JP2017513003A - 取得器、取得器の製造方法および力測定方法 - Google Patents

Abstract

取得器（２０）は、壁および変換器（２３）を備え、変換器は、互いに離間した複数電極（２５）が固定されたボディ（２４，３２４）を構成要素とする。変換器の電気的インピーダンス（Ｒ）は、変換器の変形に応じて変化する。壁の表面（３６）に垂直な方向に沿って観察したとき、複数電極のうちの少なくとも２つである複数の電極（２５）は、互いに離間している。変換器は、壁の表面（３６）の下に組み込まれている。【選択図】 図４

Description

本発明の第１の側面は、力センサと一体化されたときに力を検出および／または測定する変換器に関する；変換器では、加えられた力は、直接的には測定されず、変形を測定することにより測定される：力の作用により、変換器は変形する；この変形により、変換器における測定可能な大きさの変化が生じる；センサの測定部は、変化を検出および／または定量化し、変形を表し従って加えられた力を表す出力信号を送る。

当然ながら、そのような変換器は、変形の検出または測定にも用いられ得る。

そのような変換器およびセンサの第１の用途は、車道において静止しているまたは好ましくは車道を移動中の車両の重さを計量することにある。

車道上に車両があるときには、静止時においても移動時においても、車両のタイヤの下において車道は局所的に変形する。この変形、とりわけ車両の重さに基づくものである、は、センサまたはセンサのアレイによって検出および／または測定され得る。この変形の情報は、車両の車輪の存在を検出して車道上に存在するまたは車道上を移動している車両の車輪の数を特定したり、車両の速度および／または移動方向を特定したり、車両の重さを特定したりするために解釈（interpretees）され得る。

第２の用途は、車両がいないときに取得されたり複数の車両の通過後に集めらたりした１または複数のセンサからの１または複数の測定結果おける任意の変動（drift）を分析すること等によって、車道における不可逆な変形の監視、亀裂の検出および／または亀裂の予測等、車道の状態の監視を行うことにある。

本発明の第１の側面の背景
多くの変形センサまたは力センサが、車道上で静止または移動している車両の重さを計量したり、車道の状態を監視したりする用途のために、開発されている。

一部のセンサでは、変換器は、複数の電極が固定されたボディを構成要素としており、該ボディは、材料であって一対の電極が該材料に固定されたときに電極間の抵抗が該材料の変形に応じて変化する材料（すなわちピエゾ抵抗材料）でできている。

このようなセンサの特徴は、測定されるべき力が加えられる方向に対して直交するボディの面すなわち該方向に対して垂直なボディの面のうちボディの両側の位置に電極が固定されていることである。

力が変換器に加えられると、ボディはこの方向に変形する；その結果、加えられた力に直交する面における電極間で測定される抵抗が変化する；この抵抗の変化がセンサによって検出および／または測定され、所望の情報がもたらされる。

上記のような変換器は、例えば、「インテリジェントコンクリート」または「インテリジェントアスファルト混合物」すなわちナノ粒子が充填されておりピエゾ抵抗の挙動を示すコンクリートまたはアスファルト混合物でできて（sous forme de）いてもよい。また、変換器は、ピエゾ抵抗ポリマーでできていてもよい。

ピエゾ抵抗テープでできた変換器、具体的には、ポリマー、セラミクスおよびピエゾ抵抗結晶材料に基づく変換器もある。

しかし、これらの様々な変換器は、変換器の各々が以下の問題を少なくとも部分的に引き起こすため、全く申し分がないというわけではない：
・変換器の設置に長期間かかることと、これにより車道が長時間利用不可能となること；
・中長期的に見て上記変換器の信頼性に欠けること、原因は、変換器および充填物の材料と車道の材料との間の非親和性と、変換器が非常に大きい繰り返しのストレスに曝されることとにある；
・変換器の使用による車道の損傷、変換器の高さは無視できないのである、このことによりセンサ近傍における車道の寿命が短くなる；
・変換器の低い精度、精度は、車両の速度および車両が進む経路ならびに温度および湿度の変化によって影響される；
・そして、変換器の価格および変換器の車道への設置のコストの両方に起因する高コスト。

本発明の第１の側面の目的および概要
本発明の第１の目的は、上述の欠点の全部または一部をなくすまたは小さくすることができる変換器を提供すること従って変形または力センサを提案することである。

この第１の目的は、壁および変換器を備え、変換器は、ボディと、ボディに固定され互いに離間した複数電極とを構成要素とする取得器であって；変換器は、複数電極から特定される電気的インピーダンスが変換器に与えられる変形に応じて変化するようなものであり、壁の表面に垂直な方向に沿って観察したとき、複数電極のうちの少なくとも２つである複数の電極は、互いに離間し；変換器は、壁の表面の下に組み込まれている、取得器によって達成される。

「壁」という用語は、自由面、すなわち片側に流体が存し具体的には大気が存する表面、によって規定されるボディ（または一連のボディ）を指すために用いられる。壁は、織物のように柔軟であってもよい。壁は、平坦でなくてもよい。

変換器が壁の表面の下に組み込まれているという事実は、第１に、壁の表面に垂直な方向に沿って観察したときに壁が変換器を覆っている（entoure）ことを意味し、第２に、変換器が壁の表面に対して壁側に配置されていることを意味する（ただし、変換器は、壁の表面によって規定されるものであってもよい）。

この文書で言及される唯一のインピーダンスは、電気的インピーダンスである；従って、以下では、電気的インピーダンスは単に「インピーダンス」と称される。

複数電極から特定されるインピーダンスは、電圧と電流との間の少なくとも１つの比率に応じた大きさ（grandeur）である；該少なくとも１つの比率における各比率用に、複数電極における第１の一対の電極の間において電圧が測定され、複数電極における第２の一対の電極に電流が印加される。第１の一対の電極および第２の一対の電極は同一であってもよく異なっていてもよい。

通常、インピーダンスは、単一対の電極についての電圧と電流の比率に等しい。

また、「インピーダンス」という用語は、電圧に応じて電流をプロットした（または、電流に応じて電圧をプロットした）（直線の）グラフ（courbe）の（例えば、線形回帰によって特定される）平均傾きに等しい“平均抵抗”を指すものであってもよい。

先に定義した取得器では、壁の表面は、検出または測定されるべき力を受ける表面を含む。

壁の表面にこの力が加えられると、変換器の変形が生じる。この変形は、電極間における測定可能な電気的インピーダンスの変化を生じさせる。（電極間のインピーダンス変化を測定することによって）変換器の変形を測定することにより、壁に加えられた力を測定することが可能となる。

取得器は、先に定義したタイプの複数の変換器を有していてもよい。

従来用いられていた変換器とは異なり、本発明の取得器では、変換器の電極は力が加えられる方向に並んでおらず、その代わりに、壁の表面に垂直な方向に沿って観察したときに少なくとも１対の電極が離間している：すなわち、この方向に沿って観察したとき、２つの電極は、重複しておらず、まとまっていないように見える。有利なことに、この構成により、少なくともこれらの電極を表面に垂直な方向について同一レベルに配置することが可能となり、従ってこの方向について取得器をよりコンパクトまたは極めてコンパクトにすることが可能となる。

例えば、取得器は、ごくわずかに入り込んだ態様で車道の表面に含まれ得る。

以下、取得器については、「厚さ」という用語は、壁の表面に垂直な方向に関する取得器の寸法を指すために用いられ、この方向は「垂直方向」と称される。

通常、本発明の変換器のボディの厚さは小さい。

変換器が壁の表面に配置されることは必須でない；変換器は、該表面から離れた位置にあってもよい。

従って、本発明の一実施形態では、取得器は、壁の表面から変換器を離間させる伝達層をさらに備えていてもよい。変形時には、この伝達層は、対応する変換器の変形であって壁の表面に加えられた力を表す変形をもたらす。

