FR2596568A1 - Cable piezoelectrique et procede de fabrication d'un cable - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES CABLES PIEZOELECTRIQUES POUVANT SERVIR DE CAPTEURS DE PRESSION. ELLE CONSISTE A INSERER ENTRE L'AME CONDUCTRICE CENTRALE 12 ET LE DIELECTRIQUE ISOLANT 11 D'UN TEL CABLE UNE COUCHE DE MATERIAU CONDUCTEUR 14 ADHERENT INTIMEMENT A LA COUCHE DIELECTRIQUE SANS SE PREOCCUPER DE L'ADHERENCE SUR L'AME. CES DEUX COUCHES SONT DE PREFERENCE D'UN MEME MATERIAU, LA COUCHE CONDUCTRICE ETANT RENDUE CONDUCTRICE PAR INCORPORATION D'UNE POUDRE PAR EXEMPLE DE CARBONE. ELLE PERMET D'AMELIORER LES CARACTERISTIQUES, NOTAMMENT LA SENSIBILITE, DES CABLES PIEZOELECTRIQUES.

Description

CABLE PIEZOELECTRIQUE ET PROCEDE DE
F BRIC TION D'UN TEL CABLE
La présente invention se rapporte aux câbles piézoélectriques du type coaxial qui peuvent être utilisés comme capteurs linéaires de pression.

Il est connu de fabriquer un câble piézoélectrique coaxial en utilisant comme isolant séparant l'âme de la gaine du câble un matériau diélectrique susceptible d'être rendu piézoélectrique, appartenant par exemple à la famille des copolymères de fluorure de vinylidène (VF2) avec le tétrafluoroéthylène (TFE) ou le trifluoroéthylène (TrFE). Le plus utilisé de ces matériaux est le polyfluorure de vinylidène (PVF2).

Pour conférer à un tel câble des propriétés piézoélectriques, on polarise le matériau diélectrique en lui appliquant un champ électrique d'amplitude supérieure à une valeur critique déterminée.

Ce champ électrique est obtenu par exemple, comme représenté sur les figures 1 et 2, en reliant les bornes d'une source de tension continue respectivement à la gaine 10 formant électrode externe du câble et à l'âme 12 de celui-ci. Le diélectrique 11 séparant l'âme de la gaine prend alors une structure cristalline particulière qui lui confère des propriétés piézoélectriques.

Il n'est malheureusement pas possible de fabriquer un câble dans lequel l'âme 12 soit en contact parfait avec le diélectique isolant Il. Il reste toujours de petits espaces irrégulièrement répartis tels que 13 qui sont remplis d'air et rompent le contact intime entre l'âme et l'isolant.

Ces espaces 13 entraînent, lors de l'opération de polarisation, des défauts d'homogénéité qui se révèlent importants. Le câble ainsi obtenu présente donc des caractéristiques très insuffisantes, notamment quant à sa sensibilité.

On peut remarquer que ces défauts se retrouvent également entre l'isolant 11 et la gaine 10. Mais les inconvénients à ce niveau sont bien moindre parce que, compte tenu des dimensions respectives, d'une part l'importance relative de ces espaces est plus faible et d'autre part le champ électrique en cet endroit est lui aussi beaucoup plus faible et intervient moins dans la polarisation.

Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un câble piézoélectrique coaxial comportant au moins entre l'âme conductrice centrale et l'isolant diélectrique piézoélectrique qui l'entoure une couche en matériau conducteur qui adhère parfaitement avec l'isolant diélectrique piézoélectrique. Il n'est plus alors nécessaire que l'âme centrale adhère parfaitement à cette couche conductrice, parce que celle-ci assure la continuité électrique équipotentielle nécessaire pour assurer un champ électrique homogène lors de la polarisation, même si elle ne touche l'âme qu'en un seul point de contact.D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif au regard des figures annexées qui représentent:
- les figures 1 et 2: une coupe longitudinale et une coupe transversale d'un câble coaxial piézoélectrique relié à une source de tension permettant de le polariser;
- la figure 3: une coupe radiale d'un câble selon l'art connu;
- la figure 4 : une coupe radiale d'un câble selon l'invention;
- la figure 5 : un schéma explicatif d'une étape de fabrication d'un câble selon l'invention.

