de gaz et l'onde lumineuse sans gaz permet de caractériser le gaz. Il s'agit par exemple de déterminer une quantité d'une espèce gazeuse dans le gaz, selon la technologie désignée par le terme "NDIR par absorption". Une alternative a été décrite dans US20120330568, dans lequel un capteur de gaz est décrit, qui comporte une ou plusieurs unités, chaque unité comportant deux photodétecteurs disposés à deux distances différentes, à travers une enceinte, par rapport à une source de lumière. Une configuration similaire est décrite dans US8178832. Une configuration similaire est égaleùe,y décrite dans JPH09-257704A, destinée à limiter l’influence d’un contaminant sur la mesure de CO2. Ainsi, les dispositifs actuellement mis en œuvre permettent de quantifier une concentration d’un gaz. Chaque espèce gazeuse absorbe la lumière selon une bande spectrale d’absorption qui lui est propre. Cependant, les bandes spectrales d’absorption de deux espèces gazeuses différentes peuvent s’étendre selon des mêmes longueurs d’onde. C’est par exemple le cas de CH4 et de C3H8, qui absorbent la lumière à 3 µm ainsi qu’à 3.37 µm. Lorsqu’une détection est effectuée autour d’une de ces longueurs d’onde, il n’est pas possible de savoir si l’espèce gazeuse absorbante est CH4 ou C3H8, sauf à disposer d’un a priori sur la composition du gaz. Or, les absorbances de CH4 ou C3H8 , à chacune de ces longueurs d’onde, sont différentes , ce qui peut entraîner une erreur sur l’estimation de la concentration de l’espèce gazeuse. Or, certains gaz peuvent sont susceptibles de comporter CH4 ou C3H8. Sans autre information, il peut être difficile d’estimer correctement la concentration de chaque espèce gazeuse. Les inventeurs ont conçu une configuration permettant, outre la quantification, d’identifier une espèce gazeuse présente dans un gaz. EXPOSE DE L’INVENTION Un premier objet de l’invention est un Procédé d’identification d’au moins une espèce gazeuse, présente dans un gaz, le gaz s’étendant dans une enceinte , l’espèce gazeuse étant sélectionnée parmi au moins deux espèces gazeuses candidates, chaque espèce gazeuse candidate absorbant la lumière dans une bande spectrale d’absorption, le capteur comportant : - une source de lumière, émettant une lumière au moins dans la bande spectrale d’absorption ; - un premier photodétecteur de mesure, situé à une première distance de la source de lumière, le premier photodétecteur de mesure étant configuré pour détecter une onde lumineuse, émise par la source de lumière, dans une première bande spectrale de détection, la première bande spectrale de détection étant située dans les bandes spectrales d’absorption respectives des deux espèces gazeuses candidates ; - un deuxième photodétecteur de mesure, situé à une deuxième distance de la source de lumière, la deuxième distance étant différente de la première distance, le deuxième photodétecteur de mesure étant configuré pour détecter une onde lumineuse, émise par la source de lumière, dans une deuxième bande spectrale de détection, la deuxième bande spectrale de détection étant située dans la bande spectrale d’absorption d’au moins une des deux espèces gazeuses candidates. le procédé comportant : a) illumination du gaz à l'aide de la source de lumière; b) mesure d’intensités d'une onde lumineuse, émise par la source de lumière, et s'étant propagée à travers l'enceinte par le premier photodétecteur de mesure et par le deuxième photodétecteur de mesure; c) formation d’un premier signal de détection à partir de l’intensité mesurée par le premier photodétecteur de mesure et formation d’un deuxième signal de détection à partir de l’intensité mesurée par le deuxième photodétecteur de mesure ; d) à partir des premier et du deuxième signaux de détection, identification d’une espèce gazeuse présente dans le gaz, parmi les espèces gazeuses candidates. Le procédé peut comporter, suite à l’étape d), une estimation d’une proportion de la ou de chaque espèce gazeuse identifiée lors de l’étape d). Selon une possibilité, lequel l’enceinte comporte : - un premier photodétecteur de référence, situé à la première distance de la source de lumière, le premier photodétecteur de référence étant configuré pour détecter l’onde lumineuse dans une première bande spectrale de référence, considérée comme non absorbée par chaque espèce gazeuse candidate ; - un deuxième photodétecteur de référence, situé à la deuxième distance de la source de lumière, le deuxième photodétecteur de référence étant configuré pour détecter l’onde lumineuse dans une deuxième bande spectrale de référence, considérée comme non absorbée par chaque espèce gazeuse candidate. Le procédé peut alors être tel que : - le premier signal de détection comporte un ratio entre les intensités lumineuses respectivement détectées par le premier photodétecteur de mesure et le premier photodétecteur de référence ; - le deuxième signal de détection comporte un ratio entre les intensités lumineuses respectivement détectées par le deuxième photodétecteur de mesure et le deuxième photodétecteur de référence. Selon une possibilité, la première bande spectrale de référence est identique à la deuxième bande spectrale de référence. Selon une possibilité, le procédé comporte : - préalablement à l’étape d), établissement de plusieurs fonctions de réponse, chaque fonction de réponse permettant une estimation du deuxième signal de détection à partir du premier signal de détection, chaque fonction de réponse étant