好ましくは、伝達層は、表面の側、変換器が水平に配置されている場合には上面の側、に位置する変換器の面に接着する。

好ましくは、伝達層は、垂直方向に関する変換器のボディの寸法の３倍よりも大きい厚さを有している。

伝達層は、積層されたものであってもよく、少なくとも２つの副層でできていてもよい。

具体的に、伝達層は、具体的には力が加えられる方向に垂直な横断面で変形するよう構成されていてもよい。この場合、伝達層は、加えられた力を、この横断面で生じる変換器の「横断的な」変形へと変換する；この横断的な変形は、電極間における測定可能なインピーダンス変化を生じさせる。

伝達層は、加えられた力により垂直方向の変換器の変形が生じるように構成されていてもよく、変換器は、この変形により電極間における測定可能なインピーダンス変化が十分に生じるように構成され得る。

伝達層は、両方の作用を兼ね備えるように構成されていてもよい。

伝達層および壁は、同一材料、具体的にはアスファルト混合物、でできていてもよい。なお、この文脈では、「壁」という用語は、壁の部分であって（垂直方向に沿って観察したときに）変換器を覆っているものを指す。

具体的には、伝達層および壁は、一体的に形成されていてもよい。伝達層および壁が一体的に形成されているとは、伝達層が、変換器を覆っている壁の部分の材料と連続して形成されていることを意味する。また、変換器が壁に形成された穴の内部に配置される場合には、伝達層は、壁が形成された後に供給された材料でできている。

先に定義した取得器は、センサ、具体的には変換器の変形および／または壁に加えられた力を検出または測定するセンサ、の作製に用いられ得る。

センサは、（力そのものではなく）壁の表面に加えられた力の変化を示すように構成されていてもよく、通常、この変化は、変換器のインピーダンス変化に応じて特定される。

その場合、センサは、先に定義した少なくとも１つの取得器と、少なくとも１つの取得器の少なくも１つの変換器の電極に接続されたインピーダンス特定システムと、を有しており、少なくも１つの変換器のインピーダンスおよび／またはインピーダンス変化を特定するように構成される。

具体的には、センサは、アレイ状に配置された１連の変換器と、任意の所与の瞬間においていずれの変換器が駆動されているまたはストレスに曝されているのかを識別するように構成された手段と、を備えていてもよい。そのような変換器のアレイを含むセンサは、車両の速度および／または移動方向を測定するのに用いられ得る。具体的には、変換器は、行および列をなすようにすなわちマトリクス状に配置されていてもよい。

一実施形態では、センサは、センサの厚さ方向について上下に配置された２つの（または２つよりも多くの）変換器を含んでいてもよい。

この場合、具体的には、取得器の壁の表面に垂直に観察したとき、様々な変換器のそれぞれの電極は、様々な向きを向いていてもよく；例えば、この視点においてそれぞれの電極は９０°をなしていてもよい。

インピーダンス特定システムは、抵抗を特定するシステムであってもよく、電極間の抵抗および／または抵抗変化を検出および／または定量化するオーム計を主な構成要素としていてもよい。

別の実施形態では、インピーダンス特定システムは、電極間の複素インピーダンスの値を求めるものであり、この値は、例えば電極間の材料のキャパシタンスおよび比誘電率を特定することを目的に、周波数または予め規定された周波数に応じて求められ得る。

センサは、１または複数の変換器のインピーダンスおよび／またはインピーダンス変化に基づいて、１または複数の変換器の変形および／または壁に加えられた１または複数の力を特定する相関システムを備えていてもよい。

インピーダンス特定システムにより送られた情報に基づいて、相関システムは、１または複数の変換器の変形または壁の表面に加えられた１または複数の力と量的または質的な相関性があるアナログまたはデジタルの出力信号を生成する。電極間のインピーダンスまたはインピーダンス変化と出力信号（変形または加えられた力を表すと考えられる）との間の相関は、事前のキャリブレーション工程および／または取得器の（電気機械的）物理モデルによって特定される。

センサは、車道またはセンサを受ける材料の変形状態、具体的には車道の不可逆変形、を検出するセンサであってもよく、亀裂の予測的な検出（detection anticipee）のためのシステムを有していてもよい。例えば、センサは、先に定義した少なくとも１つの取得器を備えていてもよく、１または複数の変換器の電極に接続されたオーム計を有していてもよく、先に定義したマトリクス状の変換器を有していてもよい。例えば、センサは、車両がいないときに取得されたり複数の車両の通過後に集められたりした１または複数のセンサからの測定結果おける任意の変動（drift）を分析することによって、動作する。

センサは、材料上を移動する物体の速度および方向を検出するセンサであってもよく、先に定義した少なくとも１つの取得器を備えていてもよく、１または複数の変換器の電極に接続されたオーム計を有していてもよく、好ましくは先に定義したマトリクス状の変換器を有していてもよい。

本発明の取得器またはセンサは、局所的な力（スポット圧力）を検出することにも分散した力を検出することにも同様に用いられ得る。

上述のように、通常、変換器の厚さは小さい。通常、変換器のボディは、電極に接続された、層または１（または複数）の筋もしくは帯（fil(s) ou bande(s)）の形状を有している。

例えば、変換器のボディは、薄い層、すなわち、変換器のボディの他の２つの特徴的な寸法のうちの少なくとも１つの１／１０よりも厚さが小さい層を構成していてもよい。具体的には、この層の厚さは、１ミリメートル（ｍｍ）よりも小さくてもよく、好ましくは０．５ｍｍよりも小さく、さらには０．１ｍｍよりも小さい。

通常、電極は、表面に垂直な方向について、変換器のボディに対して同一レベルとなるように配置される。例えば、電極は、表面の側に位置する変換器のボディの面、表面の反対側に位置する変換器のボディの面、またはこれらの間の共通レベルの位置にある面、に配置され得る。

取得器が「水平に」すなわち取得器の壁の表面が水平となるように配置されている場合（これは、本発明の取得器を実装する様々な可能性のうちの１つである）、これらの面は変換器のボディの上面および下面である。通常、以下では、要素が変換器のボディに対して壁の表面の側に位置している場合には要素は「上の」要素と称され、反対側に位置している場合には「下の」要素と称される。

上述のように、本発明の重要な用途は、車両の重さの計量または車道の変形の測定である。

取得器は、車道の表面の下に埋め込まれる。取得器の小さな厚さにより、取得器がわずかに入り込むように埋め込まれることが可能となる。以下でより詳細に説明するように、取得器は、アスファルト混合物と親和した材料を用いて作製され得る。

通常、車道に埋め込まれた取得器は数々のストレス（気候的なもの、機械的なもの・・・）に曝され得るが、有利なことに、本発明の取得器は、長い寿命を有し得る。

当然ではあるが、取得器または取得器を組み込んだセンサは、表面上の物体（または人間、動物等）の存在および重さの検出に用いられたり、表面に加えられ得る任意の力の検出に用いられたりし得る。

変換器の寿命および精度を向上させるために、変換器は、変換器のボディと変換器のボディに隣接する表面との間に介在し、変換器のボディおよび隣接する表面に接着している接合層をさらに備えていてもよい。具体的には、この隣接する表面は、上述の伝達層の表面であってもよい。この場合、接合層は上接合層であり、伝達層と変換器のボディとの間の密接な接合がもたらされる。

この隣接する表面は、変換器をその下側で支持する支持面であってもよい；この場合、接合層は、下接合層であり、ピエゾ抵抗体（corps piezoresistif）と支持面との間に配置される。

変換器は、下接合層および上接合層の両方を有していてもよい。

一実施形態では、変換器は、横断方向に直交する第２の方向において互いに離間した第２の一対の電極を有している（横断方向は、上述の一対の電極であって第１の一対の電極と称される一対の電極における電極が離間する方向である）。第２の一対の電極により、追加の測定が実現可能となり、これにより、ピエゾ抵抗体のインピーダンスの変化に関してより知ることが可能となり、さらには、その変形の状態についてより知ることが可能となる。

