FR2919051A1 - Element de liaison au sol d'un vehicule equipe d'un capteur d'au moins un parametre physique. - Google Patents

Abstract

Il s'agit d'un élément de liaison au sol d'un véhicule équipé d'un capteur (C) pour mesurer au moins un paramètre physique. Le capteur (C) comporte au moins une jauge de contrainte (J) de type structure résonante acoustique formée d'un transducteur piézoélectrique (10) solidaire d'un support (20) soumis à la contrainte, le support (20) logeant en regard du transducteur piézoélectrique (10) une partie réfléchissante (40) enterrée, pour réfléchir des ondes acoustiques de volume générées par le transducteur piézoélectrique (10) lorsqu'il est excité sur un mode harmonique de la structure, et qui se propagent dans le support (20), cette partie réfléchissante (40) étant placée à une distance du transducteur piézoélectrique (10) telle que l'intégrale de la contrainte sur la distance de propagation des ondes acoustiques de volume jusqu'à leur réflexion soit non nulle.

Description

ÉLEMENT DE LIAISON AU SOL D'UN VEHICULE EQUIPE D'UN CAPTEUR D'AU MOINS UN

PARAMETRE PHYSIQUE

DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention est relative à un élément de liaison au sol d'un véhicule comportant un capteur d'au moins un paramètre physique. Un tel capteur permet la mesure du paramètre physique notamment au niveau d'un pneumatique lors du roulage du véhicule, la mesure pouvant se faire à distance et sans fil. La grandeur physique mesurée peut être notamment une force s'appliquant sur la gomme du pneumatique ou la pression de l'air interne au pneumatique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Pour augmenter la sécurité automobile, il apparaît souhaitable d'intégrer des systèmes de surveillance en temps réel des performances des pneumatiques et/ou de leurs conditions d'utilisation. A cette fin, une voie d'instrumentation des pneumatiques vise à y intégrer des dispositifs électroniques, tels que des capteurs, afin d'assurer par exemple le suivi de paramètres relatifs à l'utilisation et/ou l'usure des pneumatiques. Par exemple, les systèmes TPMS commercialisés ( Tire Pressure Monitoring System ), en règle générale des capteurs intégrés dans les valves de gonflage des pneumatiques, permettent d'informer le conducteur si la pression de ses pneus est correcte et de détecter des fuites.

Dès lors que la mesure d'un paramètre physique d'un pneumatique monté sur sa roue et en conditions de roulage est envisagée, se pose le problème de l'énergie disponible pour pouvoir faire la mesure et la transmettre à un système de contrôle, à l'intérieur ou hors du véhicule : les dispositifs électroniques doivent également comporter des moyens pour alimenter les capteurs et récupérer les signaux, voire les traiter. Les solutions actuelles, utilisées pour la majorité des systèmes TPMS actuellement déployés, reposent sur l'utilisation de piles associée à des stratégies de gestion de l'énergie permettant de ne pas les changer pendant toute la durée de vie des pneumatiques.

Cependant, la solution idéale concerne des capteurs passifs, c'est-à-dire ne nécessitant pas de source d'énergie embarquée sur l'ensemble pneumatique / roue, mais alimentés par une onde radiofréquence à distance ou par un système d'auto génération de l'énergie associée au pneumatique. Dans le cas d'une alimentation par une onde radiofréquence, un signal d'interrogation est envoyé au capteur équipé d'une antenne ; suite à la réception du signal, le capteur émet une onde radio qui contient l'information sur le paramètre physique auquel il est directement ou indirectement sensible. Il est ainsi connu, par exemple du document EP 0 937 615, d'utiliser des capteurs à ondes de surface, ou SAW ( Surface Acoustic Wave ), pour mesurer des paramètres physiques, comme l'adhérence, du pneu de façon passive par ondes radiofréquences.

Les capteurs SAW peuvent être du type ligne à retard (la différence de phase entre plusieurs échos générés par le capteur dépendra du paramètre à mesurer) ou du type résonateur (la fréquence de résonance du capteur dépendra du paramètre à mesurer). Les capteurs de type résonateur , du fait de leur plus faible encombrement, sont généralement plus adaptés à la mesure d'un paramètre physique du pneumatique dès lors que l'accès à ce paramètre nécessite l'intégration du capteur pendant la fabrication du pneumatique. Cependant, une mesure performante par un capteur du type résonateur nécessite une qualité de résonance importante pour une précision optimale de détection de sa fréquence de résonance, des pertes d'insertion dans le résonateur les plus faibles possibles (pour optimiser l'utilisation de l'énergie envoyée par l'onde radio d'interrogation, le système étant passif), et une sensibilité au paramètre physique à mesurer suffisante pour l'application envisagée. Pour optimiser ces trois critères de performance sans augmenter l'encombrement final du capteur, le résonateur SAW peut trouver des limites pour les applications envisagées : en effet, les résonateurs SAW ayant des pertes d'insertion minimales, et donc un couplage maximal (10% au lieu de 1 % en jouant sur le matériau piézoélectrique du support par exemple) atteignent des facteurs de qualité de résonance insuffisants.

