FR2638523A1 - Pressure microsensor, in particular for medical studies - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un microcapteur de pression. The present invention relates to a pressure microsensor.
Le but général de la présente invention est de permettre la mesure de variation de pression dans un volume réduit. The general object of the present invention is to allow the measurement of pressure variation in a reduced volume.
Un but particulier de l'invention est de proposer des moyens permettant de connaître in situ, à des fins d'études médicales, l'influence d'accélérations anormales de courte durée, par exemple des accélérations subies par les aviateurs dans une ressource, un virage serré etc... ou encore lors de l'utilisation d'un siège éjectable, sur la pression de liquides existants dans des êtres vivants : circulations artérielle et veineuse, liquide lymphatIque etc.... A particular object of the invention is to propose means making it possible to know in situ, for the purpose of medical studies, the influence of abnormal short-term accelerations, for example accelerations undergone by aviators in a resource, a tight turn etc ... or even when using an ejection seat, on the pressure of liquids existing in living beings: arterial and venous circulation, lymphatic fluid etc ...
La présente invention n'est cependant pas limitée à cette application médicale. The present invention is however not limited to this medical application.
Les buts précités sont atteints selon l'invention grâce à un microcapteur de pression qui comprend un corps muni d'une chambre interne et d'au moins deux canaux présentant une différence de perte de charge, qui relient la chambre interne à l'extérieur du corps, et des moyens de mesure placés dans la chambre entre les canaux et sensibles à la différence de pression appliquée dans la chambre par les canaux. The abovementioned aims are achieved according to the invention by means of a pressure microsensor which comprises a body provided with an internal chamber and with at least two channels having a pressure drop difference, which connect the internal chamber outside the body, and measuring means placed in the chamber between the channels and sensitive to the pressure difference applied in the chamber by the channels.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique en coupe axiale longitu
dinale d'un microcapteur de pression conforme à un premier mode de
réalisation de la présente invention, - la figure 2 représente une vue schématique en coupe axiale longitu
dinale d'un microcapteur de pression conforme à un mode de
réalisation perfectionné de la présente invention, et - la figure 3 représente une vue en coupe transversale du même capteur
perfectionné selon un plan de coupe référencé 111-111 sur la figure 2. Other objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows, and with reference to the appended drawings, given by way of nonlimiting examples and in which - Figure 1 represents a schematic sectional view axial longitu
of a pressure microsensor conforming to a first mode of
embodiment of the present invention, - Figure 2 shows a schematic view in axial section longitu
dinal of a microsensor of pressure conforming to a mode of
improved embodiment of the present invention, and - Figure 3 shows a cross-sectional view of the same sensor
improved according to a cutting plane referenced 111-111 in FIG. 2.
On aperçoit sur la figure 1 annexée un microcapteur de pression conforme à la présente invention comprenant un corps 10. Le corps 10 est de préférence réalisé en métal. Le corps 10 est conçu pour être inséré dans des vaisseaux d'un être vivant, sans risquer de blesser ceux-ci. Selon la représentation donnée sur les figures annexées le corps 10 est allongé et présente des extrémités arrondies. We see in Figure 1 attached a microsensor pressure according to the present invention comprising a body 10. The body 10 is preferably made of metal. The body 10 is designed to be inserted into vessels of a living being, without the risk of injuring them. According to the representation given in the appended figures, the body 10 is elongated and has rounded ends.
Plus précisément encore, selon la représentation donnée sur les figures annexées, l'enveloppe externe du corps 10 est délimitée par une surface 11 cylindrique de révolution autour d'un axe longitudinal de symétrie 12 et des calottes hémisphériques 13, 14, axialement extrêmes qui se raccordent de part et d'autre à la surface cylindrique 11 précitée. More precisely still, according to the representation given in the appended figures, the external envelope of the body 10 is delimited by a cylindrical surface 11 of revolution around a longitudinal axis of symmetry 12 and axially extreme hemispherical caps 13, 14 which are connect on either side to the aforementioned cylindrical surface 11.
Le corps 10 doit présenter de petites dimensions pour permettre son insertion dans les vaisseaux d'un être vivant. A titre d'exemple préférentiel mais non limitatif, la longueur du corps 10 peut être de l'ordre de 5 mm, tandis que le diamètre du corps 10 est de l'ordre de 0,8 mm. The body 10 must have small dimensions to allow its insertion into the vessels of a living being. As a preferred but nonlimiting example, the length of the body 10 can be of the order of 5 mm, while the diameter of the body 10 is of the order of 0.8 mm.