一実施形態では、変換器は、多角形における平行な辺の対を複数構成する複数対の電極を有している。多角形における互いに平行でない辺は、異なる長さを有していてもよい。電極に関する選択された方向および形状のおかげで、複数対の電極により、変換器の抵抗についてより知ることが可能となり、さらには、変換器のボディの変形の状態についてより知ることが可能となる。

電極は、以下の改善に基づく利益の全部または一部を享受し得る：
・一対の電極は、変換器の抵抗を小さくし変換器の感度を高めるために、インターリーブされた（すなわち、２つの互いに噛み合わされた櫛形状部（deux peignes imbriques）を形成している）電極を構成要素としていてもよい；
・電極のうちピエゾ抵抗体に接触している部分は、実質的に平坦であってもよい；
・電極のうちピエゾ抵抗体に接触している部分は、１つの細いワイヤでできていてもよく、または、定ピッチ（reguliers）であってもよい櫛形状もしくはグリッドを構成する細いワイヤのアレイでできていてもよい；
・電極は、剛直であってもよく、例えば、ピエゾ抵抗体の曲げ弾性率（module de flexion）に比べて顕著に大きい（少なくとも２倍の）曲げ弾性率を有する材料でできていてもよい。この構成により、壁の表面に垂直な変形に対する変換器の精度を高めることが可能となる；
・電極は、柔軟であってもよく、例えば、ピエゾ抵抗体の曲げ弾性率と同等または同弾性率に比べて小さい曲げ弾性率を有する材料でできていてもよい。この構成により、変換器のロバスト性を高めることが可能となる。

様々な材料が、ピエゾ抵抗体の作製に用いられ得る。

壁の表面に加えられた力の測定を可能とするためには、電極間つまり横断方向におけるピエゾ抵抗体のインピーダンス（すなわち、通常はピエゾ抵抗体の電気的抵抗）が、加えられる力に応じて変化すること、好ましくは大きく変化することが必要である。

変換器の作製には、具体的には、以下の１または複数の特徴を有するボディおよび電極を利用することができる：
・壁の表面に垂直な方向の力が取得器に加えられると、変換器は、主としてまたは本質的に、壁の表面に垂直な方向に変形し、複数電極に属する複数の電極の間で測定されるインピーダンスが変化する。

このインピーダンス変化は、材料が垂直方向に変形しない場合にも生じ得る。
・壁の表面に垂直な方向の力が取得器に加えられると、変換器は、主としてまたは本質的に、壁に実質的に平行な方向な面において変形し、複数電極に属する複数の電極の間で測定されるインピーダンスが変化する。

「主として」（または本質的に）ある方向に発生する変形は、該方向に対して４５°よりも小さい（または２０°よりも小さい）角度を形成する方向に材料におけるポイントが移動することを意味する。上述の特徴は、変換器のボディを形成するピエゾ抵抗材料の適切な選択によって、および／または、適切な剛性を有する電極の選択によって、得ることができる。

一例に係る変換器が有する特徴を、以下に示す。

変換器のボディは、様々な異なる化学組成を有していてもよい。

一実施形態では、変換器のボディは、マイクロ粒子および／またはナノ粒子のパーコレーティングアレイ（reseau percolant）を備えている。ここでは、「マイクロ粒子」という用語は、少なくとも１つの特徴的な寸法が１００マイクロメートル（μｍ）よりも小さい粒子を指すために用いられており、「ナノ粒子」という用語は、少なくとも１つの特徴的な寸法が１００ナノメートル（ｎｍ）よりも小さい粒子を指すために用いられている。

上述のマイクロ粒子および／またはナノ粒子は、具体的には、以下のリストから選択される１または複数の粒子を備えていてもよい：
ａ）カーボンナノチューブ、具体的にはランダムにまたは秩序立って配列したもの；
ｂ）自己組織化した（auto-assemblees）マイクロ粒子またはナノ粒子；および
ｃ）グラフェン、グラファイト、または還元型であってもよい酸化グラフェンのシート。

パーコレーティングアレイは、粘土の粒子を含んでいてもよく、一部の粒子は、導電性物質に少なくとも部分的に覆われた外表面を有していてもよい。

変換器のボディは、ピエゾ抵抗ポリマー（polymere piezoresistif）、複数のピエゾ抵抗ポリマーの混合物、アスファルト等の少なくとも１つのポリマーと導電性のあるマイクロ粒子またはナノ粒子との混合物（マイクロ粒子またはナノ粒子とのポリマー複合物を構成する）、または、セメント材料とマイクロ粒子またはナノ粒子との混合物（「インテリジェントセメント」または「インテリジェントコンクリート」と称されることがある）を備えていてもよい。

また、本発明は、先に定義した取得器であって帯に固定された取得器を複数備えたテープを提供する。帯は、柔軟なポリマーでできていてもよい。具体的には、帯は、リールまたはロールとしてパッケージできるように構成されていてもよい。上述のように、帯は、伝達層および／または取得器を保護または支持するための支持面を有する層として機能し得る。

また、本発明は、先に定義した力センサが設けられた少なくとも１つの車線を有する検査所、例えば料金所、を提供する。

また、本発明は、変化する情報を表示することができ、先に定義した取得器を少なくとも１つ含むディスプレイ、例えばタッチスクリーン、を提供する。

また、本発明は、以下の工程を備えた力の測定方法を提供する：
ａ）ボディと該ボディに固定され互いに離間した複数電極とを構成要素とする変換器であって、変換器に与えられる変形に応じて複数電極から特定される電気的インピーダンスが変化するようになっている変換器を提供する；
ｂ）ある方向であって該方向に沿って観察したときに複数電極のうちの少なくとも２つである複数の電極が互いに離間することとなる方向の力を変換器に加える；および
ｃ）加えられた力の作用によるインピーダンス変化を測定する。
ｄ）インピーダンス変化に応じて加えられた力を特定する。

工程ｄ）は、変換器の変形と変換器に加えられる力との間の関係に関する事前の知識を用いて行われる。

なお、力は、直接的または間接的に変換器に加えられ得る。例えば、変換器が伝達層（力伝達層）の下に配置され、力が伝達層に加えられこの力の一部が伝達層を介して変換器に伝達されてもよい。

本発明の第２の目的は、壁に組み込まれた変換器を作製する方法であって、変形および力を検出および／または測定する目的で、変換器、特に車道に加えられる力を測定する力センサにおいて利用可能な変換器、を壁にシンプルに組み込むことを可能とする方法を提供することである。

この目的は、壁および変換器を備えた取得器を製造する方法であって以下の工程を備えた方法により達成される：
ａ）複数電極をボディに接触する位置に配置する、ボディおよび複数電極は、複数電極に関連付けられたボディに与えられた変形に応じて複数電極から特定される電気的インピーダンスが変化するようなものである；
・ボディおよび複数電極は変換器を構成する；
ｂ）壁を形成する；および
工程ａ）およびｂ）は、変換器が壁の表面の下に組み込まれ、かつ、表面に垂直な方向に沿って観察したときに複数電極のうちの少なくとも２つが互いに離間するように、行われる。

具体的には、この方法は、壁が地面または地面の壁であるときに行われ得る。

好ましくは、この方法では、工程ｂ）は、工程ａ）の後すなわち変換器を作製した後または変換器を壁の表面の下に組み込んだ後に行われる。

工程ａ）は、２つの副工程：ａ１）電極の配置；ａ２）変換器のボディの形成、を備えていてもよい。

変換器のボディが電極の上である場合には、これら２つの副工程はａ１）、ａ２）の順で行われることができ、逆の場合には、ａ２）、ａ１）の順で行うことができ、具体的には電極が変換器のボディの内部である場合には、同時に行うことができる。

工程ｂ）の終了時には、変換器のボディの上表面が壁の表面を構成している。この方法により、本発明に係る、壁に組み込まれた変換器を備えた取得器を得ることが可能となる。

具体的には、本方法の工程ｂ）は、変換器上への伝達層の堆積を含んでいてもよい。好ましくは、この伝達層は、変換器に接着するように構成されている。

変換器を作製する上述の方法は、工場で行われてもよい；この場合、変換器は予め作製される。具体的に、工程ａ）で形成される変換器のボディは、テープ、テープは例えばプラスチック材料でできている、の上表面に形成できる。

