WO2010086556A1 - Device for emitting pulsed infrared radiation - Google Patents

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WO2010086556A1
WO2010086556A1 PCT/FR2010/050133 FR2010050133W WO2010086556A1 WO 2010086556 A1 WO2010086556 A1 WO 2010086556A1 FR 2010050133 W FR2010050133 W FR 2010050133W WO 2010086556 A1 WO2010086556 A1 WO 2010086556A1
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emitting
infrared
emission
layer
infrared radiation
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PCT/FR2010/050133
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Inventor
Frédéric VAU
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Alcolock France
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    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/497Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
    • G01N33/4972Determining alcohol content
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating 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

Definitions

  • the present invention relates to the general field of pulsed infrared radiation emitting devices, emitting reproducible pulses in the spectral range [9 ⁇ m; 10 .mu.m].
  • Such an infrared emission is intended for use in instruments for measuring the absorption by ethanol of infrared located in the evoked interval.
  • such measuring devices based on infrared absorption use a pyroelectric detector whose operation is only possible in combination with pulsed infrared emission.
  • These devices then generally use a continuous source of infrared associated with a rotating element to periodically mask this source to generate a reproducible periodic alternating signal.
  • Such a rotating element is commonly called "chopper".
  • the use of such a rotating element involves the implementation of an engine capable of providing a constant and completely regular rotational movement, so as to ensure the reproducibility of infrared radiation pulses.
  • the main purpose of the present invention is therefore to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a device for emitting pulsed infrared radiation emitting reproducible pulses in the spectral range.
  • an alcohol measuring apparatus comprising a measurement vessel in which absorption measurements are carried out, characterized in that it comprises at least one power supply module capable of supplying a reproducible pulsed current at a desired pulse frequency and an emission module consisting of a plane substrate on which is placed a heating element made of conductive material. said heating element being coated with a heat-diffusing layer on which is placed a thin layer of at least one semiconductor material, the heating element being fed with the pulsed current supplied by the 'food.
  • the desired pulse frequency is between 3 and 10 Hz for the purposes of the transmitter / receiver combination.
  • the modules comprise a heating element consisting of a conductive layer or a conductive filament acting as a heating resistor between a substrate and a thin layer of a semiconductor material.
  • this semiconductor layer being isolated from the conductive layer by a heat diffusing layer, emit infrared radiation pulses quite reproducible in the target spectral range when the conductive layer is fed with a pulsed current at a desired pulse frequency.
  • emission modules operating on the principle of the emission of a caloric radiation, generate isotropic radiation on the upper half-space of the emission module.
  • a component having the constitution of a transmission module as defined in the invention is advantageously a semiconductor reducing gas sensor using a variation in the conductivity of the semiconductor material as a function of the adsorption of the gas on this material.
  • such a component is diverted from the primary function for which it is designed.
  • such a sensor undergoes a chemical reaction on the sensitive layer varying its electrical conductivity.
  • This sensitive layer is heated at high temperature by the conductive filament.
  • these components emit substantially isotropic infrared radiation in a half space generating a loss of energy in the case where a channeling of the energy is desired.
  • the emission module is provided with an emitter cone whose surface reflects the infrared and whose angular aperture allows an increased transmission of the infrared energy in a tubular measuring vessel in which is measured the infrared absorption and the establishment of a plurality of optical paths longer than that of the tubular measuring tank.
  • This characteristic gives the emission characteristic of the transmission module, as defined according to the invention, an angular selectivity.
  • the presence of the emitter cone avoids, in effect, the radiation loss on the sides of the emission module. In the absence of such a cone, these lateral radiations disappear and are not effective in the emission of infrared that must be emitted in a reduced angular aperture around an optical axis perpendicular to the surface of the emission module.
  • the emitter cone is particularly adapted to an increased transmission of energy in a tubular measuring tank, in which an infrared absorption is measured.
  • the presence of the emitter cone also makes it possible to recover rays making various angles with the optical axis of the emission module, this favoring the establishment of a plurality of optical paths for the infrared radiation, these optical paths being by reflection on the surface of the emitter cone, then in the tubular measuring tank, of a length greater or even much greater than that of the measuring vessel. This is important to multiply the length and number of optical paths since it is an absorption measurement.
  • the use of the reproducible pulsed infrared radiation emitting device according to the invention is intended for the manufacture of infrared absorption measuring devices.
  • This pulsed emission device is then coupled with a pyroelectric detector which can not detect the quantity of infrared radiation only when this radiation is pulsed. This also implies that the radiation, as received by the pyroelectric element, has passed a sufficiently long length in the absorber fluid so that the absorption measurement can be of sufficient precision for the requirements of the measuring apparatus concerned. .
  • the presence of the emitter cone makes it possible to reinforce the quantity of energy emitted in the angular aperture corresponding to that of the cone, and thus to reinforce the quantity of energy sent into the measurement vessel.
  • the presence of the cone further allows for a sufficient amount of sufficiently long optical paths to be made in the measurement vessel to provide sufficiently quantitative absorption for the measurement to be reliable and sufficiently resolved.
  • the angular aperture of the emitter cone is between 10 ° and 45 ° .Preferentially, the angular aperture is between 35 ° and 40 °. Ideally, the angle is around 38 °.
  • Such an angular opening conventionally corresponds to a compromise between the possibility of reflecting the rays and the minimization of losses by absorption by the material constituting the emitter cone.
  • the transmitting module can be realized in various ways and with different materials.
  • the conductive layer or the conductive filament may be made of a metal selected from platinum, gold, silver or copper, or may be made of doped polysilicon.
  • the semiconductor thin film also called sensitive layer, is advantageously made of metal oxide.
  • these oxides there are in particular the oxides of tin, aluminum, tungsten, silica, niobium.
  • the combination of a platinum wire with a thin semiconducting tin oxide layer makes it possible to obtain a transmission module that emits reproducible pulses, provided that this wire is fed with a periodic current. drawn.
  • the metal oxide is doped.
  • the substrate may be made of a material chosen from ceramics or substrates based on silicon.
  • Such substrates commonly used in the field of semiconductors, make it possible to obtain a reproducible pulsed infrared source.
  • a thermal diffusion limiting membrane is inserted between the substrate and the conductive layer.
  • This characteristic further improves the thermal behavior of the component by stabilizing the thermal phenomena.
  • the length of the tank is chosen so that the absorption measurements are obtained while respecting a standard deviation of 0.007 mg / l for concentrations of less than 0.4 mg / l, a relative standard deviation less than 1.75% for concentrations greater than or equal to 0.4 mg / l and less than or equal to 2 mg / l and less than 6% for concentrations greater than or equal to 2 mg / l.
  • the maximum permissible error is 0.02 mg / l more or less for concentrations lower than 0.4 mg / l, that the relative maximum permissible error is 5% for concentrations greater than or equal to 0.4 mg / l and less than or equal to 2 mg / l and 20% for concentrations greater than or equal to 2 mg / l.
  • the invention also relates to the use of a semiconductor reducing gas sensor, using a variation in the conductivity of the semiconductor material as a function of the adsorption of the gas on this material.