associée à une espèce gazeuse candidate dans le gaz, les fonctions de réponse étant mémorisées dans une unité de traitement ; - au cours de l’étape d), sélection, par l’unité de traitement, de la fonction de réponse minimisant un écart entre : ^ le deuxième signal de détection, résultant de l’étape c) ; ^ et une estimation du deuxième signal de détection, obtenue en appliquant la fonction de réponse au premier signal de détection résultant de l’étape c) ; - identification de l’espèce gazeuse comme étant l’espèce gazeuse associée à la fonction de réponse sélectionnée. Selon une possibilité, le procédé comporte : - préalablement à l’étape d), établissement de plusieurs fonctions de réponse, chaque fonction de réponse permettant une estimation du deuxième signal de détection à partir du premier signal de détection, chaque fonction de réponse étant associée à une proportion d’au moins une espèce gazeuse candidate dans le gaz, les fonctions de réponse étant mémorisées dans une unité de traitement ; - au cours de l’étape d), sélection, par l’unité de traitement, de la fonction de réponse minimisant un écart entre : ^ le deuxième signal de détection, résultant de l’étape c) ; ^ et une estimation du deuxième signal de détection, obtenue en appliquant la fonction de réponse au premier signal de détection résultant de l’étape c) ; - détermination de la proportion de l’espèce gazeuse comme étant la proportion de l’espèce gazeuse associée à la fonction de réponse sélectionnée. Selon une possibilité, le procédé comporte : - préalablement à l’étape d), établissement de plusieurs fonctions de réponse, chaque fonction de réponse permettant une estimation du deuxième signal de détection à partir du premier signal de détection, chaque fonction de réponse étant associée à des proportions d’au moins deux espèces gazeuse candidate dans le gaz, les fonctions de réponse étant mémorisées dans une unité de traitement ; - au cours de l’étape d), sélection, par l’unité de traitement, de la fonction de réponse minimisant un écart entre : ^ le deuxième signal de détection, résultant de l’étape c) ; ^ et une estimation du deuxième signal de détection, obtenue en appliquant la fonction de réponse au premier signal de détection résultant de l’étape c) ; - détermination des proportions des deux espèces comme étant les proportions desdites espèces gazeuses associées à la fonction de réponse sélectionnée. Selon une possibilité, la deuxième bande spectrale d’absorption est située dans les bandes spectrales d’absorption respectives des deux espèces gazeuses candidates. Selon une possibilité, la deuxième bande spectrale de référence est confondue avec la première bande spectrale de référence. Un deuxième objet de l’invention est un capteur de gaz comportant une enceinte, configurée pour recevoir un gaz comportant potentiellement au moins une espèce gazeuse choisie parmi au moins deux espèces gazeuses candidates, chaque espèce gazeuse candidate absorbant la lumière dans une bande spectrale d’absorption, le capteur comportant également : - une source de lumière , configurée pour émettre une onde lumineuse se propageant dans l'enceinte ; - un premier photodétecteur de mesure, situé à une première distance de la source de lumière, le premier photodétecteur de mesure étant configuré pour détecter une onde lumineuse, émise par la source de lumière, dans une première bande spectrale de détection, la première bande spectrale de détection étant située dans les bandes spectrales d’absorption respectives des deux espèces gazeuses candidates ; - un deuxième photodétecteur de mesure, situé à une deuxième distance de la source de lumière, la deuxième distance étant différente de la première distance, le deuxième photodétecteur de mesure étant configuré pour détecter une onde lumineuse, émise par la source de lumière, dans une deuxième bande spectrale de détection, la deuxième bande spectrale de détection étant située dans la bande spectrale d’absorption d’au moins une des deux espèces gazeuses candidates. - une unité de traitement, programmée pour mettre en œuvre les étapes c) et d) d’un procédé selon le premier objet de l’invention à partir des intensités respectivement mesurées par le premier photodétecteur de mesure et le deuxième photodétecteur de mesure. Le capteur peut comporter: - un premier photodétecteur de référence, situé à la première distance de la source de lumière, le premier photodétecteur de référence étant configuré pour détecter l’onde lumineuse dans une première bande spectrale de référence, considérée comme non absorbée par chaque espèce gazeuse candidate ; - et/ou un deuxième photodétecteur de référence, situé à la deuxième distance de la source de lumière, le deuxième photodétecteur de référence étant configuré pour détecter l’onde lumineuse dans une deuxième bande spectrale de référence, considérée comme non absorbée par chaque espèce gazeuse candidate. L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'exposé des exemples de réalisation présentés, dans la suite de la description, en lien avec les figures listées ci-dessous. FIGURES La figure 1 représente un exemple de configuration d’un capteur de gaz selon l’invention. Dans cet exemple, le capteur de gaz comporte deux photodétecteurs de mesure et deux photodétecteurs de référence. La figure 2 représente une absorbance dite relative, de deux espèces gazeuses, en fonction de la concentration. Les figures 3A et 3B montrent une évolution d’un deuxième signal