Sur la figure I annexée, le corps 10 est représenté à l'intérieur d'un vaisseau référencé 1 qui véhicule un liquide référencé 2. In attached FIG. I, the body 10 is represented inside a vessel referenced 1 which carries a liquid referenced 2.
Le corps 10 possède une chambre interne 15. De préférence la chambre interne 15 est généralement cylindrique de révolution autour de l'axe 12. The body 10 has an internal chamber 15. Preferably the internal chamber 15 is generally cylindrical of revolution around the axis 12.
La chambre 15 est séparée en deux compartiments 15a, 15b, par une membrane 20. La membrane 20 s'étend de préférence perpendiculairement à l'axe 12. La membrane 20 est souple. Elle est raccordée à sa périphérie, de façon étanche, à la surface interne 16 de la chambre 15. The chamber 15 is separated into two compartments 15a, 15b, by a membrane 20. The membrane 20 preferably extends perpendicular to the axis 12. The membrane 20 is flexible. It is connected at its periphery, in leaktight manner, to the internal surface 16 of the chamber 15.
La membrane 20 doit en outre être imperméable au fluide 2 véhiculé dans le vaisseau 1. L'une des surfaces au moins de la membrane 20 est optiquement réfléchissante. Cette surface optiquement réfléchissante de la membrane 20 est référencée 21 sur la figure 1. The membrane 20 must also be impermeable to the fluid 2 conveyed in the vessel 1. At least one of the surfaces of the membrane 20 is optically reflective. This optically reflecting surface of the membrane 20 is referenced 21 in FIG. 1.
Le corps 10 présente deux séries de canaux 30, 40, présentant une différence de perte de charge, qui relient respectivement chacun des compartiments 15a, I5b, de la chambre 15 à l'extérieur du corps. The body 10 has two series of channels 30, 40, with a difference in pressure drop, which respectively connect each of the compartments 15a, I5b, of the chamber 15 outside the body.
Les canaux 30 de la première série, qui relient le compartiment 15a à l'extérieur du corps 10, sont courts et de diamètre relativement important. Ces canaux 30 s'étendent de préférence radialement par rapport à l'axe 12. The channels 30 of the first series, which connect the compartment 15a to the outside of the body 10, are short and of relatively large diameter. These channels 30 preferably extend radially with respect to the axis 12.
Les canaux 40 de la seconde série, qui relient le second compartiment 15b à l'extérieur du corps 10, sont plus longs et beaucoup plus étroits que les canaux 30 précités. Les canaux 40 définissent par conséquent une perte de charge beaucoup plus importante que les canaux 30. De préférence, les canaux 40 s'étendent longitudinalement, c'est-à-dire parallèlement à l'axe 12. Le nombre de canaux 30, 40, de chaque série peut faire l'objet de différentes variantes. Le cas échéant, chacune des séries peut comprendre un seul canal 30, 40, respectivement. The channels 40 of the second series, which connect the second compartment 15b to the outside of the body 10, are longer and much narrower than the channels 30 above. The channels 40 therefore define a much greater pressure drop than the channels 30. Preferably, the channels 40 extend longitudinally, that is to say parallel to the axis 12. The number of channels 30, 40 , of each series can be the subject of different variants. If necessary, each of the series can comprise a single channel 30, 40, respectively.
Les variations de pression très lentes du liquide 2 sont transmises à chaque côté de la membrane 20 par les canaux 30, 40, respectivement. Ainsi, la membrane 20 reste immobile lors de variations de pression très lentes. On évite ainsi toute détérioration du microcapteur conforme à l'invention, au stockage, suite aux variations de pression atmosphérique. Par contre, lorsque une variation de pression est transmise dans la chambre 15 par les canaux 30 sans l'être par les canaux 40, on obtient un déplacement de la membrane 20 directement représentatif de la variation de pression rencontrée. The very slow pressure variations of the liquid 2 are transmitted to each side of the membrane 20 by the channels 30, 40, respectively. Thus, the membrane 20 remains stationary during very slow pressure variations. This avoids any deterioration of the microsensor according to the invention, during storage, following variations in atmospheric pressure. On the other hand, when a pressure variation is transmitted in the chamber 15 by the channels 30 without being it by the channels 40, one obtains a displacement of the membrane 20 directly representative of the pressure variation encountered.