  • a device for emitting pulsed infrared radiation emitting reproducible pulses in the spectral range [9; 10 ⁇ m] according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an infrared radiation emitting device according to the invention on which there is an example of a periodic signal consisting of reproducible pulses as supplied at the input of the transmission device of the invention;
  • FIG. 2 schematically represents a transmission module as implemented in a device according to the invention
  • FIG. 2A is a view from above
  • FIG. 2B is a sectional view of the transmission module according to a method of FIG. advantageous embodiment of an emitter cone according to the invention
  • FIG. 3 shows schematically the essential elements of a device for measuring the concentration of a gas in a measuring vessel by infrared absorption.
  • FIG. 1 shows schematically an infrared radiation emitting device according to the invention.
  • This device comprises a power supply module 1, able to supply a periodic pulsed current I or a voltage V also periodic and pulsed.
  • This voltage V or current I is supplied to the input of a transmission module 2, possibly equipped with an emitter cone 3, for the production of infrared radiation IR by the emission module 2.
  • the power supply of the emitter is thus carried out by electronics which makes it possible to generate a signal constituted of regular pulses as represented in FIG.
  • FIG. 3 shows the constitution of a transmission module 2 as used in an infrared radiation emitting device according to the invention.
  • the transmission module 2 comprises a substrate 20 made of silicon or ceramic, on which a membrane 21 is placed.
  • This membrane 21 is covered with a layer of electrical insulator 22 in which is integrated a layer of conductive material 23.
  • Another layer of insulating material 24 and heat diffuser covers the entire layer 22 and the conductive layer 23 , before metallizations 25 and an active layer of metal oxide 26 are arranged.
  • This active layer 26 is the one on which the gas whose concentration it is desired to measure is adsorbed when the emission module 2 is used as a reducing gas sensor.
  • the presence of the membrane 21 makes it possible to limit the thermal diffusion towards the substrate 20 and allows a good stability of the thermal inertia, making it possible to improve the reproducibility of the infrared radiation pulses, as emitted by the emission module 2 .
  • the membrane 21 As the membrane 21, the presence of the metallizations 25 has an impact on the thermal inertia of the entire component. Nevertheless, the essential functional parts of the infrared radiation emission include the substrate 20, the insulating layers 22, 24, surrounding the conductive layer 23, acting as a resistor and the layer of semiconductor material 26. in fact to use a metal filament 23, thermally conductive, located under the sensitive layer 26 of the transmitter. It is electrically isolated from the latter by another layer 24 which diffuses the temperature. It is therefore the whole filament + layers that emits infrared radiation.
  • the emission module is therefore advantageously a semiconductor component used as a reducing gas sensor, for example COHC or VOC gas.
  • These sensors are generally made with a metal oxide on which the gas is adsorbed. This adsorption then causes the variation of the resistivity, ie the electrical conductivity of the metal oxide semiconductor layer 26 measured at the terminals of the metallizations 25. It is necessary, in order to observe the resistivity variation, that this layer 26 be heated to high temperatures, above 250 0 C in general.
  • the role of the heating resistor 23 is therefore, in these sensors, heating the semiconductor thin film 26 to allow the oxidation-reduction reaction to detect the gas of interest.
  • the heating resistor 23 may be made with a platinum or other metal wire or, in a more integrated manner, from a doped polysilicon layer, whose metal connections 27 are made of chromium-titanium-platinum alloy. which makes it possible to obtain a satisfactory thermoelectric power.
  • the substrate 20 is advantageously made of silicon or ceramic.
  • the insulating layers 22, 24 are advantageously made from a silicon-based ceramic, for example silicon nitride of Si 3 N 4 formulation.
  • the membrane 21, which limits the thermal diffusion, can also be made from a ceramic material. For example, it has a thickness of 3 ⁇ m for a component with a depth Ll of the order of 100 ⁇ m.
  • the characteristic width, noted L2 of the active metal oxide layer 26 and the conductive layer 23 is typically of the order of 50 microns.
  • the transmission module makes it possible to work in pulsed mode, in a repeatable and reproducible manner. This avoids the use of a cumbersome engine / chopper torque, usually necessary for infrared or monochromatic measurements to obtain a signal with an exploitable signal-to-noise ratio.
  • the emission module 2 is provided with a concentrator 3, in which is dug a so-called transmitter cone 31 whose surfaces are polished and coated with a deposit 32 of infrared reflective material.
  • the assembly consisting of the emission module 2 and the concentrator 3 allows the production of infrared radiation emitting device entirely suitable for measuring the concentrations of ethanol by infrared absorption.
  • Figure 4 schematically represents the essential elements of a portable breathalyzer measuring apparatus operating by infrared absorption. This apparatus makes it possible to analyze the concentration of alveolar alcohol and uses a pulsed infrared source according to the invention.
  • the use of the invention makes it possible to produce a portable breathalyzer approved by international legal metrology and whose measurements can serve as references and legal proof in the context of the measurement of alcohol in the human breath.
  • a tubular measuring tank 40 is provided with two end pieces 41 and 42, each carrying respectively an infrared transmitter 2 according to the invention provided with an emitter cone 3 and a receiving cell 45.
  • the infrared transmitter 2 is connected to a power supply module 1 not shown in FIG. 3.
  • the measurement system presented in this figure operates in an optical monotrajet.
  • the end pieces 41 and 42 respectively comprise a tubular inlet structure of the sample 43 and a tubular exit structure of the sample 44.
  • These tubular structures 43 and 44 are advantageously connected to a pumping system in order to ensure the circulation of the breath sample by the user of the portable breathalyzer device.
  • the tips 41 and 42 also advantageously comprise a conical internal structure so as to channel the radiation into the tubular vessel.
  • the receiving cell 45 is advantageously a pyroelectric detector, this type of component making it possible to detect thermal radiation in the far-field spectrum starting from 3 ⁇ m.
  • the response ranges of this type of detector vary between 1 and 200Hz.
  • the pair of transmitter and receiver components used gives an optimal signal for a frequency around 5Hz.
  • the frequency used is between 4 and 8 Hz.
  • the pyroelectric effect results in a modification of the natural polarization of the ferroelectric element of the sensor which is a crystal.
  • the absorption of thermal radiation generally corresponds to a variation of temperature and is reflected by the appearance of electric charges on the surface.
  • the distribution of alternating charges must neutralized by free electrons and surface potentials, so that no potential difference is measured.
  • the infrared radiation source is not constant in intensity in order to generate polarization variations and to allow the detection of the radiation. It is for this reason that the infrared transmitter 2 must be pulsed at a given frequency thanks to a suitable electronics.
  • this frequency will be of the order of 5 Hz for the targeted applications.
  • An advantageous embodiment of such heating consists in providing the measurement vessel 40, on its outer face, with a resistor, not shown, wound along the entire length of the measurement vessel 40.
  • This resistance makes it possible to achieve, at within the measuring vessel 40, temperatures of the order of 40 0 C, higher than the maximum temperature that can reach the human breath. This ensures the absence of condensation on the walls of the tank and at its ends.
  • each of these components is advantageously provided with an optical window 46 and 47 barium fluoride thickness, for example, of the order of 1.5 mm.
  • the sealing of this window is provided, advantageously, thanks to O-rings 46 'and 47'.
  • clamping nuts 48 and 49 hold the transmitter 2 and the pyroelectric receiver 45 respectively in place.