de détection, résultant du deuxième photodétecteur de mesure et du deuxième photodétecteur de référence, en fonction d’un premier signal de détection, résultant du premier photodétecteur de mesure et du premier photodétecteur de référence. Sur la figure 3A, on a pris en compte différentes concentration de CH4. Sur la figure 3B, on a pris en compte différentes concentrations de C3H8. La figure 3C montre les courbes respectivement représentées sur les figures 3A et 3B. Les courbes représentées sur les figures 3A, 3B et 3C forment des fonctions de réponse du capteur. La figure 4 schématise les principales étapes de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention. EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS La figure 1 schématise un capteur de gaz 1 selon l'invention. Le capteur de gaz 1 comporte une enceinte 2 destinée à contenir un gaz G à analyser. Le gaz à analyser comporte au moins une espèce gazeuse Gx que l’on souhaite identifier, et de préférence déterminer la concentration Cx ou une proportion relative dans le gaz. dont on souhaite déterminer une concentration Cx dans le gaz. L'espèce gazeuse Gx absorbe la lumière, et notamment la lumière infra-rouge, dans une ou plusieurs bandes spectrales d'absorption ^ ^x qui lui sont propres. Le gaz est susceptible de comporter une ou plusieurs espèces gazeuses dites candidates. Il s’agit d’espèces gazeuses prédéterminées, potentiellement présentes dans le gaz. Les espèces gazeuses candidates absorbent la lumière infrarouge dans au moins une même bande spectrale d’absorption. Le capteur 1 comporte également : ^ une source de lumière 10, configurée pour émettre, dans l’enceinte 2, une onde lumineuse dans une bande spectrale d'émission ^ ^. La bande spectrale d'émission peut s'étendre entre le proche ultra-violet et l'infra-rouge moyen, par exemple entre 200 nm et 20 µm, et le plus souvent dans l'infra-rouge, la bande spectrale d'émission ^ ^ étant par exemple comprise entre 1 µm et 20 µm. ^ un premier photodétecteur de mesure 21, configuré pour détecter une onde lumineuse, dite onde lumineuse transmise, dans une première bande de détection ^ ^d,1. L'onde lumineuse transmise est une onde lumineuse émise par la source de lumière 10, et s'étant propagée à travers l'enceinte, en s'atténuant progressivement durant son parcours à travers le gaz. Le premier photodétecteur de mesure 21 peut être associé à un filtre passe-bande 31, définissant la première bande spectrale de détection ^ ^d,1. Le premier photodétecteur de mesure 21 est situé à une première distance d1 de la source de lumière. ^ éventuellement un premier photodétecteur de référence 21ref, configuré pour détecter une onde lumineuse de référence. L'onde lumineuse de référence détectée par le premier photodétecteur de référence 21ref est considérée comme non atténuée par le gaz G présent dans l'enceinte. Dans cet exemple, le premier photodétecteur de référence 21ref détecte l'onde lumineuse de référence dans une première bande spectrale de référence ^ ^ref,1, dans laquelle l'atténuation de l'onde lumineuse émise par la source est considérée comme négligeable. Le premier photodétecteur de référence 21ref peut être associé à un premier filtre passe-bande de référence 31ref, définissant la première bande spectrale de référence ^ ^ref,1. Par exemple, la première bande spectrale de référence ^ ^ref,1 est centrée autour de la longueur d'onde 3.91 µm. Le recours à un premier photodétecteur de référence est optionnel mais est avantageux De façon alternative, le premier photodétecteur de référence 21ref n'est pas disposé dans l'enceinte 2 comportant le gaz, auquel cas la premier bande spectrale de référence peut être similaire à la premier bande spectrale de détection. La source de lumière 10 peut être impulsionnelle, et émettre des impulsions lumineuses dont la durée est généralement comprise entre 50 ms et 1 s. Il peut notamment s'agir d'une source de lumière infra-rouge de type filament formé sur une membrane suspendue, le filament étant parcouru par un courant électrique. De cette façon, la membrane suspendue est chauffée à une température comprise entre 400°C et 800°C, de façon à émettre une lumière infra-rouge. Un aspect important de l’invention est que le capteur de gaz comporte également : ^ un deuxième photodétecteur de mesure 22, configuré pour détecter une onde lumineuse, dite onde lumineuse transmise, dans une deuxième bande spectrale de détection ^ ^d,2, qui peut être différente ou identique à la première bande spectrale de détection ^ ^d,2. Le deuxième photodétecteur de mesure 22 peut être associé à un deuxième filtre passe-bande 32, définissant la deuxième bande spectrale de détection ^ ^d,2. Le deuxième photodétecteur de mesure 22 est situé à une deuxième distance d2 de la source de lumière. La deuxième distance d2 est différente de la première distance d1. L’écart relatif entre la première distance et la deuxième distance est de préférence supérieur à 10% ou à 20% de façon à augmenter la différence entre les intensités lumineuses respectivement détectées par le premier photodétecteur de mesure 21 et le deuxième photodétecteur de mesure 22. - éventuellement un deuxième photodétecteur de référence 22ref, configuré pour détecter une onde lumineuse de référence. L'onde lumineuse de référence détectée par le premier photodétecteur de référence 22ref est considérée comme non atténuée par le gaz G présent dans l'enceinte. Le deuxième photodétecteur de référence 