Par ailleurs, les résonateurs SAW peuvent avoir une sensibilité au paramètre physique à mesurer, notamment la température, beaucoup trop importante pour garantir le respect des normes (FCC ou ETSI) d'émission radio, notamment dans la bande ISM des 433,92 MHz : la grande sensibilité thermique entraîne ainsi les résonances à sortir des bandes de fréquence autorisées. Enfin, de telles structures résonantes à ondes de surface impliquent un encombrement certain, lié à la longueur d'onde acoustique et à leur configuration même, qui réclame une longueur minimum pour réaliser leur fonction spectrale : un capteur usuel fait environ 5 mm x 5 mm. Une option envisagée est l'utilisation de résonateurs à ondes de volumes, basés sur la mise en vibration d'une lame d'un matériau piézoélectrique, dans lesquels deux électrodes en regard enserrent une plaque de matériau piézoélectrique ; l'application d'un champ radiofréquence aux bornes du dipôle ainsi constitué engendre, par effet piézoélectrique inverse, une déformation de la plaque selon les couplages permis par l'orientation cristalline de son matériau constitutif. Le quartz s'est révélé le matériau privilégié de ce type d'applications compte tenu de ses propriétés thermo-élastiques (coefficients de qualité mécanique élevés, existence d'orientations compensées des effets de température, etc.). Le fonctionnement d'un tel résonateur usuel est de l'ordre du MHz, ce qui est trop faible pour une détection radiofréquence optimale ; pour gagner en fréquence, il devient nécessaire d'amincir les matériaux massifs usuels jusqu'à des épaisseurs rendant toute application industrielle (où l'épaisseur minimum des plaques est de l'ordre de 30 }gym) hasardeuse : une fréquence de 1 GHz représente la limite pratique de mise en oeuvre des résonateurs classiques à ondes de volume. Ces oscillateurs de volume ne peuvent en pratique pas être utilisés. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention se propose, parmi autres avantages, de pallier les inconvénients des capteurs existants et de fournir un élément de liaison au sol d'un véhicule équipé d'un capteur adapté à la mesure d'au moins un paramètre physique. L'option envisagée permet ainsi une optimisation simultanée des paramètres décrits ci- dessus : sensibilité aux contraintes, encombrement, perte d'insertion, qualité de résonance. En particulier, l'invention se rapporte à un élément de liaison au sol d'un véhicule comportant un capteur d'au moins un paramètre physique permettant de mesurer le paramètre en conditions contraignantes de vibrations et température. Plus particulièrement la présente invention concerne un élément de liaison au sol d'un véhicule équipé d'un capteur pour mesurer au moins un paramètre physique qui comporte au moins une jauge de contrainte de type structure résonante acoustique formée d'un transducteur piézoélectrique solidaire d'un support soumis à la contrainte, le support logeant en regard du transducteur piézoélectrique une partie réfléchissante enterrée, pour réfléchir des ondes acoustiques de volume générées par le transducteur piézoélectrique lorsqu'il est excité sur un mode harmonique de la structure, et qui se propagent dans le support, cette partie réfléchissante étant placée à une distance du transducteur piézoélectrique telle que l'intégrale de la contrainte sur la distance de propagation des ondes acoustiques de volume jusqu'à leur réflexion soit non nulle. Lorsque le capteur comporte plusieurs jauges de contrainte, le transducteur piézoélectrique de chacune de ces jauges de contrainte est solidaire du même support. Le support comporte une fibre neutre médiane, la partie réfléchissante étant située, au plus profond, au niveau de la fibre neutre médiane du support. La fibre neutre médiane est située à une certaine profondeur par rapport à une face du support sur laquelle est le transducteur piézoélectrique, la partie réfléchissante étant située de préférence à une profondeur d'environ 80% de la profondeur de la fibre neutre médiane. Le support peut être réalisé à base de silicium, de langasite, de langanite, de langatate, de niobate de lithium, de saphir, de phosphate de gallium, de tantalate de lithium, de carbone diamant, de carbure de silicium, de verre, d'oxyde de silicium ou même d'un matériau métallique tel que l'acier inoxydable. Le transducteur piézoélectrique peut être réalisé à base de nitrure d'aluminium, de quartz, de niobate de lithium, de tantalate de lithium, de niobate de potassium, d'oxyde de zinc, de langasite et ses dérivés, de phosphate de gallium, d'arséniure de gallium, de nitrure de gallium, de PZT, de PMN-PT. Le transducteur piézoélectrique est avantageusement un transducteur à film piézoélectrique, mais il peut être également un transducteur piézoélectrique à ondes de volume conventionnel. La partie réfléchissante peut être une cavité, un miroir de Bragg, un miroir réfléchissant les ondes acoustiques quelle que soit leur incidence.

La partie réfléchissante possède de préférence une taille et une forme sensiblement calquées sur celles du transducteur piézoélectrique. La partie réfléchissante peut avoir une épaisseur sensiblement égale à environ dix pour cent de l'épaisseur du support au niveau du transducteur piézoélectrique. Le transducteur piézoélectrique peut être coiffé d'une couche d'adaptation d'impédance de manière à améliorer le couplage électromécanique entre le transducteur piézoélectrique et le support et à limiter les pertes d'insertion. Lorsque le capteur comporte au moins deux jauges de contrainte, l'une des jauges de contrainte peut être destinée à être soumise à une contrainte en extension, l'autre jauge de contrainte du capteur peut être destinée à être soumise à une contrainte en compression, ces deux jauges de contrainte permettant de faire une mesure différentielle de manière à être compensée vis à vis de sources de perturbations corrélées telles qu'une variation de température.

Le capteur peut comporter au moins une jauge de contrainte, dite de référence, située dans une zone du support soumise à sensiblement aucune contrainte.

Le support peut être une poutre, une membrane, un clou, une lame. Un support de type clou comporte une tige surmontée par une tête dotée de points d'ancrage qui ont une position donnée par rapport à la tige au repos et qui gardent cette position lorsque la tige est sollicitée, une jauge de contrainte étant placée sur la tête au voisinage de la tige ou des points d'ancrage. Le support peut être une poutre encastrée à une extrémité et solidaire d'une masse sismique à l'autre extrémité. Au moins une jauge de contrainte peut être reliée à une antenne donnant au capteur une fonction de transpondeur. Deux jauges de contraintes peuvent partager une même partie réfléchissante, la partie réfléchissante étant insérée entre deux transducteurs piézoélectriques. Le capteur peut être équipé en outre d'un capteur de température, solidaire du support.

Le paramètre physique peut être un paramètre de roulage du véhicule tel une force, une pression, une vitesse, une accélération et éventuellement en plus une température. L'élément de la liaison au sol peut être un pneumatique, une valve de gonflage, une roue.