  • the length of the measuring vessel and its diameter are chosen according to the maximum permissible errors and the standard deviations as defined in the international standard OIML R 126.
  • the end pieces 41 and 42 have tapered sections of angular opening of between 7 and 30 °, and preferably between 8 ° and 17 °, 12.5 ° in FIG.

Abstract

The invention relates to a device for emitting a pumped infrared radiation emitting pulses reproducible in the spectral interval of [9µm, 10µm] for use in a breath analyser including a measuring tank in which adsorption measurements are carried out, characterised in that the device comprises at least one power supply module capable of providing a pumped current reproducible at a desired pulse frequency and an emission module including a planar substrate on which is arranged a layer or a filament of a conductive material used as a heating resistor, the conductive layer or filament being coated with a thin layer of at least one semiconducting material, and the conductive layer or filament being powered by the pumped current provided by the power module.

Description

Titre de l'invention Title of the invention
Dispositif d'émission d'un rayonnement infrarouge puiséDevice for emitting pulsed infrared radiation
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des dispositifs d'émission de rayonnement infrarouge puisé, émettant des impulsions reproductibles dans l'intervalle spectral [9μm; 10μm].BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the general field of pulsed infrared radiation emitting devices, emitting reproducible pulses in the spectral range [9 μm; 10 .mu.m].
Une telle émission d'infrarouges est destinée à l'utilisation dans des appareils de mesure de l'absorption par l'éthanol des infrarouges situés dans l'intervalle évoqué.Such an infrared emission is intended for use in instruments for measuring the absorption by ethanol of infrared located in the evoked interval.
En général, de tels appareils de mesure basés sur une absorption dans l'infrarouge utilisent un détecteur pyroélectrique dont le fonctionnement n'est possible qu'en combinaison avec une émission d'infrarouges puisée.In general, such measuring devices based on infrared absorption use a pyroelectric detector whose operation is only possible in combination with pulsed infrared emission.
Ces appareils utilisent alors en général une source continue d'infrarouges associée à un élément en rotation permettant de masquer périodiquement cette source afin de générer un signal alternatif périodique reproductible.These devices then generally use a continuous source of infrared associated with a rotating element to periodically mask this source to generate a reproducible periodic alternating signal.
Un tel élément en rotation est communément appelé "chopper". L'utilisation d'un tel élément en rotation implique l'implantation d'un moteur capable de fournir un mouvement de rotation constant et totalement régulier, de manière à assurer la reproductibilité des impulsions de rayonnement infrarouge.Such a rotating element is commonly called "chopper". The use of such a rotating element involves the implementation of an engine capable of providing a constant and completely regular rotational movement, so as to ensure the reproducibility of infrared radiation pulses.
Par ailleurs, il est connu qu'il est difficile de produire des impulsions reproductibles dans le domaine de longueurs d'ondes des infrarouges en commandant un composant électronique de manière alternative. En effet, des comportements thermiques évolutifs en fonction du fonctionnement de tout composant électronique sont nécessairement rencontrés et rendent difficile l'obtention d'une reproductibilité d'une émission infrarouge puisée.Furthermore, it is known that it is difficult to produce reproducible pulses in the infrared wavelength domain by alternately controlling an electronic component. Indeed, evolutionary thermal behaviors as a function of the operation of any electronic component are necessarily encountered and make it difficult to obtain a reproducibility of a pulsed infrared emission.
Objet et résumé de l'inventionObject and summary of the invention
La présente invention a donc pour but principal de palier les inconvénients de l'art antérieur, en proposant un dispositif d'émission d'un rayonnement infrarouge puisé émettant des impulsions reproductibles dans l'intervalle spectralThe main purpose of the present invention is therefore to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a device for emitting pulsed infrared radiation emitting reproducible pulses in the spectral range.
[9μm,10μm] pour une utilisation dans un appareil éthylomètre comprenant une cuve de mesure dans laquelle sont réalisées des mesures d'absorption, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module d'alimentation apte à fournir un courant puisé reproductible à une fréquence de pulsation voulue et un module d'émission constitué d'un substrat plan sur lequel est placé un élément chauffant réalisé en matériau conducteur, cet élément chauffant étant revêtu(e) d'une couche apte à diffuser la chaleur sur laquelle est placée une couche mince d'au moins un matériau semi-conducteur, l'élément chauffant étant alimenté avec le courant puisé fourni par le module d'alimentation.[9 μm, 10 μm] for use in an alcohol measuring apparatus comprising a measurement vessel in which absorption measurements are carried out, characterized in that it comprises at least one power supply module capable of supplying a reproducible pulsed current at a desired pulse frequency and an emission module consisting of a plane substrate on which is placed a heating element made of conductive material. said heating element being coated with a heat-diffusing layer on which is placed a thin layer of at least one semiconductor material, the heating element being fed with the pulsed current supplied by the 'food.
Avantageusement, dans l'application visée des éthylomètres, la fréquence de pulsation voulue est comprise entre 3 et 10 Hz pour les besoins de la combinaison émetteur/ récepteur.Advantageously, in the intended application of the alcohol meters, the desired pulse frequency is between 3 and 10 Hz for the purposes of the transmitter / receiver combination.
Il a été découvert par les inventeurs que, de manière surprenante, les modules comprenant un élément chauffant constitué d'une couche conductrice ou d'un filament conducteur faisant office de résistance chauffante entre un substrat et une couche mince d'un matériau semi conducteur, cette couche semi conductrice étant isolée de la couche conductrice par une couche diffusante de chaleur, émettent des impulsions de rayonnement infrarouge tout à fait reproductibles dans l'intervalle spectral visé lorsque la couche conductrice est alimentée par un courant puisé à une fréquence de pulsation voulue.It has been discovered by the inventors that, surprisingly, the modules comprise a heating element consisting of a conductive layer or a conductive filament acting as a heating resistor between a substrate and a thin layer of a semiconductor material. this semiconductor layer being isolated from the conductive layer by a heat diffusing layer, emit infrared radiation pulses quite reproducible in the target spectral range when the conductive layer is fed with a pulsed current at a desired pulse frequency.
Néanmoins, il faut noter que de tels modules d'émission, fonctionnant sur le principe de l'émission d'un rayonnement calorique, génèrent un rayonnement isotrope sur le demi-espace supérieur du module d'émission.Nevertheless, it should be noted that such emission modules, operating on the principle of the emission of a caloric radiation, generate isotropic radiation on the upper half-space of the emission module.
En particulier, un composant présentant la constitution d'un module d'émission tel que défini dans l'invention est avantageusement un capteur de gaz réducteur à semi-conducteur utilisant une variation de conductivité du matériau semi-conducteur en fonction de l'adsorption du gaz sur ce matériau.In particular, a component having the constitution of a transmission module as defined in the invention is advantageously a semiconductor reducing gas sensor using a variation in the conductivity of the semiconductor material as a function of the adsorption of the gas on this material.
Selon cette implémentation particulièrement avantageuse de l'invention, un tel composant est détourné de la fonction première pour laquelle il est conçu.According to this particularly advantageous implementation of the invention, such a component is diverted from the primary function for which it is designed.
Dans son application première, un tel capteur subit une réaction chimique sur la couche sensible faisant varier sa conductivité électrique. Cette couche sensible est chauffée à haute température grâce au filament conducteur.In its primary application, such a sensor undergoes a chemical reaction on the sensitive layer varying its electrical conductivity. This sensitive layer is heated at high temperature by the conductive filament.