また、変換器は、現場で作成または壁に一体化させてもよい。この場合、具体的には、方法は、地面に組み込まれた変換器を作製するのに用いられ得る。壁を形成する上述の工程ｂ）は、変換器を覆う地面上への表面層の堆積であってもよい。例えば、表面層は、アスファルト混合物層（骨材とアスファルトコンパウンドバインダの混合物）であってもよい。

この場合、方法は、車道の敷設の方法に組み込まれ、１つの（または複数の）取得器を車道に組み込むことを可能とする。

つまり、本発明はまた、車道を敷設する方法であって以下の工程を備えた方法を提供する：
Ａ）支持面を準備する；および
Ｂ）先に定義した方法によって形成される取得器を車道が含むように、支持面上に、少なくとも１つのアスファルト混合物層を、該層に少なくとも１つの変換器を組み込みつつ堆積させる。

本発明の範囲内において、アスファルト混合物層は、車道の作製に適した他の材料、例えば、水硬性バインダが結合した骨材、アスファルトバインダ等、を構成要素としていてもよい。

本方法により、１または複数の変換器が組み込まれた車道を作製することが可能となる。

具体的に、準備工程Ａ）は、存在する車道の上層を下地処理するもしくは削り取るものであってもよく、または、通常はアスファルト混合物層である下車道層を堆積させるものであってもよい。

好ましくは、工程Ｂ）において堆積するアスファルト混合物層は、車道の通常の敷設または修理の際に堆積する車道の上層である。通常、このような車道の上層は、変換器の片側において少なくとも１０メートルの長さにわたって車道の移動方向に延びている。車道が敷設されつつ変換器が配置または作製される場合には、有利なことに、変換器の設置は、車道に溝を掘り溝内に変換器を埋める事前工程なしで行われる。

本方法の一実装例では、工程Ａ）は、自身の上表面が支持面を構成する下アスファルト混合物層の堆積を備える；下アスファルト混合物層および少なくとも１つのアスファルト混合物層の厚さは、変換器がアスファルト混合物層の合計厚さの１５％〜５０％の範囲にある深さに位置することとなるようなものである。

また、好ましくは、少なくとも１つのアスファルト混合物層の厚さは、車道におけるアスファルト混合物層の合計厚さのほんの一部（１／１０よりも大きい）である。

有利なことに、車道を敷設する方法により、（具体的には、成形性の点、寿命の点、障害となる異物の不存在という点で）車道の材料を覆うことに対する良好な適合性が得られ、これにより、全体的な耐久性を改善させるための測定器と車道の残部との間の結合を省略することまたは安定な結合を実現することが可能となる。

本方法はシンプルに実行され、このため、車道が利用不可能となることが最小限になり、工場において非常に低コストで変換器を作製することもオンサイトで実行がシンプルな工程を用いて直接的に変換器を作製することも可能となる。

そして、本方法は、検討対象の道路の監視に関する問題にも適合したものであり得る。変換器は、ミリメートルからメートルの特徴的なサイズを有し得る；変換器の感度は、ピエゾ抵抗材料および電極の層の数の適切な選択により最適化され得る。また、変換器を流れる電流はシンプルかつ安価な態様で調整され得るため、１つのセンサが組み込まれた多数の変換器の同時利用が容易となり、例えばマトリクス状に配置されることが容易となる。

本発明の第２の側面は、変換器を作製するのに適した材料に関する。

具体的には、変換器は、電気的インピーダンスタイプの変化する電気的な大きさ、具体的には抵抗または抵抗率、を示す変換器であってもよく、この大きさは、検出および／または測定されるのに適しており、変換器は、変換器に加えられるストレス、例えば力または変形、の作用により大きさが変化するように構成される。

本発明の第２の側面の背景
上述のタイプの変換器の作製に適した材料の知られたグループは、ピエゾ抵抗材料である。具体的には、ピエゾ抵抗材料は、カーボンナノチューブに基づく構成要素を含んでいる。カーボンナノチューブは、マトリクス中で分散しパーコレーティングアレイを構成していてもよく、これにより、導電性という特性が与えられ、ある状況においては、マトリクスのピエゾ抵抗性（piezoresistivite）という特性が与えられる。ただし、カーボンナノチューブのコストは高い。

本発明の第２の側面の目的および概要
本発明の第２の側面の目的は、上述のタイプの変換器の作製に適した低コストの材料を提案することである。

この目的は、導電性カーボンファイバー要素と混合された複数の粘土粒子であって導電性物質に少なくとも部分的に覆われた外表面を有する粘土粒子を有する複合材料によって達成される。

２０℃でのオーム・メートル（Ω・ｍ）における抵抗率ρ（resistivite ρ en (Ω・m) a 20 ℃）が１００Ω・ｍよりも小さい場合に、材料または物質は導電性であるとする。導電性カーボンファイバー要素および導電性物質の導電率は、好ましくは０．１Ω・ｍよりも小さく、より好ましくは０．０１Ω・ｍよりも小さい。

このようにしてコートされた粘土粒子および導電性カーボンファイバー要素の導電性により、上記のように定義された材料は、有利なことに、インピーダンスを表し具体的には（限定されないが）抵抗を表す、変換器に力が加えられたときに変化する所望の質を示す。

有利なことに、この材料の質は、低コストの構成要素を用いて得られる：
・カーボンファイバー要素、１キログラム当たりの価格は高いが、ごく少量が用いられ得る；および
・導電性物質および粘土の粒子、これらは、非常に低価格の構成要素であるまたはあり得る。

また、以下で詳細に説明するように、材料は、非常に薄い層の形状を有する場合であっても、所望の特性を示す。つまり、大面積の変換器を作製するのに小体積の材料で足りる。

以下の様々な改善が、単独でまたは任意に組み合わさって、本発明の第２の側面に係る複合材料に適用され得る：
・例えば、導電性物質は、ｓｐ２混成の炭素原子によって大部分が占められた物質であってもよい（ｓｐ３構造の炭素原子に基づく材料とは異なり、ｓｐ２混成の炭素原子に基づく材料は導電性である）；
・好ましくは、導電性物質は、グラフェン状の物質、すなわち、大部分がグラフェンまたはグラフェンタイプの材料でできている物質である。つまり、炭素原子の単一層のみを備えた材料でできていることは必須ではない；
・導電性物質は、平均厚さが１０μｍよりも小さい粒子の表面において層を形成していてもよい；
・カーボンファイバー要素は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、および／または、カーボンファイバーを備えていてもよい；および／または
・粘土は、繊維状粘土、すなわち、セピオライトおよび／またはパリゴルスカイトであってもよい。

一実施形態では、粘土粒子は、材料が国際公開第２０１２／１６０２２９号の請求項１〜１２のいずれか一項で定義されている構成要素を構成するように、導電性物質の層に少なくとも部分的に覆われている。

また、本発明は、上述の材料（材料は、上述の改善の一部または全部の利益を享受するものであってもよい）でできたボディを構成要素とし、複数電極がボディに固定され複数電極が互いに離間している変換器を提供する。

変換器に変形が与えられたとき、例えば変換器に力が加えられたとき、電極間の電気的インピーダンスが変化する。

好ましい実施形態では、変換器のボディは層を形成しており、複数電極における少なくとも一対の電極は、層の平面に実質的に存する横断方向について、互いに離間している。

層の厚さは、１ｍｍよりも小さくてもよく、０．１ｍｍよりも小さくてもよい。

また、本発明は、変化する情報を表示することができるディスプレイであって、上述の少なくとも１つの変換器、具体的にはより好ましい上述の実施形態を用いて作製される変換器、を含む表示面を有するディスプレイを提供する。

また、本発明は、力を検出および／または測定する方法であって、先に定義した変換器、具体的には上述の好ましい実施形態を構成する変換器、が用いられ、変換器に力が加えられたときに生じる変換器の電極間で特定される電気的インピーダンスの変化を検出および／または測定する方法を提供する。