22ref détecte l'onde lumineuse de référence dans une deuxième bande spectrale de référence ^ ^ref,2, dans laquelle l'atténuation de l'onde lumineuse émise par la source est considérée comme négligeable, et qui peut être identique à la première bande spectrale de référence ^ ^ref,1. Le deuxième photodétecteur de référence 22ref peut être associé à un deuxième filtre passe-bande de référence 32ref, définissant la deuxième bande spectrale de référence ^ ^ref,2. Chaque photodétecteur de mesure 21, 22 et chaque photodétecteur de référence 21ref , 22ref peuvent être des thermopiles ou des pyrodétecteurs ou des photodiodes. Chaque photodétecteur est configuré pour générer un signal de détection, dont l'amplitude correspond à une intensité de l'onde lumineuse détectée. Selon une possibilité, le dispositif comporte un seul photodétecteur de référence, par exemple le premier photodétecteur de référence 21ref. L’intensité de référence, au niveau du deuxième photodétecteur de mesure 22, peut être déterminée par calcul, connaissant l’intensité de référence mesurée par le premier photodétecteur de référence ainsi que la distance entre le premier photodétecteur de mesure 21 et le deuxième photodétecteur de mesure 22. De façon réciproque, le dispositif peut ne comporter que le deuxième photodétecteur de référence 22ref. L’intensité de référence, au niveau du premier photodétecteur de mesure 21, peut être déterminée par calcul, connaissant l’intensité de référence mesurée par le deuxième photodétecteur de mesure 22 ainsi que la distance entre le premier photodétecteur de mesure 21 et le deuxième photodétecteur de mesure 22. On considère à présent une espèce gazeuse Gx, choisie parmi les espèces gazeuses candidates. L'intensité I de l'onde lumineuse détectée par chaque photodétecteur de mesure dépend de la concentration Cx de l'espèce gazeuse considérée Gx selon la relation de Beer Lambert : ^^ ^^ ^^ ൌ ூ ିµ^ ^^^^ ூబ ൌ ^^ ^1^ où : - µ(Cx) est un coefficient atténuation, dépendant de la concentration Cx recherchée; - l est l'épaisseur de gaz traversé par l'onde lumineuse dans l'enceinte ; - I0 correspond à l'intensité de l'onde qui est ou serait détectée par le photodétecteur de mesure en l'absence de gaz absorbant dans l'enceinte. La comparaison entre I et I0, prenant la forme d'un ratio I/ I0, correspond à une atténuation att causée par l'espèce gazeuse Gx considérée. Lors de chaque impulsion de la source de lumière 10, on peut ainsi déterminer µ(Cx), ce qui permet d'estimer la quantité Cx sachant que la relation entre Cx et µ(Cx) est connue. L'intensité I0 peut être prédéterminée, par exemple au cours d'une calibration, ou mesurée en l'absence de gaz dans l'enceinte 2. Lorsque le capteur comporte un photodétecteur de référence, l'intensité de référence Iref mesurée par le photodétecteur de référence permet de mesurer des variations de ^^^. Le capteur comporte une unité de traitement 40, recevant les signaux mesurés respectivement par les photodétecteurs de mesure 21, 22 et les éventuels photodétecteurs de référence 21ref ,22ref. L'unité de traitement 40 permet d'effectuer, à partir de ces derniers, des calculs permettant : - d’identifier au moins une espèce gazeuse présente dans le gaz, choisie parmi une liste d’espèces gazeuses candidates prédéterminée ; - de préférence estimer une concentration de l’espèce gazeuse ou de chaque espèce gazeuse identifiée. L'unité de traitement 40 comporte par exemple un microprocesseur ou plusieurs microprocesseurs, chaque microprocesseur mettant alors en œuvre des opérations spécifiques. Chaque bande spectrale de détection est située dans une bande spectrale d’absorption d’au moins une espèce gazeuse candidate. De préférence, au moins une bande spectrale de détection, voire chaque bande spectrale de détection, est située dans une bande spectrale d’absorption de plusieurs espèces gazeuses candidates, et de préférence de chaque espèce gazeuse candidate. L’invention est basée sur le fait qu’en comparant les intensités des signaux respectivement détectés par chaque photodétecteur de mesure, après que la source de lumière a été activée, il est possible d’identifier au moins une espèce gazeuse présente dans le gaz, parmi les espèces gazeuses candidates. On a simulé une détection soit de CH4, soit de C3H8, par un capteur tel que décrit dans la demande de brevet US20220214267A1. On a simulé une disposition du premier photodétecteur de mesure et du premier photodétecteur de référence à une première distance d1 = 1.71 cm de la source de lumière. On a simulé une disposition du deuxième photodétecteur de mesure et du deuxième photodétecteur de référence à une deuxième distance d2 = 4.04 cm de la source de lumière. Chaque photodétecteur de mesure comportait un filtre définissant une bande spectrale de détection centrée autour de 3.37 µm. A des fins de modélisation, seule l’intensité détectée à longueur d’onde de 3.37 µm a été prise en compte. Comme indiqué dans l’art antérieur, la longueur d’onde de 3.37 µm est située dans les bandes spectrales d’absorption de CH4 et de C3H8. Selon une autre possibilité, le premier filtre 31 est centré autour de 3 µm et le deuxième filtre 32 est centré sur 3.37 µm, ou réciproquement. Selon une autre possibilité, chaque filtre est centré sur la longueur d’onde 3 µm. La figure 2 représente l’évolution d’un signal de quantification ^^^, exprimé en %, comportant une combinaison entre les intensités lumineuses mesurées par chaque photodétecteur.