La présente invention concerne également une liaison au sol comportant au moins un élément ainsi caractérisé. La présente invention concerne également l'utilisation dans un élément de liaison au sol d'un véhicule, d'un capteur pour la mesure d'au moins un paramètre physique, dans laquelle le capteur comporte au moins une jauge de contrainte de type structure résonante acoustique formée d'un transducteur piézoélectrique solidaire d'un support soumis à la contrainte, le support logeant en regard du transducteur piézoélectrique une partie réfléchissante enterrée, pour réfléchir des ondes acoustiques de volume générées par le transducteur piézoélectrique lorsqu'il est excité sur un mode harmonique de la structure, et qui se propagent dans le support, cette partie réfléchissante étant placée à une distance du transducteur piézoélectrique telle que l'intégrale de la contrainte sur la distance de propagation des ondes acoustiques de volume jusqu'à leur réflexion soit non nulle. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description suivante et en référence aux dessins annexés, donnés à titre uniquement illustratifs et nullement limitatifs, sur lesquels la figure 1 montre de manière schématique une liaison au sol d'un véhicule selon l'invention et différents éléments de cette liaison au sol ; les figures 2A, 2B montrent schématiquement des exemples de capteur à monter sur un élément de liaison au sol d'un véhicule selon l'invention ; la figure 3 montre des exemples de capteurs fixés sur une jante de roue, sur la paroi interne d'un pneumatique et dans la bande de roulement du pneumatique ; les figures 4A, 4B, 4C, 4D montrent des exemples de capteur de pression, une valve de gonflage 10 selon l'invention équipée d'un capteur de pression et un patch incluant un tel capteur ; les figures 5A, 5B montrent un exemple de capteur d'accélération à monter sur un élément d'une liaison au sol d'un véhicule ; les figures 6A, 6B sont d'autres exemples de capteur d'au moins un paramètre physique apte à équiper un élément de liaison au sol d'un véhicule, le capteur possédant un miroir de Bragg ou un transducteur piézoélectrique conventionnel ; les figures 7A, 7B, 7C montrent schématiquement des capteurs de force de type clou aptes à équiper un élément d'une liaison au sol d'un véhicule selon l'invention ; les figures 8A, 8B montrent les 25 déformations d'un support de type clou lorsque le talon de sa tige est soumis à une force dirigée dans l'axe de la tige ou sensiblement normale à la tige ; les figures 9A, 9B montrent en coupe deux exemples de capteur de type clou dans lesquels les 30 jauges de contrainte sont localisées aux endroits les plus sensibles aux contraintes. 15 20 Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère à la figure 1 qui montre schématiquement une liaison au sol d'un véhicule selon l'invention. Cette liaison au sol d'un véhicule comporte le pneumatique 1 ainsi que tous les éléments qui sont situés entre le pneumatique 1 et le châssis 4 15 du véhicule. Ces éléments qui relient le pneumatique 1 au châssis 4 sont notamment : la roue 2 avec sa jante 3 et son disque (non visible), les inserts de roulage 8 s'il y a lieu, la valve de gonflage (non visible), le système de freinage 5, le système d'amortissement 6, le 20 système de direction (rotule 7, biellette 9). Dans la présente description le terme pneumatique englobe aussi bien un pneumatique gonflable qu'un bandage plein ou une chenille, tous ces termes étant équivalents. On suppose que le pneumatique 1 est un élément selon 25 l'invention équipé d'un capteur C d'au moins un paramètre physique. Lors du roulage, la pression des pneumatiques est un facteur de sécurité important. Il apparaît ainsi souhaitable de pouvoir la contrôler 30 régulièrement par une mesure directe, afin d'avertir le conducteur lorsque les pneumatiques sont à une pression 10 trop faible pour assurer une bonne tenue de route du véhicule, ou pour optimiser leur durée de vie. A cette fin, il est souhaitable qu'un capteur passif, ainsi que son système de transmission de données, c'est-à-dire dans le cas usuel son antenne propre à établir une liaison radiofréquence avec le dispositif d'interrogation du véhicule, soit en contact avec l'air interne du pneumatique en étant fixé notamment sur la paroi intérieure du pneumatique, à la valve de gonflage ou sur les inserts. Il peut aussi être intéressant pour mesurer les contraintes subies par le pneumatique d'intégrer le capteur passif directement dans le pneumatique au cours de sa fabrication. Le capteur doit alors être le moins intrusif possible, l'instrumentation d'un pneumatique restant un accessoire, et la fonction principale de l'ensemble obtenu demeurant d'assurer les meilleures conditions de roulage : il est important que les différents dispositifs intégrés au pneumatique n'altèrent ni ses performances mécaniques, ni sa durabilité. Les figures 2A, 2B illustrent le fonctionnement d'un capteur C apte à mesurer au moins un paramètre physique et destiné à équiper un élément de liaison au sol d'un véhicule. Ce capteur C comporte au moins une jauge de contrainte J de type structure résonante acoustique formée d'un transducteur piézoélectrique 10 à film mince solidaire d'un support 20 soumis à une contrainte lors du roulage. Dans l'exemple décrit le support 20 est une poutre encastrée à une extrémité 20.1 et ayant une autre extrémité 20.2 libre sur laquelle une force de sollicitation F s'applique. La force F est représentée sur la figure 2A, dirigée selon l'axe x2, elle engendre des contraintes dans la poutre 20 et sollicite le transducteur piézoélectrique 10. L'axe x2 est dirigé vers le bas sur la figure 2A. Le support 20 peut être réalisé dans un matériau cristallin ou amorphe. Ce matériau peut être isotrope ou non. Le matériau du support peut être réalisé à base de silicium, de langasite et ses dérivés langanite et langatate, de niobate de lithium, de saphir, de phosphate de gallium, de tantalate de lithium, de carbone diamant, de carbure de silicium, de verre, de oxyde de silicium ou même de métal tel que l'acier inoxydable. De préférence, si le matériau employé pour le support 20 est cristallin, on choisit les orientations cristallographiques du matériau cristallin du support 20 pour optimiser sa sensibilité aux contraintes mécaniques du mode de volume. Le transducteur piézoélectrique 10 peut être réalisé par exemple en nitrure d'aluminium ou en quartz ou encore en niobate de lithium, tantalate de lithium, niobate de potassium, oxyde de zinc, langasite et ses dérivés, phosphate de gallium, arséniure de gallium, nitrure de gallium, PZT, PMN-PT, etc.... Il est déposé ou reporté sur le support 20 de propagation. Par un choix adéquat du matériau du support 20 et de celui du transducteur piézoélectrique 10 et des épaisseurs de ces deux pièces, il est possible que la jauge de contrainte de type structure résonante acoustique présente des harmoniques compensées des effets des variation de température, le capteur C n'étant alors sensible qu'aux seuls effets de contraintes. Un choix avantageux de matériaux est le silicium monocristallin pour le support 20 et le nitrure d'aluminium pour le transducteur piézoélectrique 10. La poutre 20 a une longueur L et une épaisseur e. On définit dans la poutre 20 une cote 0 au niveau d'une fibre neutre médiane 30, une cote +e/2 au niveau d'une face principale avant portant le transducteur piézoélectrique 10 et une cote -e/2 au niveau d'une autre face principale dite arrière opposée à face principale portant le transducteur piézoélectrique 10. On peut ainsi distinguer dans le support 20, deux régions 21, 22, situées de part et d'autre de la fibre neutre médiane 30. La première région 21, contrainte en extension, se trouve entre la fibre neutre 30 et la face avant, la seconde région 22, contrainte en compression, se trouve entre la fibre neutre 30 et la face arrière de la poutre 20. Des contraintes d'extension sont générées dans la première région 21 entre la cote 0 et la cote +e/2 et des contraintes de compression sont générées dans la seconde région 22 entre la cote 0 et la cote -e/2. Dans l'exemple, le transducteur piézoélectrique 10 est un transducteur piézoélectrique à film mince, avec un film mince en matériau piézoélectrique 10.1 pris en sandwich entre deux électrodes 10.2, 10.3. En l'associant avec la poutre 20, on réalise ainsi une structure résonante HBAR.

L'électrode 10.2 se trouve du côté du support 20 et l'électrode 10.3 est en surface. Lorsque le transducteur piézoélectrique 10 est excité sur un mode harmonique de la structure, un champ électrique s'établit entre les électrodes 10.2, 10.3 et une onde acoustique prend naissance et se propage depuis le transducteur piézoélectrique 10 jusque dans le support 20 parallèlement au champ électrique, cette onde acoustique entre en résonance dans une portion 23 du support 20 située au droit du transducteur piézoélectrique 10. Lorsque la poutre est sollicitée par une force F, ses constantes élastiques sont affectées par les contraintes. L'application d'une contrainte sur la poutre 20 ne conditionne pas l'existence de l'onde excitée par le transducteur piézoélectrique 10 mais elle modifie les propriétés de cette dernière, en particulier sa vitesse de phase et par voie de conséquence sa fréquence de résonance associée.

Selon l'invention, la jauge de contrainte comporte de plus une partie réfléchissante 40 enterrée dans le support 20 au droit du transducteur piézoélectrique 10. On suppose que sur la figure 2A, la partie réfléchissante est un miroir réfléchissant les ondes quelles que soient leur incidence, ce miroir étant connu sous la dénomination de miroir à effet band-gap ou à effet de bande interdite complète. La partie réfléchissante 40 est représentée comme une cavité sur la figure 2B, cette cavité ayant une paroi inférieure qui réfléchit les ondes acoustiques se propageant dans le matériau du support 20.