本方法は、具体的には、電気的インピーダンスの変化が加えられた力の作用による変換器の抵抗または抵抗率である場合に用いられ得る。

また、本発明は、材料を調製する方法であって、以下の工程を備えた方法を提供する：
ａ）導電性カーボンファイバー要素を提供する；
ｂ）極性液体溶媒において上記要素と粘土の粒子と混合する；
ｃ）炭化することで導電性物質に変化し得る有機化合物を添加する；
ｄ）上述のようにして得られた混合物に対して炭化の熱処理を行う。

一実施形態では、工程ｃ）において添加される有機化合物は、炭化することにより大部分がｓｐ２構造の炭素原子でできた物質に変化し得る物質であり、より具体的にはグラフェン状の物質に変化し得る物質である。

工程ｃ）において添加される有機化合物は、工程ｄ）において粘土粒子の表面に導電性物質の層を形成することを可能とする前駆体成分である。

「炭化」という用語は、酸素なしで加熱することを指すために用いられる。

具体的に、極性液体溶媒は、水、メタノール、エタノールおよび／またはプロパノールに基づいたものであってもよい。

具体的に、有機化合物は、バイオポリマー、糖および／またはカラメルであってもよい。

例えば、バイオポリマーは、キトサン、アルギン酸、ペクチン、グアーガムセルロース（cellulose de gomme de guar）、ゼラチン、コラーゲン、ゼイン、ＤＮＡ、またはこれらの任意の組み合わせであってもよい。

炭化の熱処理により、有機化合物は分解して粘土粒子上で凝集し、粘土粒子の表面が導電性物質の層に少なくとも部分的に覆われる。

有利なことに、工程ｂ）からカーボンファイバー要素（具体的にはカーボンナノチューブであってもよい）が粘土粒子に取り込まれるものの、カーボンファイバー要素は破壊されず、カーボンファイバー要素の特性は工程ｄ）の熱処理によって影響されない。

このように、先に定義した方法により、粘土粒子の分散性の利益を享受することができ、カーボンファイバー要素を均一に分散させることが可能となる。

上述のように、有利なことに、得られた材料では、カーボンナノチューブの導電性およびピエゾ抵抗性は、粘土粒子上に形成された導電層の電気導電性に関連付けられている。

先に定義した材料を調製する方法の一実装例では、工程ｂ）において、上述の要素は、具体的には音波破砕（sonication）すなわち粒子を超音波に曝すことにより、粘土粒子と混合され得る。

有利なことに、ごく少量のアクティブ材料（カーボンファイバー要素）を通常は非常に厚さの小さい薄層のみで用いることにより、変換器および製造方法のコストは非常に小さくなる。

非限定的な例として挙げられている以下の実施形態の詳細な説明を読むことにより、本発明はよく理解でき、本発明の利点はより明らかになる。説明では、以下の添付図面が参照される。

図１は、車道（図示せず）に組み込まれた、本発明の第１の実施形態に係るセンサを示す斜視図である； 図２は、図１に示すセンサの部分斜視図である； 図３は、図２に部分的に示す取得器が組み込まれた車道の断面図であり、車両がいないときのものである； 図４は、図３と同様の車道の断面図であり、車両が通っているときのものである； 図５は、本発明の取得器における電極間の距離と抵抗の変化のグラフをプロットしたダイヤグラムである； 図６は、本発明の取得器が設けられた車道であって２つの変換器を有する車道の断面図である； 図７は、本発明の取得器が設けられた車道であって３つの変換器を有する車道の斜視図である； 図８は、本発明の車道の敷設方法において行われる工程を示す線図である； 図９は、図８に示す方法を実装することによって得られる車道の断面図である； 図１０は、本発明の別の実施形態における取得器を上方から観察した部分的な線図である； 図１１は、本発明の別の実施形態における取得器を上方から観察した部分的な線図である； 図１２は、図１１の取得器において、電極対の間隔に応じた電極対間の抵抗のグラフをプロットしたダイヤグラムである；

様々な実施形態において、同一または類似の要素に、同一の参照符号が付されている。

以下、本発明の第２の側面に係る複合材料、先に定義した変換器の作製に特に適しているがこの用途のみに限定されるわけではない、について説明する。

複合材料は、カーボンファイバー要素と混合された粘土の粒子を備えており；粘土の粒子は、好ましくはグラフェン状のものである導電性物質に少なくとも部分的に覆われた外表面を有している。

「カーボンファイバー要素」という用語は、単層カーボンナノチューブおよび／または多層カーボンナノチューブを指し、カーボンファイバーも指す。

通常は、グラフェン状の物質は、粒子の表面上または少なくとも一部の粒子の表面上において、薄い層を形成する。具体的に、この層の平均厚さは、１０μｍよりも小さくてもよい。以下、この層の構成要素について、複合材料の層を作製する方法を説明しながらより詳細に説明する。

有利なことに、粒子の表面に導電性物質の層が存在することで、このようにして覆われた粒子は導電性となっている。

例えば、この特性は、走査型電子顕微鏡を用いて確認できる：走査型電子顕微鏡によって導電性物質が観察された場合、本明細書において導電材料の典型例とされているグラフェン等で見られるように、その表面に電子が顕著に蓄積することはない。

具体的に、粘土は、繊維状粘土すなわちセピオライトおよびパリゴルスカイトから選択され得る。

知られた態様では、カーボンファイバー要素は、電気導電性を有するパーコレーティングアレイ（reseaux percolants）を作る。有利なことに、上述の材料により、カーボンファイバー要素の導電性の良質さおよびパーコレーションの良質さの利益を、大量のそのような要素を用いることを必須とすることなく享受することができる。粒子は導電性物質に少なくとも部分的に覆われているため、先に定義した複合材料においては、電気導電性の大部分はカーボンファイバー要素ではなく粒子によってもたらされている。

カーボンファイバー要素が粘土の粒子間において拡散することを考慮すると、材料においてカーボンファイバー要素は小さい比率を占めるに過ぎないため、少量のカーボンファイバー要素を用いることができる。

さらに、有利なことに、先に定義した複合材料は、薄い層（例えば、数十マイクロメートルの厚さを有する層）で用いられることができ、このようにすれば、用いられるカーボンファイバー要素の量が制限されるのは明らかである。

例えば、先に定義した複合材料でできたボディは、以下の２つの工程により作られ得る：
・複合材料を作製する、複合材料は粉末の形態で得られる；および
・材料を表面上に堆積させ、当該表面上に複合材料のボディを作製する。

複合材料の作製
複合材料は、以下の工程によって作られ得る：
ａ）カーボンナノチューブ（および／または直線状カーボンファイバー）を提供する；
ｂ）極性液体溶媒を用いて粘土の粒子間においてカーボンナノチューブ（および／または直線状カーボンファイバー）を拡散させる；
ｃ）カラメル（caramel）に例示される、炭化することで導電性物質に変化し得る有機化合物を添加する；
ｃ２）溶媒を除去する；および
ｄ）得られた混合物を炭化させ、有機化合物を、粘土粒子の外表面を少なくとも部分的に覆う導電性物質に変化させる。

工程ａ）およびｂ）を、例えば、国際公開第２０１１／０７０２０８号の請求項１６〜２０のいずれか一項で定義された方法を用いて行うことができる。

さらに、工程ｃ２）を、例えば、国際公開第２０１１／０７０２０８号の請求項２１〜２５のいずれか一項で定義された方法に関する工程ｃ）に従って行うことができる。

国際公開第２０１１／０７０２０８号は、その請求項１６〜２５に従って方法を実施する例を提供する。

例えば、工程ｄ）を、国際公開第２０１２／１６０２２９号の請求項２２〜４１のいずれか一項で定義されたカーボン材料を調製する方法によって行ってもよく、そのような方法の実装例は、その文献の１０頁および１１頁に提供されている。