Dans la coupe radiale de la figure 4, on retrouve comme dans la figure 3 la couche isolante diélectrique 11 qui sépare la gaine conductrice extérieure 10 de l'âme intérieure conductrice 12. Mais à la différence de la figure 3 on remarque une couche interne 14 située entre la couche Il et l'âme 13. Cette couche interne est conductrice et adhère parfaitement à la couche 11 alors qu'elle laisse comme dans la figure 3 des intervalles 13 remplis d'air entre elle et l'âme 13.

Pour que cette couche 14 adhère parfaitement à la couche 11, il est pratique d'utiliser un matériau qui soit le même que celui de la couche 11, ou tout au moins appartienne à la même famille de polymère piézoélectrique.

Pour assurer la conductivité de cette couche 14 sans avoir toutefois trop de problèmes d'adhérence tant avec l'âme qu'avec la couche Il, il est connu de charger le polymère lors de sa mise en oeuvre par un matériau conducteur en poudre.

Dans un exemple de réalisation on a utilisé pour la couche 11 un copolymère VF2-TrFE, et pour la couche 14 un polymère PVF2 chargé avec 2Q , en poids de poudre de graphite. On pourrait bien entendu utiliser d'autres charges par exemple une poudre métallique telle que l'argent, mais cela augmenterait les coûts.

On dispose actuellement dans le commerce de granulés de polymère de PVF2 charges de carbone ou de graphite selon les proportions convenables. A partir de ces granulés pour mettre en oeuvre l'invention, on peut alors utiliser le procédé illustré par le schéma de la figure 4. Les granulés 51 sont introduits dans une extrudeuse 52 chauffée par une résistance électrique 53. Une vis sans fin 54 assure la transformation des granulés en une pâte onctueuse et plastique qui est forcée par cette vis dans une tête d'extrusion 55 placée-en équerre par rapport à l'extrudeuse. Elle comporte une filière dans laquelle vient s'introduire d'un côté une âme nue 13 qui ressort de l'autre côté gainée par le polymère conducteur.

Pour obtenir la deuxième couche 11 en polymère diélectrique, on peut soit faire repasser l'âme ainsi gainée dans une autre filière pour la recouvrir de la couche 11, soit utiliser un système de deux extrudeuses reliées à une filière unique pour obtenir une coextrusion selon un procédé connu.

Il ne reste plus alors qu'à recouvrir l'âme revêtue de ces deux couches avec la gaine conductrice 10 qui est obtenue par exemple par tressage d'une nappe de fils à la surface de la couche 11.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Câble piézoélectrique coaxial du type comportant une âme conductrice centrale (12), une enveloppe conductrice extérieure (10) et une couche diélectrique isolante (il) susceptible d'acquérir des propriétés piézoélectriques sous l'effet d'une tension appliquée entre l'âme et l'enveloppe, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une couche de matériau électriquement conducteur (14) insérée entre la couche de matériau isolant (11), à laquelle elle adhère intimement, et l'âme centrale conductrice (12).

2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau formant la couche conductrice (14) est dù même type que le matériau formant la couche isolante (11) et est rendu conducteur par incorporation d'une poudre conductrice.

3. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les matériaux formant les couches isolante (11) et conductrice (14) sont des polymères piézoélectriques.

4. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polymère est de la famille du polyvinylidène.

5. Câble selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le matériau formant la couche conductrice (14) est rendu conducteur par incorporation de poudre de carbone.

6. Procédé de fabrication d'un câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans une première étape on extrude une couche de polymère rendu conducteur sur l'âme (12) et que dans une deuxième étape on extrude une couche de polymère isolant sur la première couche.