La partie réfléchissante 40 borne la portion résonante 23. La présence de la partie réfléchissante 40 incorporée au support 20 limite l'épaisseur de cette portion résonante 23. Cette limitation a pour but que la propagation des ondes acoustiques ne se fasse que dans une des deux régions 21, 22 soit la région en compression 22, soit la région en extension 21 mais pas les deux. On ôte la symétrie qui existait pour la propagation des ondes de volume d'une part dans la région en extension et d'autre part dans la région en compression. Dans l'exemple décrit, la portion résonante 23 est limitée à la région en extension 21. Si le transducteur piézoélectrique 10 était solidaire de l'autre face principale de la poutre 20, toutes choses étant égales par elles mêmes pour la force F, la portion résonante 23 serait contrainte en compression. Le capteur C est utilisable pour mesurer la force F appliquée puisque à cause du manque de symétrie, la variation relative de fréquence induite par l'application de la force n'est pas nulle. On pourrait montrer que dans la relation qui lie la variation relative de la fréquence et la contrainte, la contrainte est intégrée sur l'intervalle 0 à +e/2 si la partie réfléchissante 40 se trouve à la cote O. La contrainte qui prend naissance dans la poutre 20 lors de la rotation de la roue 2, ne change pas de signe sur la distance parcourue par l'onde acoustique depuis sa naissance jusqu'à sa réflexion au niveau de la partie réfléchissante 40. De plus, la variation relative de la fréquence dépend du sens d'application de la force F, ce qui permet de connaître le sens d'application de la force en plus de son module. En l'absence de partie réfléchissante, la variation relative de la fréquence serait nulle, la jauge de contrainte J ne serait pas sensible à la contrainte et le capteur C ne serait pas apte à mesurer un paramètre physique lié au roulement tel qu'une force, une vitesse, une pression, une accélération. Sur la figure 2A, on a placé la partie 40 réfléchissante au niveau de la fibre neutre 30, mais ce n'est pas une obligation. Cette position est la position la plus éloignée qu'elle peut prendre par rapport au transducteur piézoélectrique 10. Elle pourrait être rapprochée du transducteur piézoélectrique 10 (comme sur la figure 2B) et la portion résonante 23 serait limitée en épaisseur à une fraction de l'épaisseur de l'une des régions 21, 22 contrainte en extension ou en compression. Ce qui compte, c'est que la contrainte dans la portion résonante 23 parcourue par l'onde acoustique conserve toujours le même signe. On pourrait ainsi rapprocher la partie réfléchissante 40 d'environ 20% par rapport au transducteur piézoélectrique 10. Sur la figure 2B, le support n'est plus une poutre mais il est en forme de lame, il comporte toujours une seule jauge de contrainte J. Le support 20 est formé de deux substrats 100, 101 assemblés l'un à l'autre et plus précisément un premier substrat par exemple en matériau cristallin 100 sur lequel est rapporté le transducteur piézoélectrique 10 et un second substrat par exemple en matériau cristallin 101 qui porte la partie réfléchissante 40. La partie réfléchissante 40 se trouve à l'interface entre le premier substrat 100 et le second substrat 101 après l'assemblage. La partie réfléchissante 40 est une cuvette gravée dans le premier substrat 100. L'assemblage entre les deux substrats 100, 101 peut se faire par collage avec de la colle époxy par exemple, par collage anodique, par thermo compression d'une couche ductile, par exemple en or, insérée entre les deux substrats 100, 101, par collage moléculaire, ou par tout moyen d'assemblage connu dans le domaine de la microélectronique. En variante, on peut faire croître par électroformage le substrat inférieur sur le substrat supérieur.

Il est possible que la jauge de contrainte J comporte de plus, une couche de couverture 60 du transducteur piézoélectrique 10. Cette couche 60 coiffe le transducteur piézoélectrique 10, elle recouvre l'électrode 10.3 du transducteur piézoélectrique 10 opposée à celle 10.2 qui se trouve du côté du support 20. Cette couche de couverture 60, d'épaisseur appropriée, sert d'adaptation d'impédance de manière à améliorer le couplage électromécanique entre le transducteur piézoélectrique 10 et le support 20, et à limiter les pertes d'insertion. La couche de couverture 60 peut être réalisée dans un matériau de la liste des matériaux possibles pour le support 20. De préférence, on peut la réaliser dans le matériau constituant le transducteur piézoélectrique 10. On peut se référer à la demande de brevet FR-A-2 889 375 qui divulgue une structure résonante acoustique hybride avec cette couche d'adaptation d'impédance. La partie réfléchissante 40 sera située en vis-à-vis du transducteur piézoélectrique 10. Sa surface sera de préférence sensiblement égale à celle de l'emprise du transducteur piézoélectrique 10 sur le support 20, et homothétique de rapport 1 avec elle. Il est bien sûr possible que sa surface soit plus grande que l'emprise du transducteur piézoélectrique 10 comme illustré sur la figure 4B. On peut toutefois imaginer qu'elle soit plus petite comme illustré sur la figure 6B. La partie réfléchissante 40 aura une épaisseur E suffisante pour que l'onde acoustique qui prend naissance dans le transducteur piézoélectrique 10 soit bien réfléchie afin qu'elle ne se propage pas dans la matière du support 20 sous-jacente, c'est-à-dire dans le second substrat 101. Son épaisseur E devra être telle que l'onde acoustique ne se propage que dans une seule des régions contraintes en extension ou bien en compression et qu'elle ne pénètre pas dans l'autre. Le premier substrat 100 peut correspondre à la région contrainte en extension et le second substrat 101 correspondre à la région contrainte en compression. Sur la figure 2B, les deux substrats 100, 101 n'ont pas la même épaisseur

pour que le fond de la cuvette formant la partie réfléchissante 40 soit localisé dans l'une des zones contraintes. La partie réfléchissante aurait pu être localisée au niveau de la fibre neutre sans empiéter dans l'autre zone contrainte. L'épaisseur E de la partie réfléchissante 40 sera inférieure à la demi-épaisseur Z/2 du support 20 mais préférentiellement inférieure à environ 10% de l'épaisseur Z du support 20. Plus l'épaisseur E de la partie réfléchissante 40 est faible plus le support 20 se comportera de manière homogène, ce qui est recherché. Dans la configuration de la figure 2B, on a muni le capteur d'un autre capteur 61 qui peut être un capteur de température. Le capteur de la figure 2B peut alors mesurer plusieurs grandeurs physiques, dans le cas présent une température en plus d'une force. Sur la figure 3 on a représenté une partie de roue avec un pneumatique 1 monté sur une jante 3, l'ensemble étant équipé de quatre capteurs Cl, C2, C3 et C4. Le capteur Cl est solidaire de la jante 3 au niveau de sa gorge de montage G. Le capteur Cl correspond à ceux décrits aux figures 2A, 2B. C'est un capteur sensible aux efforts, donc au niveau de force ou d'accélération lié à la vitesse de rotation de la roue, c'est-à-dire à la vitesse de roulage du véhicule équipé de cette roue. Le support 20 en forme de poutre a son axe principal x1 orienté sensiblement selon y soit parallèlement à l'axe de rotation A du pneumatique 1 et de la roue. Ce capteur est sensible aux accélérations radiales, c'est-à-dire orientées selon l'axe Z. On a vu que le support 20 pouvait prendre la forme d'une poutre, d'une lame. D'autres formes sont possibles comme une membrane.