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Sur la figure 2, les courbes CH4 et C3H8 correspondent à une situation selon laquelle seuls CH4 et C3H8 sont respectivement présents dans le gaz. L’axe des abscisses correspond à la concentration (unité ppm) et l’axe des ordonnées correspond au signal de quantification ^^^ défini en lien avec l’expression (2). On observe que pour un même signal de quantification ^^^, tel que défini dans (2), la concentration des deux espèces gazeuses candidates est différente. Par exemple, un signal de quantification ^^^ égal à 1% correspond des concentrations de CH4 ou C3H8 respectivement proches de 10000 ppm ou de 600 ppm. Lorsque l’on ne dispose pas d’un a priori sur l’espèce gazeuse susceptible d’être présente dans le gaz, un même signal de quantification ^^^ peut être généré par des concentrations très différentes de ces deux espèces gazeuses. Lorsque le capteur est utilisé pour générer une alarme lorsqu’une concentration seuil a été dépassée, par exemple relativement à une concentration de CH4 égale à 6000 ppm, une alarme peut être déclenchée alors que le gaz ne comporte pas de CH4 et que la concentration de C3H8 dépasse seulement quelques centaines de ppm. Cela correspond à une fausse alarme. Afin d’éviter une survenue d’une telle situation, on utilise les deux photodétecteurs de mesure, disposés de façon que les ondes lumineuses les atteignant suivent des trajets optiques de longueurs différentes. L’invention tire profit : - de la différence de trajets optique entre la source de lumière et chaque photodétecteur de mesure, respectivement ; - de la différence d’absorbance entre les espèces gazeuses candidates : dans cet exemple, à 3.37 µm, l’absorbance de C3H8 est supérieure à celle de CH4. Dans cet exemple, les espèces gazeuses candidates sont CH4 et C3H8. A partir des intensités détectées par chaque photodétecteur de mesure, on forme : - un premier signal de détection ^^^, représentatif d’une absorbance du gaz, mesurée par le premier photodétecteur de mesure 21. Le premier signal de détection ^^^ est formé à partir de l’intensité lumineuse ^^^ détectée par le premier photodétecteur de mesure 21. De préférence, le premier signal de détection est formé à partir d’un ratio entre l’intensité lumineuse
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et l’intensité lumineuse ^^^^^,^ détectée par le photodétecteur de référence 21ref. Ainsi, selon une possibilité, ^^^ ൌ
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(3). Dans cet exemple, ^^^ ൌ 1 െ
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- un deuxième signal de détection ^^ଶ, représentatif d’une absorbance du gaz, mesurée par le deuxième photodétecteur de mesure 22. Le deuxième signal de détection ^^ଶ est formé à partir de l’intensité lumineuse ^^ଶ détectée par le deuxième photodétecteur de mesure 22. De préférence, le deuxième signal de détection est formé à partir d’un ratio entre l’intensité lumineuse ^^ଶ et l’intensité lumineuse ^^^^^,ଶ détectée par le deuxième photodétecteur de référence 22ref. Ainsi, selon une possibilité, ^^ ூ ଶ ൌ ^^ଶ (5). Dans cet exemple, ^^ଶ ൌ 1 െ మ ூ^^^,మ (6) Un aspect important de l’invention est d’identifier au moins une espèce gazeuse, présente dans le gaz, à partir du premier signal de détection et du deuxième signal de détection. La figure 3A représente le premier signal de détection (axe des abscisses - %) et le deuxième signal de détection (axe des ordonnées - %) pour différentes concentrations de méthane (CH4). Cela correspond à une fonction de réponse ^^^ுସ du capteur pour CH4. La figure 3B représente le premier signal de détection (axe des abscisses - %) et le deuxième signal de détection (axe des ordonnées - %) pour différentes concentrations de propane (C3H8). Cela correspond à une fonction de réponse ^^^ଷு଼ du capteur pour C3H8. Les figures 3A et 3B ont été obtenues en effectuant des modélisations en prenant en compte quelques concentrations discrètes, qui correspondent aux points matérialisés sur chacune de ces figures. On a ensuite interpolé les points de chaque courbe en prenant en compte un polynôme du deuxième degré. Sur les figures 3A et 3B, on a indiqué l’équation de chaque polynôme