複合材料の作製の一例
以下の３つの構成要素が用いられる：
・粘土粒子：セピオライトの粒子２．５グラム（ｇ）；
・カーボンファイバー要素：多層カーボンナノチューブ５０ミリグラム（ｍｇ）（すなわち、セピオライトに対し２重量％）；および
・極性液体溶媒：水４３ミリリットル（ｍｌ）。

カーボンナノチューブを、化学気相成長（ＣＶＤ）法によって、予め独立して得る。ナノチューブを、ナノチューブが平均直径１０ｎｍおよび平均長さ１μｍ〜２μｍを有するように成長させる。

次に、材料は、以下のように調製される：
工程ｂ）は、３つの個別の工程ｂ１、ｂ２およびｂ３にさらに分けられる：
ｂ１）３つの上述の構成要素を混合する。
ｂ２）得られた混合物を均一化する。

均一化を、音波破砕によって行う。ＳＯＮＩＣＳ社製の装置ＶＩＢＲＡＣＥＬＬ ＶＣＸ７５０を、直径１３ｍｍのＴｉ−Ａｌ−Ｖチップとともに用い、共振周波数２０キロヘルツ（ｋＨｚ）で動作させる。選択するエネルギーは４．４キロジュール（ｋＪ）、すなわち９４．３ジュール毎グラム（Ｊ／ｇ）である。休止によって離間した１０秒パルスを印加する。

音波破砕による均一化を、混合物を攪拌する（malaxage）１または複数の作業と交互に行ってもよい。

ｂ３）混合物を乾燥させる。

混合物を、６０℃〜７０℃で夜通し乾燥させる。

ｃ）有機化合物を前駆体として添加する、具体的には、液体カラメル（caramel Royal（登録商標）、８０％）６．５ｇをカラメルと粘土の重量比２：１で添加する。

ｃ２）混合物を、再度６０℃〜７０℃で夜通し乾燥させる。

ｄ）このようにして得られた乾燥した混合物を焼成させる：

乾燥後に得られたセピオライト、カーボンナノチューブおよびカラメルの混合物を、焼成開始時の温度傾斜を５℃毎分（Ｃ／分）として、窒素流下で８００℃で焼成させる。

材料を１時間（ｈ）この温度に維持し、カラメルを導電性物質に変化させる。

次に、材料を、粉砕により粉末にし、堆積し得るようにする。好ましくは、粉砕により得られた粒子の最大フェレ径の平均値は５０μｍよりも小さく、好ましくは１５μｍよりも小さい。

このようにして得られた粉末形状の材料は、堆積してピエゾ抵抗体を形成し、これにより、変形または力の変換器またはセンサが実現され得る。

変換器およびセンサの構造
本発明の第１の側面に係る変換器のボディを作るにあたり、任意のピエゾ抵抗材料（ただし、そのような材料のみに限定されるわけではない）が用いられ得る。具体的には、上述の導電性カーボンファイバー要素と混合された粘土粒子を備えた複合材料が用いられ得る。

好ましくは、層、具体的には薄い層、を形成し得る材料が用いられる。

変換器のボディは、連続した（穴のない）層を形成していてもよい。また、変換器のボディは、穴および／または不連続部を含む層を形成していてもよいが、変換器のボディを通り互いに異なる様々な電極を接続する少なくとも１つの連続した経路が存在することが好ましい。

好ましくは、変換器のボディの材料は、（電極が配置される）２つの測定点を接続する方向に垂直な方向の力が変換器のボディに加えられたときに２つの測定点の間の抵抗が大きく変化するように選択されたピエゾ抵抗材料を構成要素としている。

具体的に、材料は、マイクロ粒子またはナノ粒子（それぞれ、１００μｍまたは１００ｎｍよりも小さいという少なくとも１つの特徴的な寸法を有する粒子）のパーコレーティングアレイを構成要素としていてもよく、異なるタイプのマイクロ粒子またはナノ粒子の混合物を構成要素とするパーコレーティングアレイを構成要素としていてもよい。

より好適な粒子は、以下のとおりである：
ａ）ランダムにまたは秩序立って配列したカーボンナノチューブ；
ｂ）自己組織化したマイクロ粒子またはナノ粒子；
ｃ）グラフェン、グラファイト、または還元型であってもよい酸化グラフェンのシート；
ｄ）混合する場合には上述の構成要素の様々な組み合わせ；または
ｅ）ピエゾ抵抗ポリマー（polymere piezoresistif）または様々なピエゾ抵抗ポリマーの混合物；または
ｆ）１または複数のポリマーと導電性のあるマイクロ粒子またはナノ粒子との混合物（ナノ粒子ポリマー複合物）；または
ｇ）アスファルト混合物またはアスファルトとマイクロ粒子およびナノ粒子の混合物（インテリジェントアスファルト混合物（asphalte intelligent））。

具体的に、変換器のボディは、粘土粒子およびカーボンファイバー要素を備えた上述の複合材料でできていてもよい。

特定方向（当該特定方向に沿った位置に測定点は並んでいる）について抵抗が可変であるという材料の能力は、ピエゾ抵抗体におけるマイクロ粒子またはナノ粒子のある配向を促進させることによって大きくなり得る。例えば、これは、双極子モーメントを有する粒子の誘電泳動によってなされ得る。そのような材料を用いた変換器は、上述の特定の方向の変形を引き起こす任意の力に対して向上した感度を示す。

以下、本発明の第１実施形態に係る力センサ１０を、図１〜７を参照しつつ説明する。

センサ１０は、１連の同一の取得器２０と、インピーダンス特定器を構成するオーム計１２とを有している。

各取得器２０は、２つの電線１４によってオーム計１２に接続されている。

各取得器２０は、主としてテープ２１を備えており、テープ２１は、テープ２１の全長にわたって同一構造を有している（図１および２では、取得器２０におけるテープ２１のみが示されている）。

各テープ２１は、本発明が意味するところの取得器を構成しており、主として、２つの接合層２２および２６の間にクランプされた中間層２４を構成要素としている。これらは、以下のようになっている：
・下側接合層２２および上側接合層２６は、同一であり、各々が柔軟なプラスチックフィルムを構成要素としている；および
・中央のピエゾ抵抗層２４は、ピエゾ抵抗材料を構成要素としており、本発明が意味するところの変換器のボディを構成している。

各取得器２０は、通常は、水平面に対して水平となるように配置される。そして、３つの層の各々は、水平で平坦である。

各テープ２１の厚さの範囲に、２つの電極２５が収まっている。各電極は、薄くて平坦な銀のワイヤを構成要素としており、下側接合層２２とピエゾ抵抗層２４の間に介在している。電極２５は、ピエゾ抵抗層２４に固定され、ピエゾ抵抗層２４と一体となっている。つまり、電極２５に関連付けられた層２４は、変換器２３を構成している。具体的に、層２４のピエゾ抵抗特性により、変換器２３が変形したときに、電極２５間の抵抗が変化する。

通常２つの電極間に存し電極間のインピーダンスを定めるのに関与するピエゾ抵抗層２４の表面は、“有効”表面（surface active）と称される。

有効表面のサイズおよび形状は、取得器２０の用途（車道の変形または損傷の現地での監視；車両の検出または車両の重さの動的計量もしくは静的計量、・・・）に基づいて選択される。この有効表面は、非常に小さい（例えば、１平方センチメートル（ｃｍ²）よりも小さい）領域であってもよく、数平方メートル（ｍ²）の領域であってもよい。

有効表面は、任意の形状を有していてもよく、等方性（例えば、円または正方形）であってもよく、非等方性（例えば、楕円または長方形）であってもよい。

車道に実装された取得器２０の一例を、図３に示す。

この図は、取得器２０が組み込まれた車道３０を示す、鉛直平面による断面である。車道３０は下層３２および上層３４を構成要素としており、これらは両方ともアスファルト混合物でできている。層３２および３４は、図示しない地面において静止している。テープ２１は、２つの車道層３２および３４の間に配置されている。