Il est également possible de prévoir un capteur d'au moins un paramètre physique comprenant plusieurs jauges de contrainte J1, J2, c'est-à-dire plusieurs transducteurs piézoélectriques 10 sur un même support 20. On se réfère aux figures 4A et 4B. On suppose qu'un tel capteur est destiné à mesurer la pression à l'intérieur d'un pneumatique. Sur la figure 4C, on a représenté un autre mode de réalisation d'un capteur de pression de ce type, placé en bout d'une valve de gonflage V solidaire de la jante 3 de la roue d'un véhicule. Sur les figures 4A et 4B, la membrane 20 comporte une partie centrale 70 entourée par un bord 71. Le bord 71 a une épaisseur plus importante que la partie centrale 70. Une pression hydrostatique sensiblement homogène s'applique sur la partie centrale 70 de la membrane 20. Deux jauges de contrainte J1, J2 sont prévues dans ce capteur de pression. Il y a donc deux transducteurs piézoélectriques 13, 14 qui coopèrent avec la membrane 20, ils sont placés sur la membrane 20 sur une face opposée à celle recevant la pression. Sur la figure 4A, l'un des transducteurs piézoélectriques 14 se trouve au niveau de la zone centrale 70 et l'autre 13 empiète sur la zone centrale 70 et sur le bord 71. En fait les deux jauges de contrainte J1, J2 sont placées à des endroits de la membrane où les contraintes sont de types différents. Dans la membrane 20 les contraintes sont radiales, c'est-à-dire sensiblement parallèles à la surface portant les transducteurs piézoélectriques 13, 14. La jauge de contrainte J2 la plus centrale est soumise à des contraintes radiales d'extension et la jauge de contrainte J1 la plus externe est soumise à des contraintes radiales de compression à cause de l'épaisseur du bord 71 plus grande que celle de la partie centrale 70. Avec ces deux transducteurs piézoélectriques 13, 14, et donc avec ces deux jauges de contrainte J1, J2, le capteur de pression peut servir à faire des mesures différentielles de pression. En regard de chacun des transducteurs piézoélectriques 13, 14, se trouve, au sein de la membrane 20 une partie réfléchissante 40.1, 40.2 pour les ondes acoustiques émises lorsque le transducteur piézoélectrique associé 13, 14 est excité sur un mode harmonique de la structure.

Avec un tel positionnement, les fréquences de résonance des deux transducteurs piézoélectriques 13, 14 vont évoluer dans deux directions opposées. Le signe des contraintes appliquées à chaque jauge de contrainte J1, J2 étant opposé et en supposant que leur module soit le même, la différences des fréquences de résonance est alors représentative des effets dus à la pression seule et on peut s'affranchir de sources de perturbations corrélées comme la variation de la fréquence due à la température dans la mesure où les deux transducteurs piézoélectriques 13, 14 possèdent sensiblement le même coefficient de variation de la fréquence en fonction de la température. La sensibilité de la mesure de la fréquence est alors deux fois plus grande qu'avec une unique jauge de contrainte.

Ici encore la membrane 20 peut être réalisée par l'assemblage de deux substrats 100, 101 dont l'un référencé 100, moins épais en son centre qu'à son bord comporte les parties réfléchissantes 40.1, 40.2 et dont l'autre référencé 101, d'épaisseur sensiblement constante, porte les transducteurs piézoélectriques 13, 14. En variante, comme illustré sur la figure 4B, il est possible que l'une des jauges de contrainte J1 soit située dans une zone de la membrane 20 insensible aux effets de la pression qu'elle reçoit.

Cette zone se trouve sur le bord de la membrane 20. La jauge de contrainte J1 placée sur le bord est qualifiée de jauge de contrainte de référence. L'autre jauge de contrainte J2 est située sensiblement dans la zone centrale de la membrane 20, où la contrainte est une extension. Les parties réfléchissantes 40.1, 40.2 sont en vis-à-vis des transducteurs piézoélectriques 13, 14 respectifs comme décrit précédemment. La mesure de l'évolution de la fréquence de la jauge de contrainte J2 soumise à la contrainte par rapport à celle de la jauge de contrainte J1 de référence permet d'isoler la dérive thermique résiduelle de la jauge de contrainte J2. Le choix de la structure avec jauge de contrainte de référence ou avec deux jauges de contrainte placées dans des zones soumises à des contraintes de type différent dépend du cahier des charges auquel le capteur doit répondre. Sur la figure 4C, la membrane 20 a une forme différente mais équivalente. On retrouve les deux jauges de contrainte J1, J2, elles sont reliées électriquement à une même antenne 85. Le capteur C fonctionne alors comme transpondeur. On se réfère de nouveau à la figure 3. Le capteur C2 est fixé sur la paroi interne du bourrelet du pneumatique 1. On suppose que c'est un capteur sensible à la pression correspondant à celui illustré aux figures 4A, 4B. Une telle position est équivalente à celle usuelle à l'extrémité de la valve de gonflage V illustrée à la figure 4C.

Sur la figure 4D, on a montré le capteur C2 illustré sur la figure 3. Le capteur C2 est enrobé au moins sur une de ses faces dans un matériau d'enrobage 61 et forme un patch. Le matériau d'enrobage 61 peut être un mélange caoutchouteux usuellement utilisé dans les emplâtres de réparation. Selon une caractéristique de l'invention, le capteur C2 est muni d'au moins une antenne 85, par exemple dipolaire, à deux brins 85.1, 85.2. Plus précisément, c'est le transducteur piézoélectrique 10 qui est relié électriquement à l'antenne 85. Il est possible d'exciter le transducteur piézoélectrique 10 en le plaçant dans le champ d'un dispositif émetteur (non représenté) fonctionnant dans la gamme de fréquences correspondante. Après excitation du transducteur piézoélectrique 10, la fréquence propre de du transducteur piézoélectrique sera réémise vers un dispositif récepteur (non représenté) et pourra être analysée pour la détermination du paramètre physique à mesurer. Le capteur C2 a alors une fonction de transpondeur passif. L'enrobage 61 qu'il soit total ou en partie englobe les fils d'antenne 85.1, 85.2.

L'enrobage n'est bien évidemment pas limité au capteur C2. Il est également possible d'utiliser dans la liaison au sol, un capteur de type accéléromètre.