ainsi qu’un coefficient de corrélation R². Sur la figure 3C, on a représenté les deux fonctions de réponse décrites en lien avec les figures 3A et 3B. On a également représenté une fonction de réponse ^^௫^ுସି௬^ଷு଼, qui correspond à une proportion de ^^% de CH4 et de ^^% de C3H8. ^^ et ^^ sont des réels strictement compris entre 0 et 1. Les fonctions de réponse sont mémorisées dans l’unité de traitement. Un aspect important de l’invention est d’identifier, à partir du premier signal de détection et du deuxième signal de détection, au moins une espèce gazeuse présente dans le gaz analysé. Dans cet exemple, si ^^ଶ ൌ ^^^ுସ^ ^^^^, l’espèce gazeuse identifiée est CH4. Si ^^ଶ ൌ ^^^ଷு଼^ ^^^^ l’espèce gazeuse identifiée est C3H8. Ainsi l’unité de traitement 40 est programmée pour : - calculer le premier signal de détection ^^^ et le deuxième signal de détection ^^ଶ à partir des intensités ^^^et ^^ଶ respectivement mesurées par le premier photodétecteur et par le deuxième photodétecteur ; - identifier au moins une espèce gazeuse à partir du premier signal de détection ^^^ et du deuxième signal de détection ^^ଶ. Dans cet exemple, des fonctions de réponse, respectivement associées à différentes espèces gazeuses, ont été préalablement déterminées. L’espèce gazeuse identifiée correspond à celle associée à la fonction de réponse donnant un écart minimal entre : o le signal ^^ଶ mesuré ; o et son estimation ^^^ଶ en appliquant la fonction de réponse au premier signal de détection ^^^ : ^ ^ ^ଶ ൌ ^^^ ^^^^. D’une façon plus générale, on peut établir plusieurs fonctions de réponse correspondant à différentes compositions, par exemple des fonctions de réponse associées à une composition de x% de CH4 et y% de C3H8.Sur la figure 3C : - la fonction ^^^ுସ correspond à ^^% de CH4 et ^^% de C3H8 avec ^^=100 et ^^ = 0 ; - la fonction ^^^ଷு଼ correspond à ^^% de CH4 et ^^% de C3H8 avec ^^=0 et ^^ = 100 ; - la fonction ^^௫^ுସି௬^ଷு଼, représentée en pointillés, correspond à ^^% de CH4 et ^^% de C3H8. Les fonctions de réponse peuvent être établies numériquement et/ou à partir de mesures réalisées avec un ou plusieurs gaz de calibration de composition connue. Ainsi, l’invention permet d’identifier une espèce gazeuse, présente dans un gaz, parmi plusieurs espèces gazeuses candidates. Elle permet également d’estimer une proportion relative de différentes espèces gazeuses candidates. Cela se fait au moyen de fonctions de réponse prédéterminées, chaque fonction de réponse étant associée à une espèce gazeuse candidate ou à un mélange d’espèces gazeuses candidates. L’identification de chaque espèce gazeuse présente dans le gaz et sa proportion est effectuée en sélectionnant la fonction de réponse minimisant l’écart entre ^^ଶ, résultant de la mesure, et l’estimation ^^^ଶ ൌ ^^^ ^^^^. Après qu’une espèce gazeuse a été identifiée, sa concentration dans le gaz peut être déterminée soit à partir de la valeur de la fonction de réponse sélectionnée, sachant que chaque valeur de la fonction de réponse correspond à une concentration. La concentration dans le gaz peut également être déterminée à partir du premier signal de détection et/ou du deuxième signal de détection, par exemple en mettant en œuvre un signal de quantification tel qu’explicité dans (2). La figure 4 schématise les principales étapes de l’invention Etape 90 : calibration du capteur : il s’agit de définir des fonctions de réponses du capteur en prenant en compte différentes concentrations de différentes espèces gazeuses candidates prédéterminées. Chaque fonction de réponse permet une estimation du deuxième signal de détection ^^^ଶ à partir d’une mesure du premier signal de détection
Figure imgf000016_0001