各取得器２０は、テープ２１の近傍に位置する車道の部分を構成要素としており、従って層３２の一部、テープ２１および層３４の一部を備えている。

図３では、変換器２０において、電極２５は、ピエゾ抵抗層２４の下に配置されている。電極２５は、この層の上に配置されていてもよく、（変換器のボディの一例である）ピエゾ抵抗層の内部に配置されていてもよい。

上層３４は、自由面である上表面３６を有する壁を構成している。変換器２３は、表面３６の下に組み込まれている。表面３６に垂直な方向すなわち鉛直方向（図４では矢印Ａ）に沿って観察したとき、複数の電極２５は互いに離間している。複数の電極２５は車道３０における同じ深さの位置にあり、有利なことに、これにより取得器２０の厚さを小さくすることが可能となる。

接合層２２および２６は、２成分シリコーンエラストマーでできていてもよく、エチレン・テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）としても知られているエチレン・テトラフルオロエチレン共重合体でできていてもよい。

これらの材料は、車道の下層３２および上層３４のアスファルトとの良好な接合性を有する。この接合性により、車道３０の変形時において、センサ２０は、車道内の位置であって変換器２３と車道層３２および３４との間の界面の位置において剥離または内部亀裂を生じさせることなく、上述の変形に追随する。

ただし、下接合層２２および上接合層２６は、いずれも、本発明の取得器を実施可能とするために必須であるわけではない。

また、これらの層の各々は、１または複数の副層を構成要素としていてもよい。例えば、２つの材料の接合層、すなわち、各副層が特定の材料でできている２つの副層でできたものを用いることができる：ピエゾ抵抗層２４に接する副層の材料は、ピエゾ抵抗層２４に強力に接着するように選択することができ、車道（層３２および３４）の材料に接する副層の材料は、車道の材料に強力に接着するように選択することができる。

図３が静止した道路３０の部分を示しているのに対し、図４は車両が通過しているときの同じ車道の部分を示している。

車両のタイヤ３８の一部が示されている。タイヤ３８は、車道の上表面３６に対して鉛直方向Ｚに圧力を及ぼしている。この力の作用により、車道３０は変形する：車道３０は圧縮され（矢印Ａ）、車道のアスファルト混合物は水平かつ車道の表面３６に平行である横方向Ｘ（矢印Ｂ）に少し横移動する。

静止時において（図３）、複数の電極２５は、数センチメートル程度である距離Ｄ０だけＸ方向に互いに離間している。トラックが通るとき（図４）、車道は変形する。複数の電極２５は、車道を構成するアスファルト混合物の変形に追随し、互いに離れていく：車両が通るとき、電極間の距離は、厳密には値Ｄ０よりも大きい値Ｄ１となる。

層２４のピエゾ抵抗材料は、電極間の距離に基づいて電極間の抵抗が変化するように選択される。この作用を図５に示す。この作用は、車道３０に加えられる力Ｆ（車両の重さ）の関数である２つのグラフ（deux courbes）によって示されており：
・第１のグラフは、電極間の間隔Ｄの（Ｄ０からＤ１までの）増加を示しており；
・第２のグラフは、力の増加が同じであるときにおける、電極２５間の抵抗Ｒの減少を示している。

すなわち、車両が通ると、電極２５間の抵抗が変化する。この抵抗の変化は、オーム計１２によって測定される。電極２５間において測定される抵抗に基づいて、オーム計１２は、電極２５に合った位置で鉛直方向に加えられた力を検出および測定することができる。

このグラフは、本実施形態において、（加えられる力である）トラックの重さの作用により複数の電極２５が横方向に離れていくように変換器２３が変形することと；そのように離れていく作用により電極間の抵抗が低下することと、を示している。

図１〜７に示す取得器は、柔軟な材料、具体的には薄い銀の層でできた電極２５を備えている。

柔軟な材料または同様の剛性を有する材料でできた電極を用いることにより、変換器は以下のように動作する：壁の表面に垂直な方向の力が取得器に加えられると、主として壁の表面に実質的に平行な平面で変換器が変形し、複数電極における複数の電極の間で測定されるインピーダンスが変化する。

図は実際のスケールで描かれていないことに留意されたい。理解を促す目的で、図においては、高さ（ｚ軸に沿う寸法）は誇張されている。実際には、変換器２０の厚さは非常に小さい。下層２２および上層２６の各々の厚さは０．４ｍｍである。ピエゾ抵抗層２４の厚さは、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲にある。

ただし、本発明のセンサは、別の態様で動作するものであってもよい。剛直な電極を選択することにより、全く異なる動作がなされ得る。

具体的に、銅または同様の剛性を有する材料に例示される剛直な材料でできた電極２５が用いられる場合、変換器は以下のように動作する：表面３６に垂直である鉛直方向の力が取得器２０に加えられると、変換器、具体的には変換器のボディ（ピエゾ抵抗層２４）は、実質的に同一方向（鉛直）に変形する：この圧縮により、電極２５間における層２４の抵抗が変化する。

車道に変換器２０を実装する別の例を図６に示す。この図は、上下に（鉛直方向Ｚに）配置された２つの変換器２３を含む取得器４０を備えた車道の断面を示す。

接合層（接合層については後により詳細に説明する）を無視すると、取得器４０は、下から順に並ぶ、アスファルト混合物でできた下層４２と、下変換器２３と、アスファルト混合物の第２層４４と、上変換器２３と、同様にアスファルト混合物でできており自由面である上表面を有する壁を構成している上層４６と、を構成要素としている。下変換器２３は、２つのアスファルト混合物層４２および４４の間に介在しており；上変換器２３は、アスファルト層４４および４６の間に介在している。この構成により、車道の変形の大きさに関する深さに応じた情報を得ることが可能となる。地面の中において上下に並ぶ変換器の数を増やすことは可能である。

２つの変換器２３は、同じ態様で取得器４０に実装されているわけではない。

下変換器２３は、２つの結合層２２および２６の間にクランプされ、図１〜４を参照して説明したものと同一であるテープ２１の部分を構成している。

これに対し、変換器２３は、テープ１２１の部分を構成しており、テープ１２１は、下結合層２２と、変換器２３と、２つの副層１２６および１２８でできた上結合層と、を備えている。副層１２６は、ピエゾ抵抗層２４との良好な接合性が得られるように選択され、例えばＥＴＦＥでできている；上副層１２８は、アスファルト混合物層４６との良好な接合性が得られるように選択され、例えば２成分シリコーンエラストマーでできている。

また、車道の（または取得器が配置された材料の）変形に関する取得することが望まれる情報に応じて、電極は様々な向きに配置され得る。

本発明の一実施形態（図７）では、車道６０に、本発明の２つの変換器２３と、第３の変換器５０と、が実装されている。下から順に、車道６０は、アスファルト混合物の４つの（水平な）平行な層６２，６４，６６および６８でできている。

第１および第２変換器２３の各々は、ピエゾ抵抗材料の層２４と、この材料の層に固定されこの層の平面において互いに離間している２つの電極２５と、を構成要素としている。第１変換器２３は層６２および６４の間に配置され、第２変換器２３は層６４および６６の間に配置されている。第１変換器２３は、複数の電極２５がＸ方向に沿って延び互いに平行となるように配置されている：複数の電極２５は、Ｙ方向について互いに離間している。これに対し、第２変換器２２０は、複数の電極２５がＹ方向に沿って延び互いに平行となるように配置されている：複数の電極２５は、Ｘ方向について互いに離間している。

第３変換器５０は、ピエゾ抵抗材料の層と、２つの電極５５と、を構成要素としている。これらの電極５５は、それぞれ、変換器５０のピエゾ抵抗材料層の上および下に配置されている。鉛直方向に沿って観察したとき、これらの電極５５は、互いに離間していない。

変換器２３および５０の特定の配置により、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向の３方向全てについて同時に車道の変形を測定することが可能となる。

図１０は、本発明の取得器の別の実施形態を示す。

この取得器では、変換器は、４つの長い電極４２５Ａ，４２５Ｂ，４２５Ｃおよび４２５Ｄ（電極４２５と総称する）を有しており、これらの電極は、互いに平行に配置されており、壁の表面に実質的に平行な平面において等間隔離間している。