Les figures 5A, 5B montrent de tels modes de réalisation d'accéléromètres. Dans ce cas le support 20 est une poutre encastrée à une extrémité 20.1 et dont l'autre extrémité 20.2 est libre et solidaire d'une masse sismique 80. Dans la liaison au sol d'un véhicule un tel capteur d'accélération pourrait, par exemple, être monté sur la jante comme le capteur C4 de la figure 3. D'autres endroits sont bien sûr possibles notamment sur le châssis ou le système d'amortissement. La masse sismique 80 est un corps massif chargé de réagir aux variations d'accélération. On considère que la fibre neutre 30 de la poutre est incluse dans le plan yOz, plan axial, c'est-à-dire plan passant par l'axe de rotation A, en l'absence d'accélération. Si l'accéléromètre subit une accélération dans la direction longitudinale (selon Ox) la masse sismique 80 en raison de son inertie se déplace dans la direction longitudinale et la poutre 20 subit une flexion. En cas de freinage c'est le phénomène inverse qui se produit.

Pour mesurer l'accélération ou le freinage, il suffit donc d'identifier la position relative de la masse sismique 80 par rapport au plan axial yOz. On place sur la poutre 20 au moins une jauge de contrainte J de type structure résonante acoustique comme décrit précédemment, elle est plus près de l'encastrement que de la masse sismique 80. On cherche que sa position soit dans une zone de contrainte maximale de la poutre 20. Elle va mesurer les contraintes induites dans la poutre 20 au voisinage de l'encastrement, ce qui permet de remonter aux variations d'accélération subies par la jauge de contrainte J. Dans l'exemple représenté sur la figure 5A, si le capteur subit une accélération, la jauge de contrainte J est placée dans une région de la poutre 20 contrainte en extension. On a placé dans la poutre 20 au droit du transducteur piézoélectrique 10 une partie réfléchissante 40. La jauge de contrainte J a été représentée reliée à une antenne radiofréquence 85, au niveau de son transducteur piézoélectrique 10, ce dernier étant interrogé à distance sur les variations de fréquence qu'il mesure. Il est possible de placer plusieurs jauges de contrainte J1, J2 sur la poutre 20 de manière à obtenir un accéléromètre différentiel peu sensible à des perturbations indésirables comme les variations de température. Dans cette configuration illustrée à la figure 5B, les deux transducteurs piézoélectriques 13, 14 des deux jauges de contrainte J1, J2 sont placés sur les deux faces principales opposées de la poutre 20 et de part et d'autre de la partie réfléchissante 40. La partie réfléchissante 40 se trouve au niveau de la fibre médiane neutre 30 de la poutre 20. Les deux transducteurs 13, 14 sont alignés avec la partie réfléchissante 40. Les deux transducteurs piézoélectriques 13, 14 coopèrent avec une même partie réfléchissante 40, car ils sont placés en vis-à-vis l'un avec l'autre. Les deux jauges de contrainte J1, J2 partagent la même partie réfléchissante 40, elles sont placées dos à dos. Dans la configuration de la figure 5B, le fléchissement de la poutre 20 dans une direction donnée entraîne l'apparition de contraintes de signes opposés dans les deux portions résonantes 23, 23' qui encadrent la partie réfléchissante 40. Les deux jauges de contrainte J1, J2 sont soumises à des contraintes égales et opposées et les variations de fréquence mesurées par les transducteurs piézoélectriques 13, 14 seront égales et opposées. Dans cette variante également les deux transducteurs piézoélectriques 13, 14 sont reliés à une antenne 85. Sur la figure, on a représenté deux antennes distinctes mais une seule aurait pu suffire comme on l'avait montré à la figure 4C. On peut envisager d'utiliser au moins une jauge de contrainte conçue de manière à minimiser l'influence de la température à laquelle elle est soumise. On choisira les matériaux et les épaisseurs d'une part du transducteur piézoélectrique 10 et du support 20 d'autre part, de manière à tirer partie de leurs propriétés thermo élastiques contra variantes, par exemple en employant du nitrure d'aluminium comme matériau piézoélectrique et du silicium pour le support. On rend sensiblement nul le coefficient de sensibilité thermique de la jauge de contrainte et du capteur qui utilise une telle jauge.

Au lieu que la partie réfléchissante 40 soit réalisée par une cavité logée au sein du support 20, il est possible qu'elle soit réalisée par un miroir de Bragg logé au sein du support 20. On peut se référer à la figure 6A. Le miroir de Bragg 40 est enterré dans le support 20 et se trouve, dans l'exemple décrit, sensiblement à une profondeur médiane par rapport à l'épaisseur totale du support 20. Le transducteur piézoélectrique 10 est similaire à ceux montrés précédemment, à film piézoélectrique mince. Le miroir de Bragg 40 comporte classiquement un empilement de couches alternées 40.1, 40.2 ayant des indices de réflexion différents. L'épaisseur des couches 40.1, 40.2 est un multiple impair du quart de la longueur d'onde de l'onde acoustique qui se propage dans la portion résonante 23. Les réflexions successives sur les diverses couches 40.1, 40.2 créent l'effet miroir. On peut ainsi utiliser une alternance de couches d'oxyde de silicium et de nitrure de silicium. Le support 20 est alors formé du miroir de Bragg 40 pris en sandwich entre deux substrats 100, 101.

En variante illustrée sur la figure 6B, la jauge de contrainte peut comporter un transducteur piézoélectrique 10 classique formé d'un bloc en matériau piézoélectrique 19, et plus d'un film. Ce bloc 19 est pris en sandwich entre deux électrodes 17, 18.

Ce transducteur piézoélectrique 10 est solidaire, au niveau de l'une de ses électrodes 18 d'un support 20 pourvu de la partie réfléchissante 40 enterrée. La profondeur de la partie réfléchissante 40 est choisie pour que l'intégrale de la contrainte dans la structure résonante ainsi formée soit non nulle sur la distance de propagation de l'onde.

On va maintenant s'intéresser à un capteur d'au moins une grandeur physique dont le support 20 permet de mesurer un champ de contraintes complexes. Dans cet exemple le capteur C est un capteur de force.

On se réfère aux figures 7A, 7B, 7C qui montrent deux variantes de capteur dont le support prend la forme d'un clou. Le clou comporte une tige 50 destinée à être sollicitée par une force et qui est solidaire d'une tête 51 destinée à être déformée ou contrainte lorsque la tige 50 est sollicitée. Un tel capteur va pouvoir mesurer les différentes composantes de la force. La tête 51 comporte des points d'ancrage 52 qui ont une position donnée par rapport à la tige 50 au repos et qui gardent cette position lorsque la tige 50 est sollicitée. On peut se reporter à la demande de brevet français EP-A-1 275 949 qui décrit ce type de support. La tête 51 peut prendre la forme d'une membrane, solidaire dans sa partie centrale de la tige 51 et dont les points d'ancrage 52 sont sur sa périphérie comme illustré sur la figure 7A. En variante, elle peut être formée de bras 51.1, 51.2, 51.3, 51.4 reliés entre eux à une extrémité et solidaires de la tige 50 au niveau de cette extrémité comme illustré sur la figure 7B. Les points d'ancrage 52 se trouvent alors à l'autre extrémité des bras 51.1, 51.2, 51.3, 51.4. Les points d'ancrage 52 peuvent être discrets comme sur la figure 7A ou continus comme sur la figure 7B. La figure 7C est une vue en coupe qui peut correspondre à l'une ou l'autre des variantes.