Selon l'invention, le déplacement de la membrane 20 et donc la variation de pression correspondante sont détectés grâce à une fibre optique 50. Cette fibre optique 50 a l'une de ses extrémités 51 placée en regard de la face réfléchissante 21 de la membrane 20. De préférence, la fibre optique 50 s'étend axialement. Selon la représentation de la figure 1 la fibre optique 50 traverse de façon étanche la paroi du corps 10 délimitée par la calotte hémisphérique 14. Son extrémité 51 est placée dans le compartiment 15a de la chambre. According to the invention, the displacement of the membrane 20 and therefore the corresponding pressure variation are detected using an optical fiber 50. This optical fiber 50 has one of its ends 51 placed opposite the reflecting face 21 of the membrane 20. Preferably, the optical fiber 50 extends axially. According to the representation of FIG. 1, the optical fiber 50 passes in leaktight manner through the wall of the body 10 delimited by the hemispherical cap 14. Its end 51 is placed in the compartment 15a of the chamber.
La seconde extrémité de la fibre optique 50, de préférence accessible à. l'extérieur de l'être vivant surveillé, est associée à une source lumineuse et à un récepteur optique sensible à l'intensité lumineuse réfléchie dans la fibre optique 50 par la membrane 20. Le cas échéant, la seconde extrémité de la fibre optique 50 peut être dédoublée en un premier tronçon associé à la source lumineuse et en un second tronçon associé au récepteur optique. The second end of the optical fiber 50, preferably accessible to. the exterior of the monitored living being is associated with a light source and an optical receiver sensitive to the light intensity reflected in the optical fiber 50 by the membrane 20. If appropriate, the second end of the optical fiber 50 can be split into a first section associated with the light source and a second section associated with the optical receiver.
Une telle fibre optique 50 associée à une membrane réfléchissante constitue un capteur de déplacement connu en soi de l'homme de l'art (voir par exemple le document Radio and Electronic
Engineer volume 52, n.6, juin 1982, page 286, paragraphe 3.2 et figures 10-1 1). Such an optical fiber 50 associated with a reflecting membrane constitutes a displacement sensor known per se to those skilled in the art (see for example the document Radio and Electronic
Engineer volume 52, n.6, June 1982, page 286, paragraph 3.2 and figures 10-1 1).
L'homme de l'art sait en effet que les mouvements d'une membrane réfléchissante placée en regard de l'extrémité d'une fibre optique modulent la quantité de lumière renvoyée dans la fibre optique. Those skilled in the art indeed know that the movements of a reflecting membrane placed opposite the end of an optical fiber modulate the amount of light returned into the optical fiber.
De préférence le corps 10 est formé par assemblage de deux éléments lova, lOb. Chacun des éléments 10a, lOb, est défini par un tronçon cylindrique dont une première extrémité axiale est arrondie sous forme de calottes hémisphériques .13, 14, tandis qu'un alésage borgne correspondant respectivement à l'un des compartiments I Sa, 1 5b, débouche à la seconde extrémité axiale. Les éléments lova, lOb, sont munis de structures d'inter-engagement étanche référencées schématiquement 17, au niveau de cette seconde extrémité. La membrane 20 est avantageusement pincée entre les deux éléments Iota, 1 Ob, lors de l'assemblage du capteur. Preferably the body 10 is formed by assembling two elements lova, lOb. Each of the elements 10a, lOb, is defined by a cylindrical section of which a first axial end is rounded in the form of hemispherical caps .13, 14, while a blind bore corresponding respectively to one of the compartments I Sa, 1 5b, opens at the second axial end. The elements lova, lOb, are provided with tight inter-engagement structures referenced schematically 17, at this second end. The membrane 20 is advantageously pinched between the two Iota elements, 1 Ob, during assembly of the sensor.
On va maintenant décrire la variante de réalisation perfectionnée illustrée sur les figures 2 et 3. We will now describe the improved variant embodiment illustrated in FIGS. 2 and 3.
On retrouve sur ces figures un corps 10 allongé et à extrémités axiales généralement arrondies (surface 11 cylindrique de révolution autour d'un axe 12 et calottes hémisphériques 13, 14, en extrémité. These figures show an elongated body 10 with generally rounded axial ends (cylindrical surface 11 of revolution around an axis 12 and hemispherical caps 13, 14, at the end.