L'utilisation d'un tel capteur dans une autre application consiste, non plus à regarder les tensions aux bornes de la couche sensible mais, à alimenter uniquement le filament conducteur pour que le module d'émission émette un rayonnement infrarouge. Cela est une utilisation totalement originale et nouvelle d'un capteur de gaz présentant les caractéristiques ci-dessus évoquées.The use of such a sensor in another application is no longer to look at the voltages across the sensitive layer but to feed only the conductive filament so that the transmission module emits a infrared radiation. This is a completely new and original use of a gas sensor having the features mentioned above.
En particulier, on sait que ces composants émettent un rayonnement infrarouge sensiblement isotrope dans un demi-espace générant une perte d'énergie dans le cas où une canalisation de l'énergie est souhaitée.In particular, it is known that these components emit substantially isotropic infrared radiation in a half space generating a loss of energy in the case where a channeling of the energy is desired.
Selon une caractéristique avantageuse, le module d'émission est muni d'un cône émetteur dont la surface réfléchit les infrarouges et dont l'ouverture angulaire permet une transmission accrue de l'énergie infrarouge dans une cuve de mesure tubulaire dans laquelle est mesurée l'absorption des infrarouges et l'établissement d'une pluralité de chemins optiques de longueur supérieure à celle de la cuve de mesure tubulaire.According to an advantageous characteristic, the emission module is provided with an emitter cone whose surface reflects the infrared and whose angular aperture allows an increased transmission of the infrared energy in a tubular measuring vessel in which is measured the infrared absorption and the establishment of a plurality of optical paths longer than that of the tubular measuring tank.
Cette caractéristique donne à la caractéristique d'émission du module d'émission, tel que défini selon l'invention, une sélectivité angulaire. La présence du cône émetteur évite, en effet, la perte de rayonnement sur les cotés du module d'émission. En absence d'un tel cône, ces rayonnements latéraux disparaissent et ne sont pas efficaces dans l'émission des infrarouges qui doivent être émis dans une ouverture angulaire réduite autour d'un axe optique perpendiculaire à la surface du module d'émission.This characteristic gives the emission characteristic of the transmission module, as defined according to the invention, an angular selectivity. The presence of the emitter cone avoids, in effect, the radiation loss on the sides of the emission module. In the absence of such a cone, these lateral radiations disappear and are not effective in the emission of infrared that must be emitted in a reduced angular aperture around an optical axis perpendicular to the surface of the emission module.
Selon cette caractéristique, le cône émetteur est particulièrement adapté à une transmission accrue de l'énergie dans une cuve de mesure tubulaire, dans laquelle est mesurée une absorption d'infrarouge.According to this characteristic, the emitter cone is particularly adapted to an increased transmission of energy in a tubular measuring tank, in which an infrared absorption is measured.
La présence du cône émetteur permet, en outre, de récupérer des rayons faisant des angles variés avec l'axe optique du module d'émission, cela favorisant l'établissement d'une pluralité de chemins optiques pour le rayonnement infrarouge, ces chemins optiques étant, par réflexion sur la surface du cône émetteur, puis dans la cuve de mesure tubulaire, d'une longueur supérieure, voire largement supérieure, à celle de la cuve de mesure. Cela est important de multiplier la longueur et le nombre des chemins optiques puisqu'il s'agit d'une mesure d'absorption. En effet, l'utilisation du dispositif d'émission de rayonnement infrarouge puisé reproductible selon l'invention est destinée à la fabrication d'appareils de mesure de l'absorption des infrarouges. Ce dispositif d'émission puisée est alors couplé avec un détecteur pyroélectrique qui ne peut détecter la quantité de rayonnement infrarouge que lorsque ce rayonnement est puisé. Cela implique aussi que le rayonnement, tel que reçu par l'élément pyroélectrique, ait traversé une longueur suffisamment importante dans le fluide absorbeur pour que la mesure d'absorption puisse être d'une précision suffisante pour les exigences de l'appareil de mesure concerné.The presence of the emitter cone also makes it possible to recover rays making various angles with the optical axis of the emission module, this favoring the establishment of a plurality of optical paths for the infrared radiation, these optical paths being by reflection on the surface of the emitter cone, then in the tubular measuring tank, of a length greater or even much greater than that of the measuring vessel. This is important to multiply the length and number of optical paths since it is an absorption measurement. Indeed, the use of the reproducible pulsed infrared radiation emitting device according to the invention is intended for the manufacture of infrared absorption measuring devices. This pulsed emission device is then coupled with a pyroelectric detector which can not detect the quantity of infrared radiation only when this radiation is pulsed. This also implies that the radiation, as received by the pyroelectric element, has passed a sufficiently long length in the absorber fluid so that the absorption measurement can be of sufficient precision for the requirements of the measuring apparatus concerned. .
La présence du cône émetteur permet de renforcer la quantité d'énergie émise dans l'ouverture angulaire qui correspond à celle du cône, et donc de renforcer la quantité d'énergie envoyée dans la cuve de mesure. La présence du cône permet en outre qu'une quantité suffisante de chemins optiques suffisamment longs soit effectués dans la cuve de mesure pour assurer une absorption suffisamment quantitative pour que la mesure soit fiable et suffisamment résolue.The presence of the emitter cone makes it possible to reinforce the quantity of energy emitted in the angular aperture corresponding to that of the cone, and thus to reinforce the quantity of energy sent into the measurement vessel. The presence of the cone further allows for a sufficient amount of sufficiently long optical paths to be made in the measurement vessel to provide sufficiently quantitative absorption for the measurement to be reliable and sufficiently resolved.
Selon une réalisation avantageuse, l'ouverture angulaire du cône émetteur est comprise entre 10° et 45°.Préférentiellement, l'ouverture angulaire est comprise entre 35° et 40°. Idéalement, l'angle est autour de 38°.According to an advantageous embodiment, the angular aperture of the emitter cone is between 10 ° and 45 ° .Preferentially, the angular aperture is between 35 ° and 40 °. Ideally, the angle is around 38 °.
Une telle ouverture angulaire correspond classiquement à un compromis entre la possibilité de réfléchir les rayons et la minimisation des pertes par absorption par la matière constituant le cône émetteur.Such an angular opening conventionally corresponds to a compromise between the possibility of reflecting the rays and the minimization of losses by absorption by the material constituting the emitter cone.
Il faut aussi noter que le module d'émission peut être réalisé de diverses manières et avec différents matériaux. Notamment, la couche conductrice ou le filament conducteur peut être réalisé en un métal choisi parmi le platine, l'or, l'argent ou le cuivre, ou encore être réalisé en polysilicium dopé.It should also be noted that the transmitting module can be realized in various ways and with different materials. In particular, the conductive layer or the conductive filament may be made of a metal selected from platinum, gold, silver or copper, or may be made of doped polysilicon.