On répartit sur la tête 51 plusieurs jauges de contrainte J. Si la tête 51 comporte des bras, on peut placer une jauge de contrainte sur chacun des bras 51.1, 51.2, 51.3, 51.4. Si la tête est une membrane, on peut répartir de façon sensiblement régulière plusieurs jauges de contraintes J. Les transducteurs piézoélectriques 10 qui composent les jauges de contraintes J sont placés à sa surface. On dispose également, selon l'invention une partie réfléchissante 40 au droit de chacun des transducteurs piézoélectriques 10, enterrée dans le matériau de la tête 51. On place les transducteurs piézoélectriques 10 et les parties réfléchissantes 40 de manière que les jauges de contrainte ainsi formées soient localisées en des points de grande sensibilité aux contraintes, c'est-à-dire en des points soumis à la contrainte longitudinale la plus intense. On se réfère de nouveau à la figure 3. Le capteur C3 est un tel capteur de type clou. Le capteur C3 est intégré dans le pneumatique 1 et plus particulièrement dans un élément E de sculpture de la bande de roulement. Le capteur C3 a pu être intégré dans la gomme du pneumatique au cours de la fabrication du pneumatique. La tige du clou se trouve vers l'extérieur du pneumatique et la tête du clou se trouve vers l'intérieur du pneumatique. Les jauges de contrainte ne sont pas visibles. Si le capteur C3 comporte un matériau d'enrobage, il est souhaitable que le matériau d'enrobage soit compatible avec la gomme du pneumatique de sorte que, lors de la vulcanisation, le capteur soit totalement intégré au pneumatique. On peut par exemple utiliser comme matériau d'enrobage, une résine Epoxy E514 (EpotechnyTM> On a représenté sur les figures 8A, 8B les déformations qui s'appliquent sur un support de type clou lorsqu'une force F est appliquée sur la tige 50 au niveau du talon du clou. La force a une valeur de 2 N, ce qui correspond à une pression de 2 KPa sur le talon du clou. On suppose que la tête 51 du clou comporte des bras 51.1 à 51.4 comme sur la figure 7B et que les points d'ancrage 52 sont au niveau de l'extrémité des bras à l'opposé de la tige 51. La tige 50 a un axe principal dirigé selon l'axe y. Le support 10 ne comporte pas de partie réfléchissante. Sur la figure 8A, les forces sont appliquées selon l'axe y, elles sont dirigées selon l'axe principal de la tige 50. Sur la figure 8B, les forces sont sensiblement normales à l'axe principal de la tige 50. Chacun des bras 51.1 à 51.4 se comporte comme une poutre encastrée à ses deux extrémités à cause de la fixation à la tige 50 et des points d'ancrage 52. Dans le cas d'une membrane, les points d'ancrage peuvent prendre la forme d'une couronne. Sur ces figures, on s'aperçoit que les zones les plus contraintes sont celles situées à proximité des encastrements, c'est-à-dire soit près de la tige 50, soit vers la périphérie à proximité des points d'ancrage 52. C'est au niveau de ces zones que seront placées les jauges de contrainte.

Plus précisément, les transducteurs piézoélectriques 10 qui sont du côté de la tige 50 seront situés partiellement au droit de la tige 50 et ceux qui sont du côté d'un point d'ancrage 52 seront situés partiellement au droit d'un point d'ancrage 52. Il en est de même pour les parties réfléchissantes 40 puisqu'elles sont calées en regard des transducteurs piézoélectriques 10. La figure 9A montre une configuration du capteur C de force utilisé dans un élément de liaison au sol d'un véhicule, dans laquelle les jauges de contrainte J, c'est-à-dire les transducteurs piézoélectriques 10 et les parties réfléchissantes 40 enterrées dans la tête, sont situées à proximité des points d'encastrement 52, elles les surplombent partiellement.

La figure 9B montre une configuration du capteur C de force utilisé dans un élément de liaison au sol d'un véhicule, dans laquelle les jauges de contrainte J, c'est-à-dire les transducteurs piézoélectriques 10 et les parties réfléchissantes 40 enterrées dans la tête 51, sont situées à proximité de la tige 50, elles la surplombent partiellement. On montre par calcul que les contraintes sont maximales en ces points. Il est bien sûr possible de placer une ou plusieurs jauges de contrainte J à proximité de la tige 50 et une ou plusieurs à proximité de points d'ancrage 52 dans un même capteur. Avec deux jauges de contrainte utiles et une jauge de contrainte de référence qui serait placée dans une zone insensible aux contraintes, par exemple dans l'axe de la tige 50, on peut bien déterminer la nature et l'orientation des forces qui s'appliquent sur le support en mesurant l'évolution de chaque fréquence des jauges de contrainte utiles par rapport à celle de la jauge de contrainte de référence. Le changement de signe se répercute bien et sans ambiguïté pour une force radiale selon x. Les résultats montrent qu'il n'y a pas de différence particulière entre les deux positions près de la tige ou près des points d'ancrage. Ainsi c'est la difficulté technologique ou le choix d'une stratégie de détection spécifique qui présidera à la localisation des transducteurs. Pour détecter les trois termes de la contrainte tridimensionnelle recherchée selon x, y et z, on pourra utiliser au moins quatre jauges de contrainte et même cinq. Un tel nombre de jauges de contrainte peut se révéler critique pour une application en transpondeur à la fréquence centrale de 433,92 MHz compte tenu de l'étroitesse de la bande utile allouée autour de cette fréquence qui est de 1,74 MHz. Cela sera plus réaliste à la fréquence centrale de 2,44 GHz puisque la bande utile allouée s'étend sur 83,5 MHz, il sera plus facile de loger les fréquences des différents transducteurs piézoélectriques dans cette bande utile. Des calculs montrent qu'avec une tête en silicium monocristallin dont l'épaisseur est de 100 micromètres et une force selon x de 1 N appliquée sur le talon du clou, on peut escompter obtenir une contrainte moyenne de 7,5 KPa dans le matériau de la portion résonante entre le transducteur piézoélectrique et la partie réfléchissante. Cette distance correspond au parcours de l'onde acoustique. On précise que la partie réfléchissante est enterrée à mi-épaisseur de la tête. En tenant compte des valeurs de sensibilité aux contrainte du silicium on obtient une variation relative de fréquence de -3,3.10-8. Pour augmenter la sensibilité du capteur de force, on peut réduire l'épaisseur de la tête à 100 micromètres en laissant la partie réfléchissante enterrée à mi épaisseur. Avec une telle épaisseur la contrainte moyenne est de 37,5 kPa soit cinq fois plus que précédemment. On atteint une variation relative de fréquence de -1,65.10-7. En multipliant les dimensions d'un facteur deux, c'est-à-dire la surface de la tête, on gagne un facteur huit sur la contrainte moyenne et on obtient une variation relative de fréquence de -1,3.10- Le fait de placer la partie réfléchissante 40 enterrée dans le support 20 a pour avantage d'augmenter la sensibilité de la mesure de la contrainte et de protéger le capteur de force ainsi créé vis-à-vis de toute matière organique dont l'effet serait d'absorber l'énergie acoustique. La réalisation de la partie réfléchissante 40 est un facteur critique pour le fonctionnement du capteur dont le support est de type clou car il faut bien maîtriser l'épaisseur de la tête entre la tige 51 et les points d'ancrage 52 pour obtenir une sensibilité voulue. L'enterrement de la partie réfléchissante 40 permet d'isoler le transducteur piézoélectrique 10 du support 20 sous contrainte et de maintenir les qualités de la résonance optimale.