Le corps 10 possède une chambre interne 15. Une membrane principale 20 est placée dans la chambre 15. La membrane 20 possède au moins une surface réfléchissante 21. De plus, deux membranes auxiliaires 60, 70, sont placées dans la chambre 15 respectivement de part et d'autre de la membrane principale 20. Les membranes 20, 60, 70, sont souples. The body 10 has an internal chamber 15. A main membrane 20 is placed in the chamber 15. The membrane 20 has at least one reflecting surface 21. In addition, two auxiliary membranes 60, 70, are placed in the chamber 15 respectively by and on the other side of the main membrane 20. The membranes 20, 60, 70 are flexible.
Elles sont généralement perpendiculaires à l'axe 12 et sont raccordées, par leur périphérie de façon étanche, à la surface interne 16 de la chambre 15.They are generally perpendicular to the axis 12 and are connected, by their periphery in a sealed manner, to the internal surface 16 of the chamber 15.
Les trois membranes 20, 60 et 70 divisent la chambre 15 en 4 compartiments 15a, 15b, 15c et 15d. Un premier compartiment intermédiaire 15c est défini entre la surface réfléchissante 21 de la membrane principale 20 et une première face de la membrane auxiliaire 60. The three membranes 20, 60 and 70 divide the chamber 15 into 4 compartments 15a, 15b, 15c and 15d. A first intermediate compartment 15c is defined between the reflecting surface 21 of the main membrane 20 and a first face of the auxiliary membrane 60.
Un second compartiment intermédiaire 15d est défini entre la seconde face de la membrane principale 20 et une première face de la membrane auxiliaire 70. A second intermediate compartment 15d is defined between the second face of the main membrane 20 and a first face of the auxiliary membrane 70.
Un premier compartiment extrême 15a est défini entre la surface interne 16 de la chambre et la seconde face de la membrane auxiliaire 60. Enfin, un deuxième compartiment extrême 15b est défini entre la surface interne 16 de la chambre et la seconde face de la membrane auxiliaire 70. A first end compartment 15a is defined between the internal surface 16 of the chamber and the second face of the auxiliary membrane 60. Finally, a second end compartment 15b is defined between the internal surface 16 of the chamber and the second face of the auxiliary membrane 70.
Les chambres intermédiaires 15c, 15d, sont remplies d'un gaz, de l'air sec par exemple. Ces compartiments intermédiaires 15c, Ifid, ont très avantageusement des volumes identiques. The intermediate chambers 15c, 15d are filled with a gas, for example dry air. These intermediate compartments 15c, Ifid, very advantageously have identical volumes.
La première série de canaux 30 (courts, de diamètre important et orientés radialement) relie le premier compartiment extrême 15a à l'extérieur du corps 10. The first series of channels 30 (short, of large diameter and oriented radially) connects the first end compartment 15a to the outside of the body 10.
La seconde série de canaux 40 (longs, fins et orientés axialement) relie le second compartiment extrême 15b à l'extérieur du corps 10. The second series of channels 40 (long, thin and axially oriented) connects the second end compartment 15b to the outside of the body 10.
Les membranes 20, 60, 70 sont imperméables au gaz contenu dans les compartiments intermédiaires 15c et 15d et au fluide 2 véhiculé dans les vaisseaux 1. The membranes 20, 60, 70 are impermeable to the gas contained in the intermediate compartments 15c and 15d and to the fluid 2 conveyed in the vessels 1.
Le fonctionnement du capteur représenté sur les figures 2 et 3 est identique dans le principe à celui précédemment décrit en regard de la figure 1. La membrane 20 n'est pas déplacée lors de variations de pression très lente. Par contre, lorsqu'une variation de pression est appliquée au compartiment extrême 15a par les canaux 30, sans être appliquée au compartiment extrême 15b par Jes canaux 40, la variation de pression appliquée au compartiment intermédiaire 15a est transmise à la membrane 20, via le compartiment intermédiaire 15c, et avec modification simultanée de volume du compartiment intermédiaire 15d. The operation of the sensor shown in Figures 2 and 3 is identical in principle to that previously described with reference to Figure 1. The membrane 20 is not moved during very slow pressure variations. On the other hand, when a pressure variation is applied to the extreme compartment 15a by the channels 30, without being applied to the extreme compartment 15b by the channels 40, the pressure variation applied to the intermediate compartment 15a is transmitted to the membrane 20, via the intermediate compartment 15c, and with simultaneous modification of volume of the intermediate compartment 15d.