Chaque fonction de réponse est associée à une proportion déterminée de chaque espèce gazeuse candidate. Etape 100 : admission du gaz dans l’enceinte 2 et illumination du gaz par la source de lumière Etape 110 : détection d’intensités lumineuses par les premier et deuxième photodétecteurs de mesure et de référence. Etape 120 : formation des signaux de détection, représentatifs de l’atténuation de la lumière, par le gaz, entre la source de lumière et chaque photodétecteur de mesure. Etape 130 : à partir des fonctions de calibration, identification d’au moins une espèce gazeuse présente dans le gaz, parmi la liste des espèces gazeuses candidates, et détermination d’une proportion de chaque espèce gazeuse identifiée. Il s’agit notamment de déterminer la fonction de réponse minimisant un écart entre le deuxième signal de détection et son estimation à partir de la fonction de réponse appliquée au premier signal de détection. Etape 140 : éventuellement quantification de la concentration de chaque espèce gazeuse identifiée lors de l’étape 130. La quantification peut être effectuée à partir de la valeur de la fonction de réponse, ou à partir d’au moins un signal de détection. Dans l’exemple décrit, la première distance d1 est inférieure à la deuxième distance d2. L’invention s’applique également à une configuration selon laquelle la deuxième distance d2 est inférieure à la première distance d1. Il est cependant préférable que l’écart entre les deux distances soit supérieur à 10%, voire 20%. Selon une possibilité, on peut mettre en œuvre trois photodétecteurs, respectivement situés à trois distances différentes de la source de lumière. Cela permet de détecter une espèce gazeuse parmi trois espèces gazeuses candidates, ou d’estimer une concentration de trois espèces gazeuses différentes, selon les principes précédemment exposés. L'invention pourra être appliquée pour la détection de gaz dans la surveillance de l'environnement, ou dans des applications de contrôle de gaz industriels, notamment dans l'agroalimentaire, l'industrie pétrolière, ou la distribution de gaz.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé d’identification d’au moins une espèce gazeuse, présente dans un gaz, le gaz s’étendant dans une enceinte (2), l’espèce gazeuse étant sélectionnée parmi au moins deux espèces gazeuses candidates, chaque espèce gazeuse candidate absorbant la lumière dans une bande spectrale d’absorption, le capteur comportant : - une source de lumière, émettant une lumière au moins dans la bande spectrale d’absorption ; - un premier photodétecteur de mesure (21), situé à une première distance (d1) de la source de lumière, le premier photodétecteur de mesure étant configuré pour détecter une onde lumineuse, émise par la source de lumière, dans une première bande spectrale de détection, la première bande spectrale de détection étant située dans les bandes spectrales d’absorption respectives des deux espèces gazeuses candidates ; - un deuxième photodétecteur de mesure (22), situé à une deuxième distance (d2) de la source de lumière, la deuxième distance étant différente de la première distance, le deuxième photodétecteur de mesure étant configuré pour détecter une onde lumineuse, émise par la source de lumière, dans une deuxième bande spectrale de détection, la deuxième bande spectrale de détection étant située dans la bande spectrale d’absorption d’au moins une des deux espèces gazeuses candidates. le procédé comportant : a) illumination du gaz à l'aide de la source de lumière (10) ; b) mesure d’intensités d'une onde lumineuse, émise par la source de lumière, et s'étant propagée à travers l'enceinte (2) par le premier photodétecteur de mesure (21) et par le deuxième photodétecteur de mesure (22) ; c) formation d’un premier signal de détection ( ^^^) à partir de l’intensité mesurée par le premier photodétecteur de mesure et formation d’un deuxième signal de détection ( ^^ଶ) à partir de l’intensité mesurée par le deuxième photodétecteur de mesure ; d) à partir des premier et du deuxième signaux de détection, identification d’une espèce gazeuse présente dans le gaz, parmi les espèces gazeuses candidates ; le procédé étant caractérisé en ce que la première distance est supérieure d’au moins 10% à la deuxième distance de façon que les trajets optiques respectifs entre la source de lumière et chaque photodétecteur de mesure soient différents d’au moins 10%.
2. Procédé selon la revendication 1, comportant, suite à l’étape d), une estimation d’une proportion de la ou de chaque espèce gazeuse identifiée lors de l’étape d).
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, suite à l’étape d), une estimation d’une quantité de la ou de chaque espèce gazeuse identifiée lors de l’étape d).