Le support, qu'il soit de type clou ou autre, peut être un MEMS en silicium et il est possible d'intégrer la ou les jauges de contrainte pendant le procédé de fabrication du MEMS du fait du faible encombrement et du matériau de base qui est courant. La partie réfléchissante peut être gravée aisément dans le silicium d'un premier substrat et le transducteur piézoélectrique rapporté sur un autre substrat qui sera assemblé au premier substrat.

Le fait que le transducteur piézoélectrique n'ait qu'une seule face exposée aux contraintes limite son vieillissement par rapport aux transducteurs piézoélectriques dont les deux faces seraient exposées aux contraintes.

Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention.20

Claims (23)

REVENDICATIONS

1. Elément de liaison au sol d'un véhicule équipé d'un capteur (C) pour mesurer au moins un paramètre physique, caractérisé en ce que le capteur comporte au moins une jauge de contrainte (J) de type structure résonante acoustique formée d'un transducteur piézoélectrique (10) solidaire d'un support (20) soumis à la contrainte, le support (20) logeant en regard du transducteur piézoélectrique (10) une partie réfléchissante (40) enterrée, pour réfléchir des ondes acoustiques de volume générées par le transducteur piézoélectrique (10) lorsqu'il est excité sur un mode harmonique de la structure, et qui se propagent dans le support (20), cette partie réfléchissante (40) étant placée à une distance du transducteur piézoélectrique (10) telle que l'intégrale de la contrainte sur la distance de propagation des ondes acoustiques de volume jusqu'à leur réflexion soit non nulle.

2. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon la revendication 1, dans lequel, lorsque le capteur (C) comporte plusieurs jauges de contrainte (J1, J2), le transducteur piézoélectrique (10) de chacune de ces jauges de contrainte est solidaire du même support (20).

3. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le support (20) comporte une fibre neutre médiane (30), la partie réfléchissante (40) étant située, au plusprofond, au niveau de la fibre neutre médiane (30) du support (20).

4. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon la revendication 3, dans lequel la fibre neutre médiane (30) est située à une profondeur par rapport à une face du support (20) sur laquelle est le transducteur piézoélectrique (10), la partie réfléchissante (40) étant située à une profondeur d'environ 80% de la profondeur de la fibre neutre médiane (30).

5. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le support (20) est réalisé à base de silicium, de langasite, de langanite, de langatate, de niobate de lithium, de saphir, de phosphate de gallium, de tantalate de lithium, de carbone diamant, de carbure de silicium, de verre, d'oxyde de silicium ou même d'un matériau métallique tel que l'acier inoxydable.

6. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le transducteur piézoélectrique (10) est réalisé à base de nitrure d'aluminium, de quartz, de niobate de lithium, de tantalate de lithium, de niobate de potassium, d'oxyde de zinc, de langasite et ses dérivés, de phosphate de gallium, d'arséniure de gallium, de nitrure de gallium, de PZT, de PMN-PT.30 38

7. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le transducteur piézoélectrique (10) est un transducteur à film piézoélectrique ou un transducteur piézoélectrique à ondes de volume conventionnel.

8. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie réfléchissante (40) est une cavité, un miroir de Bragg, un miroir réfléchissant les ondes acoustiques quelle que soit leur incidence.

9. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la partie réfléchissante (40) possède une taille et une forme sensiblement calquées sur celles du transducteur piézoélectrique (10).

10. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, la partie réfléchissante (40) a une épaisseur (E) sensiblement égale à environ dix pour cent de l'épaisseur (E) du support (20) au niveau du transducteur piézoélectrique (10).

11. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le transducteur piézoélectrique (10) est coiffé d'une couche d'adaptation d'impédance (60).30

12. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lorsque le capteur (C) comporte au moins deux jauges de contrainte (J1, J2), l'une des jauges de contrainte (J1) est destinée à être soumise à une contrainte en extension, l'autre jauge de contrainte (J2) du capteur est destinée à être soumise à une contrainte en compression, ces deux jauges de contrainte (J1, J2) permettant de faire une mesure différentielle de manière à être compensée vis à vis de sources de perturbations corrélées telles qu'une variation de température.

13. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capteur (C) comporte au moins une jauge de contrainte (J1), dite de référence, située dans une zone du support (20) soumise à sensiblement aucune contrainte.

14. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le support (20) est une poutre, une membrane, un clou, une lame.

15. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le support (20) est un clou avec une tige (50) surmontée par une tête (51) dotée de points d'ancrage (52) qui ont une position donnée par rapport à la tige (50) au repos et qui gardent cette position lorsque la tige (50) est sollicitée, une jauge de contrainte étant placée sur la tête (51) au voisinage de la tige (50) ou des points d'ancrage (52).

16. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le support (20) est une poutre encastrée à une extrémité et solidaire d'une masse sismique (80) à l'autre extrémité.

17. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une jauge de contrainte (J) est reliée à une antenne (8 5) . 15

18. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel deux jauges de contrainte (J1, J2) partagent une même partie réfléchissante (40), la partie réfléchissante 20 (40) étant insérée entre deux transducteurs piézoélectriques (12, 13).

19. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 25 le capteur (C) comporte en outre, solidaire du support, un capteur de température (61).

20. Elément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 30 le paramètre physique est un paramètre de roulage du 10/e SP 29913CS 41 véhicule tel une force, une pression, une vitesse, une accélération et éventuellement en plus une température.

21. Élément de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que c'est un pneumatique (1), une valve (V), une roue (2).

22. Liaison au sol d'un véhicule, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un élément (1) de liaison au sol d'un véhicule selon l'une des revendications 1 à 21.

23. Utilisation dans un élément de liaison au sol d'un véhicule d'un capteur (C) pour la mesure d'au moins un paramètre physique, dans laquelle le capteur (C) comporte au moins une jauge de contrainte (J) de type structure résonante acoustique formée d'un transducteur piézoélectrique (10) solidaire d'un support (20) soumis à la contrainte, le support logeant en regard du transducteur piézoélectrique une partie réfléchissante (40) enterrée, pour réfléchir des ondes acoustiques de volume générées par le transducteur piézoélectrique lorsqu'il est excité sur un mode harmonique de la structure, et qui se propagent dans le support, cette partie réfléchissante étant placée à une distance du transducteur piézoélectrique (10) telle que l'intégrale de la contrainte sur la distance de propagation des ondes acoustiques de volume jusqu'à leur réflexion soit non nulle.