Le déplacement de la membrane 20 est là encore détecté par une fibre optique 50 dont l'extrémité 51 est placée dans le compartiment intermédiaire 15c en regard de la surface réfléchissante 21 de la membrane principale 20. A cet effet, la fibre optique 50 s'étend axialement. Elle traverse l'extrémité axiale du corps 10 délimitée par la calotte hémisphérique 13, ainsi que la membrane 60 qui sépare le compartiment extrême 15a et le compartiment intermédiaire 15c.The displacement of the membrane 20 is again detected by an optical fiber 50, the end 51 of which is placed in the intermediate compartment 15c opposite the reflective surface 21 of the main membrane 20. For this purpose, the optical fiber 50 s extends axially. It crosses the axial end of the body 10 delimited by the hemispherical cap 13, as well as the membrane 60 which separates the extreme compartment 15a and the intermediate compartment 15c.
Plus précisément, de préférence, la membrane 60 est formée d'une pièce rigide ajourée servant de support à la fibre optique et fermée de façon étanche par des parties de membrane souple. More specifically, preferably, the membrane 60 is formed of a perforated rigid piece serving as a support for the optical fiber and closed in leaktight manner by flexible membrane parts.
Plus précisément encore, selon le mode de réalisation préférentiel illustré sur la figure 3, la membrane 60 comprend un anneau externe 61 pincé entre deux éléments du corps 10, un moyeu interne 62 relié à l'anneau 61 par une pluralité de rayons 63, et des éléments de membrane souple 64, fixés de façon étanche au niveau des secteurs ajourés définis entre l'anneau 61, le moyeu 62 et les rayons 63. Le moyeu 62 possède un alésage cylindrique central recevant la fibre optique 50. More precisely still, according to the preferred embodiment illustrated in FIG. 3, the membrane 60 comprises an external ring 61 pinched between two elements of the body 10, an internal hub 62 connected to the ring 61 by a plurality of spokes 63, and elements of flexible membrane 64, fixed in leaktight manner at the level of the perforated sectors defined between the ring 61, the hub 62 and the spokes 63. The hub 62 has a central cylindrical bore receiving the optical fiber 50.
Le gaz contenu dans le compartiment intermédiaire 15d du mode de réalisation illustré sur la figure 2 étant plus compressible que le liquide contenu dans le compartiment 15b du mode de réalisation illustré sur la figure 1, le second mode de réalisation représenté sur la figure 2 s'avère plus sensible que le premier mode de réalisation représenté sur la figure 1. The gas contained in the intermediate compartment 15d of the embodiment illustrated in FIG. 2 being more compressible than the liquid contained in the compartment 15b of the embodiment illustrated in FIG. 1, the second embodiment represented in FIG. 2 turns out to be more sensitive than the first embodiment shown in FIG. 1.
Par ailleurs, on notera que dans la mesure où selon un second mode de réalisation, l'extrémité de détection SI de la fibre optique 59 est placée dans le compartiment intermédiaire 15c rempli de gaz, la transparence optique du liquide 2 véhiculé dans le vaisseau I n'intervient pas et ne peut donc altérer la mesure. Furthermore, it will be noted that insofar as according to a second embodiment, the detection end SI of the optical fiber 59 is placed in the intermediate compartment 15c filled with gas, the optical transparency of the liquid 2 conveyed in the vessel I does not intervene and therefore cannot alter the measurement.
On notera enfin que le second mode de réalisation représenté sur la figure 2 est insensible aux variations de température dans la mesure où les volumes des deux compartiments intermédiaires 15c, 15d sont sensiblement identiques. Finally, note that the second embodiment shown in Figure 2 is insensitive to temperature variations to the extent that the volumes of the two intermediate compartments 15c, 15d are substantially identical.
De préférence le corps 10 du capteur représenté sur la figure 2 est formé par assemblage de 4 tronçons 10a, 10b, 10c, 10d assemblés respectivement deux à deux, définissant chacun l'un des compartiments 15a, 15b, 15c, 15d, et adaptés pour pincer respectivement deux à deux l'une des membranes 20, 60 et 70. Preferably, the body 10 of the sensor shown in FIG. 2 is formed by assembling 4 sections 10a, 10b, 10c, 10d assembled respectively in pairs, each defining one of the compartments 15a, 15b, 15c, 15d, and adapted for pinch one by two respectively one of the membranes 20, 60 and 70.
Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. Of course the present invention is not limited to the particular embodiments which have just been described but extends to all variants in accordance with its spirit.
Claims (10)
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Legal Events
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ST | Notification of lapse |