Ces caractéristiques autorisent diverses fabrications à des coûts divers du module d'émission tel que mis en œuvre selon l'invention. II faut noter, néanmoins, que l'utilisation de platine autorise une très bonne commande des impulsions, le transfert d'énergie se faisant alors de manière tout à fat satisfaisante vers les éléments voisins de la couche conductrice et en autorisant une très bonne reproductibilité des impulsions de rayonnement infrarouge obtenues. La couche mince semi conductrice, aussi dite couche sensible, est avantageusement réalisée en oxyde métallique. Parmi ces oxydes, on note en particulier les oxydes d'Etain, d'Aluminium, de Tungstène, de Silice, de Niobium. En particulier, l'association d'un fil de platine avec une couche semi conductrice mince d'oxyde d'Etain permet d'obtenir un module d'émission qui émet des impulsions reproductibles, dès lors que ce fil est alimenté avec un courant périodique puisé. Avantageusement, l'oxyde métallique est dopé.These characteristics allow various fabrications at various costs of the transmission module as implemented according to the invention. It should be noted, however, that the use of platinum allows a very good control of the pulses, the energy transfer then being done in a completely satisfactory manner to the adjacent elements of the conductive layer and allowing a very good reproducibility of infrared radiation pulses obtained. The semiconductor thin film, also called sensitive layer, is advantageously made of metal oxide. Among these oxides, there are in particular the oxides of tin, aluminum, tungsten, silica, niobium. In particular, the combination of a platinum wire with a thin semiconducting tin oxide layer makes it possible to obtain a transmission module that emits reproducible pulses, provided that this wire is fed with a periodic current. drawn. Advantageously, the metal oxide is doped.
Cela n'a pas réellement d'incidence sur le comportement thermique et donc sur le rayonnement infrarouge du module d'émission. Néanmoins, le dopage de l'oxyde métallique peut répondre à d'autres exigences du module d'émission, celui-ci pouvant servir à d'autres applications. Dans des réalisations de l'invention, le substrat peut être réalisé en un matériau choisi parmi les céramiques ou les substrats à base de silicium.This does not really affect the thermal behavior and therefore the infrared radiation of the emission module. Nevertheless, the doping of the metal oxide can meet other requirements of the emission module, which can be used for other applications. In embodiments of the invention, the substrate may be made of a material chosen from ceramics or substrates based on silicon.
De tels substrats communément utilisés dans le domaine des semiconducteurs autorisent l'obtention d'une source infrarouge puisée reproductible.Such substrates, commonly used in the field of semiconductors, make it possible to obtain a reproducible pulsed infrared source.
Selon une caractéristique avantageuse, une membrane limitatrice de diffusion thermique est insérée entre le substrat et la couche conductrice.According to an advantageous characteristic, a thermal diffusion limiting membrane is inserted between the substrate and the conductive layer.
Cette caractéristique améliore encore le comportement thermique du composant en stabilisant les phénomènes thermiques.This characteristic further improves the thermal behavior of the component by stabilizing the thermal phenomena.
Avantageusement, la longueur de la cuve est choisie de telle manière que l'on obtienne les mesures d'absorption en respectant un écart-type de 0,007 mg/l pour des concentrations inférieures à 0,4 mg/l, un écart-type relatif inférieur à 1,75% pour les concentrations supérieures ou égales à 0,4 mg/l et inférieures ou égales à 2 mg/l et inférieur à 6% pour les concentrations supérieures ou égales à 2 mg/l.Advantageously, the length of the tank is chosen so that the absorption measurements are obtained while respecting a standard deviation of 0.007 mg / l for concentrations of less than 0.4 mg / l, a relative standard deviation less than 1.75% for concentrations greater than or equal to 0.4 mg / l and less than or equal to 2 mg / l and less than 6% for concentrations greater than or equal to 2 mg / l.
Cette caractéristique assure que l'appareil de mesure obtenu soit considéré comme un éthylomètre et non comme un éthylotest. En outre, il sera avantageux que l'erreur maximale tolérée soit de 0,02 mg/l en plus ou en moins pour des concentrations inférieures à 0,4 mg/l, que l'erreur maximale tolérée relative soit de 5% pour les concentrations supérieures ou égales à 0,4 mg/l et inférieures ou égales à 2 mg/l et de 20% pour les concentrations supérieures ou égales à 2 mg/l.This characteristic ensures that the measuring device obtained is considered as an alcoholometer and not as an alcohol test. In addition, it will be advantageous if the maximum permissible error is 0.02 mg / l more or less for concentrations lower than 0.4 mg / l, that the relative maximum permissible error is 5% for concentrations greater than or equal to 0.4 mg / l and less than or equal to 2 mg / l and 20% for concentrations greater than or equal to 2 mg / l.
Enfin, l'invention concerne également l'utilisation d'un capteur de gaz réducteur à semi conducteur, utilisant une variation de conductivité du matériau semi conducteur en fonction de l'adsorption du gaz sur ce matériau. Dans la fabrication d'un dispositif d'émission d'un rayonnement infrarouge puisé émettant des impulsions reproductibles dans l'intervalle spectral [9; lOμm] selon l'invention.Finally, the invention also relates to the use of a semiconductor reducing gas sensor, using a variation in the conductivity of the semiconductor material as a function of the adsorption of the gas on this material. In the manufacturing a device for emitting pulsed infrared radiation emitting reproducible pulses in the spectral range [9; 10μm] according to the invention.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description fait ci-dessous, en référence aux figures annexées qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif, figures sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'émission de rayonnement infrarouge selon l'invention sur laquelle figure un exemple de signal périodique constitué de puises reproductibles tel que fourni en entrée du dispositif d'émission de l'invention ;Other features and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the appended figures which illustrate an embodiment having no limiting character, figures in which: - Figure 1 is a schematic representation of an infrared radiation emitting device according to the invention on which there is an example of a periodic signal consisting of reproducible pulses as supplied at the input of the transmission device of the invention;
- la figure 2 représente schématiquement un module d'émission tel que mis en œuvre dans un dispositif selon l'invention, la figure 2A est une vue de dessus et la figure 2B est une vue en coupe du module d'émission selon un mode de réalisation avantageux d'un cône émetteur selon l'invention ;FIG. 2 schematically represents a transmission module as implemented in a device according to the invention, FIG. 2A is a view from above and FIG. 2B is a sectional view of the transmission module according to a method of FIG. advantageous embodiment of an emitter cone according to the invention;
- la figure 3 représente schématiquement les éléments essentiels d'un dispositif de mesure de la concentration d'un gaz dans une cuve de mesure par absorption infrarouge.- Figure 3 shows schematically the essential elements of a device for measuring the concentration of a gas in a measuring vessel by infrared absorption.
Description détaillée d'un mode de réalisationDetailed description of an embodiment
La figure 1 représente schématiquement un dispositif d'émission de rayonnement infrarouge selon l'invention. Ce dispositif comprend un module d'alimentation 1, apte à fournir un courant I périodique puisé ou une tension V également périodique et puisée. Cette tension V ou ce courant I est fournie à l'entrée d'un module d'émission 2, éventuellement muni d'un cône émetteur 3, pour la production d'un rayonnement infrarouge IR par le module d'émission 2.Figure 1 shows schematically an infrared radiation emitting device according to the invention. This device comprises a power supply module 1, able to supply a periodic pulsed current I or a voltage V also periodic and pulsed. This voltage V or current I is supplied to the input of a transmission module 2, possibly equipped with an emitter cone 3, for the production of infrared radiation IR by the emission module 2.