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enceinte comporte : - un premier photodétecteur de référence (21ref), situé à la première distance de la source de lumière, le premier photodétecteur de référence étant configuré pour détecter l’onde lumineuse dans une première bande spectrale de référence, considérée comme non absorbée par chaque espèce gazeuse candidate ; - un deuxième photodétecteur de référence (22ref), situé à la deuxième distance de la source de lumière, le deuxième photodétecteur de référence étant configuré pour détecter l’onde lumineuse dans une deuxième bande spectrale de référence, considérée comme non absorbée par chaque espèce gazeuse candidate ; et dans lequel : - le premier signal de détection comporte un ratio ( ூభ ூ^^^,భ)entre les intensités lumineuses respectivement détectées par le premier photodétecteur de mesure et le premier photodétecteur de référence ; - le deuxième signal de détection comporte un ratio ( ூమ ூ^^^,మ) entre les intensités lumineuses respectivement détectées par le deuxième photodétecteur de mesure et le deuxième photodétecteur de référence.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la première bande spectrale de référence est identique à la deuxième bande spectrale de référence.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant : - préalablement à l’étape d), établissement de plusieurs fonctions de réponse
Figure imgf000019_0001
^^௫^ுସି௬^ଷு଼), chaque fonction de réponse permettant une estimation du deuxième signal de détection à partir du premier signal de détection, chaque fonction de réponse étant associée à une espèce gazeuse candidate dans le gaz, les fonctions de réponse étant mémorisées dans une unité de traitement (40); - au cours de l’étape d), sélection, par l’unité de traitement, de la fonction de réponse minimisant un écart entre : ^ le deuxième signal de détection ( ^^2), résultant de l’étape c) ; ^ et une estimation du deuxième signal de détection ( ^^^2), obtenue en appliquant la fonction de réponse au premier signal de détection ( ^^1) résultant de l’étape c) ; - identification de l’espèce gazeuse comme étant l’espèce gazeuse associée à la fonction de réponse sélectionnée.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comportant : - préalablement à l’étape d), établissement de plusieurs fonctions de réponse ( ^^^ுସ, ^^^ଷு଼, ^^௫^ுସି௬^ଷு଼), chaque fonction de réponse permettant une estimation du deuxième signal de détection à partir du premier signal de détection, chaque fonction de réponse étant associée à une proportion d’au moins une espèce gazeuse candidate dans le gaz, les fonctions de réponse étant mémorisées dans une unité de traitement ; - au cours de l’étape d), sélection, par l’unité de traitement, de la fonction de réponse minimisant un écart entre : ^ le deuxième signal de détection ( ^^2), résultant de l’étape c) ; ^ et une estimation du deuxième signal de détection ( ^^^2), obtenue en appliquant la fonction de réponse au premier signal de détection ( ^^1) résultant de l’étape c) ; - détermination de la proportion de l’espèce gazeuse comme étant la proportion de l’espèce gazeuse associée à la fonction de réponse sélectionnée.
8. Procédé selon la revendication 7, comportant : - préalablement à l’étape d), établissement de plusieurs fonctions de réponse ( ^^௫^ுସି௬^ଷு଼), chaque fonction de réponse permettant une estimation du deuxième signal de détection à partir du premier signal de détection, chaque fonction de réponse étant associée à des proportions d’au moins deux espèces gazeuses candidate dans le gaz, les fonctions de réponse étant mémorisées dans une unité de traitement ; - au cours de l’étape d), sélection, par l’unité de traitement, de la fonction de réponse minimisant un écart entre : ^ le deuxième signal de détection, résultant de l’étape c) ; ^ et une estimation du deuxième signal de détection, obtenue en appliquant la fonction de réponse au premier signal de détection résultant de l’étape c) ; - détermination des proportions des deux espèces gazeuses comme étant les proportions desdites espèces gazeuses associées à la fonction de réponse sélectionnée.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième bande spectrale d’absorption est située dans les bandes spectrales d’absorption respectives des deux espèces gazeuses candidates.
10. Capteur (1) de gaz comportant une enceinte (2), configurée pour recevoir un gaz (G) comportant potentiellement au moins une espèce gazeuse choisie parmi au moins deux espèces gazeuses candidates, chaque espèce gazeuse candidate absorbant la lumière dans une bande spectrale d’absorption, le capteur comportant également : - une source de lumière (10), configurée pour émettre une onde lumineuse se propageant dans l'enceinte ; - un premier photodétecteur de mesure (21), situé à une première distance (d1) de la source de lumière, le premier photodétecteur de mesure étant configuré pour détecter une onde lumineuse, émise par la source de lumière, dans une première bande spectrale de détection, la première bande spectrale de détection étant située dans les bandes spectrales d’absorption respectives des deux espèces gazeuses candidates ; - un deuxième photodétecteur de mesure (22), situé à une deuxième distance (d2) de la source de lumière, la deuxième distance étant différente de la première distance, le deuxième photodétecteur de mesure étant configuré pour détecter une onde lumineuse, émise par la source de lumière, dans une deuxième bande spectrale de détection, la deuxième bande spectrale de détection étant située dans la bande spectrale d’absorption d’au moins une des deux espèces gazeuses candidates. - une unité de traitement (40), programmée pour mettre en œuvre les étapes c) et d) d’un procédé objet d’une quelconque des revendications précédentes à partir des intensités respectivement mesurées par le premier photodétecteur de mesure et le deuxième photodétecteur de mesure - le capteur étant tel que la première distance est supérieure d’au moins 10% à la deuxième distance, de façon que les trajets optiques respectifs entre la source de lumière et chaque photodétecteur de mesure soient différents d’au moins 10%.
11. Capteur selon la revendication 10, comportant : - un premier photodétecteur de référence (21ref), situé à la première distance de la source de lumière, le premier photodétecteur de référence étant configuré pour détecter l’onde lumineuse dans une première bande spectrale de référence, considérée comme non absorbée par chaque espèce gazeuse candidate ; - et/ou un deuxième photodétecteur de référence (22ref), situé à la deuxième distance de la source de lumière, le deuxième photodétecteur de référence étant configuré pour détecter l’onde lumineuse dans une deuxième bande spectrale de référence, considérée comme non absorbée par chaque espèce gazeuse candidate.
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