L'alimentation de l'émetteur est donc réalisée par une électronique qui permet de générer un signal constitué de puises réguliers tel que représenté sur la figure 2.The power supply of the emitter is thus carried out by electronics which makes it possible to generate a signal constituted of regular pulses as represented in FIG.
La figure 3 représente la constitution d'un module d'émission 2 tel qu'utilisé dans un dispositif d'émission de rayonnement infrarouge selon l'invention. Ainsi que visible sur la figure 3B, le module d'émission 2 comprend un substrat 20 réalisé en silicium ou en céramique, sur lequel une membrane 21 est placée. Cette membrane 21 est recouverte d'une couche d'isolant électrique 22 dans laquelle est intégrée une couche de matériau conducteur 23. Une autre couche de matériau isolant 24 et diffuseur de chaleur recouvre l'ensemble de la couche 22 et de la couche conductrice 23, avant que ne soient disposées des métallisations 25 et une couche active d'oxyde métallique 26.FIG. 3 shows the constitution of a transmission module 2 as used in an infrared radiation emitting device according to the invention. As can be seen in FIG. 3B, the transmission module 2 comprises a substrate 20 made of silicon or ceramic, on which a membrane 21 is placed. This membrane 21 is covered with a layer of electrical insulator 22 in which is integrated a layer of conductive material 23. Another layer of insulating material 24 and heat diffuser covers the entire layer 22 and the conductive layer 23 , before metallizations 25 and an active layer of metal oxide 26 are arranged.
Cette couche active 26 est celle sur laquelle s'adsorbe le gaz dont on souhaite mesurer la concentration lorsque le module d'émission 2 est utilisé en capteur de gaz réducteur. La présence de la membrane 21 permet de limiter la diffusion thermique vers le substrat 20 et autorise une bonne stabilité de l'inertie thermique, permettant d'améliorer la reproductibilité des impulsions de rayonnement infrarouge, telles qu'émises par le module d'émission 2.This active layer 26 is the one on which the gas whose concentration it is desired to measure is adsorbed when the emission module 2 is used as a reducing gas sensor. The presence of the membrane 21 makes it possible to limit the thermal diffusion towards the substrate 20 and allows a good stability of the thermal inertia, making it possible to improve the reproducibility of the infrared radiation pulses, as emitted by the emission module 2 .
On remarque ici qu'il est décrit un capteur de gaz réducteur basé sur la technologie semi conducteur. Ainsi que la membrane 21, la présence des métallisations 25 a un impact sur l'inertie thermique de l'ensemble du composant. Néanmoins, les parties fonctionnelles essentielles de l'émission de rayonnement infrarouge comprennent le substrat 20, les couches d'isolant 22, 24, entourant la couche conductrice 23, faisant office de résistance et la couche de matériau semi conducteur 26. Il s'agit en fait d'utiliser un filament métallique 23, conducteur thermiquement, situé sous la couche sensible 26 de l'émetteur. Il est isolé électriquement de cette dernière par une autre couche 24 qui diffuse la température. C'est donc l'ensemble filament + couches qui émet le rayonnement infrarouge.It will be noted here that a reducing gas sensor based on semiconductor technology is described. As the membrane 21, the presence of the metallizations 25 has an impact on the thermal inertia of the entire component. Nevertheless, the essential functional parts of the infrared radiation emission include the substrate 20, the insulating layers 22, 24, surrounding the conductive layer 23, acting as a resistor and the layer of semiconductor material 26. in fact to use a metal filament 23, thermally conductive, located under the sensitive layer 26 of the transmitter. It is electrically isolated from the latter by another layer 24 which diffuses the temperature. It is therefore the whole filament + layers that emits infrared radiation.
Le module d'émission est donc avantageusement un composant semi conducteur utilisé comme capteur de gaz réducteur, par exemple le gaz COHC ou VOC. Ces capteurs sont généralement réalisés avec un oxyde métallique sur lequel s'adsorbe le gaz. Cette adsorption provoque alors la variation de la résistivité, soit de la conductivité électrique de la couche 26 semi conductrice en oxyde métallique mesurée aux bornes des métallisations 25. II est nécessaire, pour observer la variation de résistivité, que cette couche 26 soit chauffée à des températures importantes, supérieures à 250 0C en général. Le rôle de la résistance chauffante 23 est donc, dans ces capteurs, de chauffer la couche mince 26 de semi conducteur pour permettre la réaction d'oxydoréduction permettant la détection du gaz concerné.The emission module is therefore advantageously a semiconductor component used as a reducing gas sensor, for example COHC or VOC gas. These sensors are generally made with a metal oxide on which the gas is adsorbed. This adsorption then causes the variation of the resistivity, ie the electrical conductivity of the metal oxide semiconductor layer 26 measured at the terminals of the metallizations 25. It is necessary, in order to observe the resistivity variation, that this layer 26 be heated to high temperatures, above 250 0 C in general. The role of the heating resistor 23 is therefore, in these sensors, heating the semiconductor thin film 26 to allow the oxidation-reduction reaction to detect the gas of interest.
La résistance chauffante 23 peut être réalisée avec un fil de platine ou d'un autre métal ou encore, de manière plus intégrée, à partir d'une couche en polysilicium dopé, dont les connexions métalliques 27 sont réalisées en alliage chrome-titane-platine qui permet d'obtenir un pouvoir thermoélectrique satisfaisant.The heating resistor 23 may be made with a platinum or other metal wire or, in a more integrated manner, from a doped polysilicon layer, whose metal connections 27 are made of chromium-titanium-platinum alloy. which makes it possible to obtain a satisfactory thermoelectric power.
Le substrat 20 est avantageusement réalisé en silicium ou en céramique. Les couches d'isolant 22, 24, sont avantageusement réalisées à partir d'une céramique à base de Silicium, par exemple du nitrure de silicium de formulation Si3N4. La membrane 21, qui permet de limiter la diffusion thermique, peut aussi être réalisée aussi à partir d'un matériau céramique. Elle présente par exemple une épaisseur de 3 μm pour un composant d'une profondeur Ll de l'ordre de 100 μm. La largeur caractéristique, notée L2 de la couche active d'oxyde métallique 26 et de la couche conductrice 23 est, typiquement, de l'ordre de 50 μm.The substrate 20 is advantageously made of silicon or ceramic. The insulating layers 22, 24 are advantageously made from a silicon-based ceramic, for example silicon nitride of Si 3 N 4 formulation. The membrane 21, which limits the thermal diffusion, can also be made from a ceramic material. For example, it has a thickness of 3 μm for a component with a depth Ll of the order of 100 μm. The characteristic width, noted L2 of the active metal oxide layer 26 and the conductive layer 23 is typically of the order of 50 microns.
Le module d'émission, tel que représenté sur la figure 3, permet de travaillé en mode puisé, de manière répétable et reproductible. Cela évite l'utilisation d'un encombrant couple moteur/chopper, habituellement nécessaire aux mesures infrarouges ou monochromatiques pour obtenir un signal avec un rapport signal sur bruit exploitable.The transmission module, as shown in FIG. 3, makes it possible to work in pulsed mode, in a repeatable and reproducible manner. This avoids the use of a cumbersome engine / chopper torque, usually necessary for infrared or monochromatic measurements to obtain a signal with an exploitable signal-to-noise ratio.
On constate que l'encombrement et la consommation électrique très faibles du dispositif d'émission d'infrarouge selon l'invention permettent la réalisation d'une source infrarouge très intéressante pour les mesures de concentration de gaz par adsorption infrarouge. Avantageusement, le module d'émission 2 est muni d'un concentrateur 3, dans lequel est creusé un cône dit émetteur 31 dont les surfaces sont polies et revêtues d'un dépôt 32 de matière réfléchissant les infrarouges. L'ensemble constitué par le module d'émission 2 et le concentrateur 3 autorise la production de dispositif d'émission de rayonnement infrarouge tout à fait adapté à une mesure des concentrations d'éthanol par absorption d'infrarouge.It can be seen that the very small space requirement and the very low power consumption of the infrared emission device according to the invention make it possible to produce a very interesting infrared source for infrared adsorption gas concentration measurements. Advantageously, the emission module 2 is provided with a concentrator 3, in which is dug a so-called transmitter cone 31 whose surfaces are polished and coated with a deposit 32 of infrared reflective material. The assembly consisting of the emission module 2 and the concentrator 3 allows the production of infrared radiation emitting device entirely suitable for measuring the concentrations of ethanol by infrared absorption.
La figure 4 représente schématiquement les éléments essentiels d'un appareil de mesure éthylomètre portable fonctionnant par absorption infrarouge. Cet appareil permet d'analyser la concentration d'alcool alvéolaire et utilise une source d'infrarouges puisés selon l'invention.Figure 4 schematically represents the essential elements of a portable breathalyzer measuring apparatus operating by infrared absorption. This apparatus makes it possible to analyze the concentration of alveolar alcohol and uses a pulsed infrared source according to the invention.
L'utilisation de l'invention permet de réaliser un éthylomètre portable approuvé par la métrologie légale internationale et dont les mesures peuvent faire office de références et de preuves légales dans le cadre de la mesure de l'alcool dans le souffle humain.The use of the invention makes it possible to produce a portable breathalyzer approved by international legal metrology and whose measurements can serve as references and legal proof in the context of the measurement of alcohol in the human breath.
L'utilisation de la source d'impulsions de rayonnement infrarouge selon l'invention permet l'intégration de cette technologie sur un appareil mobile de taille réduite et fonctionnant sur ses propres batteries. Dans le système de mesure partiellement représenté sur la figure 4, une cuve de mesure 40 tubulaire est munie de deux embouts 41 et 42, portant chacun respectivement un émetteur infrarouge 2 selon l'invention muni d'un cône émetteur 3 et une cellule réceptrice 45. L'émetteur infrarouge 2 est relié à un module d'alimentation 1 non représenté sur la figure 3. Le système de mesure présenté sur cette figure fonctionne en monotrajet optique. Les embouts 41 et 42 comprennent respectivement une structure tubulaire d'entrée de l'échantillon 43 et une structure tubulaire de sortie de l'échantillon 44. Ces structures tubulaires 43 et 44 sont avantageusement connectées à un système de pompage afin d'assurer la circulation de l'échantillon soufflé par l'utilisateur de l'appareil éthylomètre portable.The use of the source of infrared radiation pulses according to the invention allows the integration of this technology on a mobile device of reduced size and operating on its own batteries. In the measuring system partially shown in FIG. 4, a tubular measuring tank 40 is provided with two end pieces 41 and 42, each carrying respectively an infrared transmitter 2 according to the invention provided with an emitter cone 3 and a receiving cell 45. The infrared transmitter 2 is connected to a power supply module 1 not shown in FIG. 3. The measurement system presented in this figure operates in an optical monotrajet. The end pieces 41 and 42 respectively comprise a tubular inlet structure of the sample 43 and a tubular exit structure of the sample 44. These tubular structures 43 and 44 are advantageously connected to a pumping system in order to ensure the circulation of the breath sample by the user of the portable breathalyzer device.
Les embouts 41 et 42 comprennent aussi avantageusement une structure interne conique de manière à canaliser le rayonnement dans la cuve tubulaire.The tips 41 and 42 also advantageously comprise a conical internal structure so as to channel the radiation into the tubular vessel.
La cellule réceptrice 45 est avantageusement un détecteur pyroélectrique, ce type de composant permettant de détecter les radiations thermiques dans le spectre du domaine lointain à partir de 3 μm. Les plages de réponse de ce type de détecteur varient entre 1 et 200Hz. Le couple de composants émetteur et récepteur utilisé donne un signal optimal pour une fréquence autour de 5Hz. Avantageusement, la fréquence utilisée est comprise entre 4 et 8 Hz.The receiving cell 45 is advantageously a pyroelectric detector, this type of component making it possible to detect thermal radiation in the far-field spectrum starting from 3 μm. The response ranges of this type of detector vary between 1 and 200Hz. The pair of transmitter and receiver components used gives an optimal signal for a frequency around 5Hz. Advantageously, the frequency used is between 4 and 8 Hz.
On sait que l'effet pyroélectrique se traduit par une modification de la polarisation naturelle de l'élément ferroélectrique du capteur qui est un cristal. L'absorption de radiation thermique correspond généralement à une variation de température et se traduit par l'apparition de charges électriques en surface. Cependant, à température constante, la distribution de charges alternées doit être neutralisée par les électrons libres et les potentiels de surface, de telle sorte qu'aucune différence de potentiel n'est mesurée. Par contre, si la température est rapidement modifiée, les moments desdits pôles internes changent, ce qui se traduit par l'apparition d'une différence de potentiel transitoire. II est donc nécessaire que la source d'irradiation infrarouge ne soit pas constante en intensité afin de générer des variations de polarisation et de permettre la détection du rayonnement. C'est pour cette raison que l'émetteur infrarouge 2 doit être puisé à une fréquence donnée grâce à une électronique adaptée. Avantageusement, cette fréquence sera de l'ordre de 5 Hz pour les applications visées.It is known that the pyroelectric effect results in a modification of the natural polarization of the ferroelectric element of the sensor which is a crystal. The absorption of thermal radiation generally corresponds to a variation of temperature and is reflected by the appearance of electric charges on the surface. However, at constant temperature, the distribution of alternating charges must neutralized by free electrons and surface potentials, so that no potential difference is measured. On the other hand, if the temperature is rapidly changed, the moments of said internal poles change, which results in the appearance of a transient potential difference. It is therefore necessary that the infrared radiation source is not constant in intensity in order to generate polarization variations and to allow the detection of the radiation. It is for this reason that the infrared transmitter 2 must be pulsed at a given frequency thanks to a suitable electronics. Advantageously, this frequency will be of the order of 5 Hz for the targeted applications.
En outre, il faut noter qu'il est nécessaire pour qu'aucune condensation n'apparaisse dans la cuve de mesure 40 et, en particulier à ses extrémités, que la cuve de mesure 40 soit chauffée.In addition, it should be noted that it is necessary for no condensation to appear in the measuring vessel 40 and, particularly at its ends, that the measuring vessel 40 is heated.
Une réalisation avantageuse d'un tel chauffage consiste à munir la cuve de mesure 40, sur sa face externe, d'une résistance, non représentée, enroulée sur toute la longueur de la cuve de mesure 40. Cette résistance permet d'atteindre, au sein de la cuve de mesure 40, des températures de l'ordre de 400C, supérieures à la température maximale que peut atteindre le souffle humain. Cela assure l'absence de condensation sur les parois de la cuve et à ses extrémités.An advantageous embodiment of such heating consists in providing the measurement vessel 40, on its outer face, with a resistor, not shown, wound along the entire length of the measurement vessel 40. This resistance makes it possible to achieve, at within the measuring vessel 40, temperatures of the order of 40 0 C, higher than the maximum temperature that can reach the human breath. This ensures the absence of condensation on the walls of the tank and at its ends.
En outre, il est nécessaire que l'émetteur 2 muni de son cône émetteur 3 et le récepteur 45 soient protégés du souffle de l'utilisateur, qui peut comprendre des éléments chimiques susceptibles de détériorer le fonctionnement de ces composants. Aussi, chacun de ces composants est avantageusement muni d'une fenêtre optique 46 et 47 en fluorure de baryum d'épaisseur, par exemple, de l'ordre de 1,5 mm. L'étanchéité de cette fenêtre est assurée, avantageusement, grâce à des joints toriques 46' et 47'.In addition, it is necessary that the transmitter 2 provided with its emitter cone 3 and the receiver 45 are protected from the breath of the user, which may include chemical elements likely to deteriorate the operation of these components. Also, each of these components is advantageously provided with an optical window 46 and 47 barium fluoride thickness, for example, of the order of 1.5 mm. The sealing of this window is provided, advantageously, thanks to O-rings 46 'and 47'.
Dans le mode de réalisation présenté sur la figure 3, des écrous de serrage 48 et 49 maintiennent en place respectivement l'émetteur 2 et le récepteur pyroélectrique 45.In the embodiment shown in FIG. 3, clamping nuts 48 and 49 hold the transmitter 2 and the pyroelectric receiver 45 respectively in place.
La longueur de la cuve de mesure et son diamètre sont choisis en fonction des erreurs maximales tolérées et des écart-types tels que définis dans la norme internationale OIML R 126. Avantageusement les embouts 41 et 42 présente des sections coniques d'ouverture angulaire compris entre 7 et 30°, et préférentiel lement entre 8° et 17°, 12,5° sur la figure 4.The length of the measuring vessel and its diameter are chosen according to the maximum permissible errors and the standard deviations as defined in the international standard OIML R 126. Advantageously the end pieces 41 and 42 have tapered sections of angular opening of between 7 and 30 °, and preferably between 8 ° and 17 °, 12.5 ° in FIG.
On remarque enfin que diverses mises en œuvre peuvent être réalisées selon les principes de l'invention. Finally, we note that various implementations can be made according to the principles of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'émission d'un rayonnement infrarouge puisé émettant des impulsions reproductibles dans l'intervalle spectral [9μm,10μm] pour une utilisation dans un appareil éthylomètre comprenant une cuve de mesure dans laquelle sont réalisées des mesures d'absorption, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module d'alimentation apte à fournir un courant puisé reproductible à une fréquence de pulsation voulue et un module d'émission constitué d'un substrat plan sur lequel est placé un élément chauffant réalisé en matériau conducteur, cet élément chauffant étant revêtu(e) d'une couche apte à diffuser la chaleur sur laquelle est placée une couche mince d'au moins un matériau semi-conducteur, l'élément chauffant étant alimenté avec le courant puisé fourni par le module d'alimentation.1. Apparatus for emitting pulsed infrared radiation emitting reproducible pulses in the spectral range [9 μm, 10 μm] for use in an alcohol meter comprising a measurement vessel in which absorption measurements are carried out, characterized in it comprises at least one power supply module capable of supplying a reproducible pulsed current at a desired pulse frequency and an emission module consisting of a plane substrate on which is placed a heating element made of conducting material, this heating element being coated with a heat-diffusing layer on which is placed a thin layer of at least one semiconductor material, the heating element being supplied with the pulsed current supplied by the power supply module .
2. Dispositif d'émission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module d'émission est un capteur de gaz réducteur à semi-conducteur utilisant une variation de conductivité du matériau semi-conducteur en fonction de l'adsorption du gaz sur ce matériau.Transmitting device according to Claim 1, characterized in that the transmitting module is a semiconductor reducing gas sensor using a variation in the conductivity of the semiconductor material as a function of the adsorption of the gas thereon. material.
3. Dispositif d'émission selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le module d'émission est muni d'un cône émetteur dont la surface réfléchit les infrarouges et dont l'ouverture angulaire permet une transmission accrue de l'énergie infrarouge dans une cuve de mesure tubulaire dans laquelle est mesurée l'absorption des infrarouges et l'établissement d'une pluralité de chemins optiques de longueur supérieure à celle de la cuve de mesure tubulaire.3. Emitting device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the emission module is provided with a transmitter cone whose surface reflects the infrared and whose angular opening allows increased transmission of the light. infrared energy in a tubular measuring vessel in which the infrared absorption is measured and the establishment of a plurality of optical paths of longer length than that of the tubular measuring cell.
4. Dispositif d'émission selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture angulaire du cône émetteur est comprise entre 10° et 45°.4. Emitting device according to claim 3, characterized in that the angular aperture of the emitter cone is between 10 ° and 45 °.
5. Dispositif d'émission selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture angulaire est comprise entre 35° et 40°. 5. Emission device according to claim 3, characterized in that the angular aperture is between 35 ° and 40 °.
6. Dispositif d'émission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément chauffant est réalisé en un métal choisi parmi le platine, l'or, l'argent, le cuivre ou en polysilicium dopé.6. Emission device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element is made of a metal selected from platinum, gold, silver, copper or doped polysilicon.
7. Dispositif d'émission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche mince semi-conductrice est réalisé en oxyde métallique.7. Emission device according to one of the preceding claims, characterized in that the thin semiconductor layer is made of metal oxide.
8. Dispositif d'émission selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'oxyde métallique est choisi parmi les oxydes d'Etain, d'Aluminium, de8. Emission device according to claim 7, characterized in that the metal oxide is selected from tin oxides, aluminum oxides,
Tungstène, de Silice, de Niobium.Tungsten, Silica, Niobium.
9. Dispositif d'émission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat est réalisé en un matériau choisi parmi les matériaux suivants : céramiques, silicium.9. Emitting device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate is made of a material selected from the following materials: ceramics, silicon.
10. Dispositif d'émission selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une membrane limitatrice de diffusion thermique est insérée entre le substrat et la couche conductrice.10. Emission device according to one of the preceding claims, characterized in that a thermal diffusion limiting membrane is inserted between the substrate and the conductive layer.
11. Utilisation d'un capteur de gaz réducteur à semi-conducteur utilisant une variation de conductivité du matériau semi-conducteur en fonction de l'adsorption du gaz sur ce matériau dans la fabrication d'un dispositif d'émission d'un rayonnement infrarouge puisé émettant des impulsions reproductibles dans l'intervalle spectral [9μm,10μm] selon l'une des revendications précédentes. 11. Use of a semiconductor reducing gas sensor using a variation of conductivity of the semiconductor material depending on the adsorption of the gas on this material in the manufacture of a device for emitting infrared radiation pulsed emitting reproducible pulses in the spectral range [9μm, 10μm] according to one of the preceding claims.
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