いわゆる「４端子」測定（mesure dite ≪ 4 pointes ≫）が行われる：

最も離れた２つの電極（「外側の」電極）４２５Ａおよび４２５Ｄの間を電流が流れる；

「内側の」電極４２５Ｂおよび４２５Ｃの間の電圧が測定される。

インピーダンスが、外側の電極間に印加された電流と内側の２つの電極間で測定された電圧との比率として計算される。

形状効果の補正後に得られる値は、変換器のシート抵抗（または「平方抵抗」）と称される。

ピエゾ抵抗材料の抵抗率は、シート抵抗を変換器のボディの平均厚さで乗じることによって得られる。

有利には、材料の抵抗率から電極の接触抵抗を減じたりシート抵抗から電極の接触抵抗を減じたりすることもできる。

センサからの出力値としてシート抵抗または抵抗率を用いることにより、例えば接触により測定の質が劣化（例えば経年劣化）している場合において、電極の具合（comportement）に対する変換器の感度が最小化される。

センサからの出力値として接触抵抗を用いることにより、例えば電極とピエゾ抵抗体との間の相対的な動きがピエゾ抵抗現象の主な要因である場合において、電極の具合に対するセンサの感度が最大化される。

図１１および１２に、本発明の取得器の別の実施形態を示す。

この取得器では、複数電極が平行に配置され、少なくとも３つであり好ましくは４つよりも多い電極が存在し、電極間の距離Ｄは増加していく。具体的に、４つの電極５２５Ａ、５２５Ｂ、５２５Ｃおよび５２５Ｄが示されており、これらは電極５２５と総称される。

伝送路測定（ＴＬＭ）タイプの測定が行われる、すなわち、様々な対の電極の間で抵抗Ｒが測定される、すなわち、様々な対の電極５２５ｉ−５２５ｊの間で１連の抵抗Ｒｉｊが測定される。

幾何学因子の補正後において電極対の間隔Ｄに応じて抵抗Ｒをプロットした直線の傾きは、抵抗率またはシート抵抗を与える；直線の縦軸切片（l'ordonnee a
l'origine de la droite）は、接触抵抗Ｒ０を与える。

本発明のセンサは、主として、１または複数の上述の変換器を備えており、変換器は、様々な変換器の電極間のピエゾ抵抗層の抵抗を測定するインピーダンス特定システム、例えば上述のオーム計１２、に接続されている。

インピーダンス特定システムは、従来型の信号調整システムを含んでいてもよい。例えば、１つの変換器（または、自動温度相関除去用（decorrelation automatique de la temperature）の２つの変換器）が、（好ましくは温度安定な）３つの（または２つの）別の抵抗を有するホイートストーンブリッジに組み込まれていてもよい。電圧源によって３ボルト（Ｖ）〜１０Ｖの範囲にある電圧を印加することにより、測定が行われる；機械増幅タイプ（type amplificateur instrumental）の取得システムによって読み取り値が取得されるとともに、フィルタリングと、オフセット補正と、アナログデジタル変換と、がなされる。システムのアナログの部分は、例えば測定システムがセンサから離れているときにワイヤにおける抵抗損失を補償する手段のようなリモートで測定を行う手段、およびキャリブレーションシャント（shunt d'etalonnage）と関連付けられていてもよい。

変化し得る抵抗を取得してデジタル化する他の従来システム、具体的には温度補償を実現するための技術を提供するシステム、は好適であり得る。また、様々な抵抗をシグマデルタタイプのシステムに配置し、抵抗値のアナログデジタル変換および読み出しを同時に行ってもよい。

力センサを実現するために、センサは、インピーダンス特定システムで測定されるインピーダンスのような１または複数の変換器のインピーダンスおよび／またはインピーダンス変化に基づいて、１または複数の変換器の変形および／または壁に加えられた１または複数の力を特定する相関システム（ユニット１２によっても表現されている）をさらに含んでいてもよい。

センサが複数の変換器を有している場合、複数の変換器は具体的にはマトリクスアレイに編成されていてもよい。

センサが車両の重さの計量に用いられる際には、インピーダンス特定システム（オーム計）およびオプションである相関システムは道路の脇から離れていることが好ましい。また、これらのシステムは、柔軟な材料でできており、変換器のピエゾ抵抗材料の層の下方または上方、アスファルト混合物のコアの内部、または接合層の内部に配置されるように適切にパッケージされていてもよい。

１または複数の変換器からの信号がデジタル化された後、信号はオンサイトでまたは他の場所で処理されることができ、任意の適切な伝送手段によって、例えば、取得センター、データロガー、独立に駆動できるものであってもよい無線通信ノード、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ等に伝送されることができる。

作製：ピエゾ抵抗体、取得器、センサ
ピエゾ抵抗体の作製は、本発明の取得器の作製における主たる工程である。この工程では、様々な方法が用いられ得る。方法は、得るべきピエゾ抵抗材料および方法が行われるべき場所（工場内またはオンサイト）に基づいて選択される。

あるタイプのピエゾ抵抗材料は、支持面上に気相で堆積（蒸着堆積、化学的堆積、物理的堆積）し得る。この作業は、オンサイトで（作製の場で）または工場内で行われ得る。

ただし、材料の構成要素の液相堆積が好ましいこともある。そのような堆積は、工場内またはオンサイトで行われ得る。

作業の態様は、以下のとおりである：

ｉ）予め粉末に粉砕された後のピエゾ抵抗材料が、溶媒中の溶液に入れられる。

これは、従来技術（例えば、磁気攪拌、超音波浴槽内における超音波処理またはチップを用いた超音波処理、場合によっては遠心分離・・・）を用いて行われ得る。必須ではないが、好ましくは、溶媒は、水を含むものである；適切な場合には、溶媒の性質は、堆積の質（例えば、その均一性）を向上させるのに適した添加物（例えば、界面活性剤）を用いることによって最適化され得る。

ii）このようにして得られた溶液が、ピエゾ抵抗体（または層）が形成されるべき表面上に堆積する。

この堆積は、従来技術を用いて行われてもよい。用いられる技術は、溶液および覆われるべき表面の物理化学的性質、均一性の要求、許容される時間的制約、および方法が行われる場所に応じて選択されるべきである。例えば、堆積は、インクジェットプリントによって、滴の滴下によって、スプレー噴霧によって、スピンコータによって、または塗装刷毛によって行われ得る。

iii）溶媒が除去される。

この作業は、任意の知られた方法、具体的には自然蒸発または強制蒸発によって行われる。

取得器２０（図３）のような取得器は、複数の工程で作製される；

Ａ）車道が作製されるべき支持面が準備される。

Ｂ）車道に取得器が組み込まれた状態で車道が作製される。

工程Ｂ）は、複数の段階を備えている：

ｉ）下アスファルト混合物層３２が堆積する；

ii）下接合層２２が層３２の上表面に堆積し、層２２が層３２に接着する；

iii）一対の電極２５が、水平方向（Ｘ、図４）に離間するにように、層２２上に配置される；

iv）ピエゾ抵抗材料のピエゾ抵抗層２４が、層２２上および電極２５上に形成される；

ｖ）上接合層２６がピエゾ抵抗層２４上に堆積し、接合層２６がピエゾ抵抗層２４に接着する；および

vi）上アスファルト混合物層３４が接合層２６上に堆積する。

工場において、取得器２０（下層、接合層、ピエゾ抵抗層、接合層、および上層または伝達層）と同一の構造を有する取得器が作製され得る。具体的に、その場合、変換器は、図１に示すテープ２１と同様、（プラスチック材料の）テープとして作製され得る。その場合、下層２２および上層２６は、プラスチック材料でできたフィルムまたは板である。テープとして形成することにより、具体的には複数の変換器が配置されるまたはまとめて配置される際に、変換器が連続して配置されることが容易となる。

また、取得器は、その場で直接的に作製され得る。この製造の態様は、車両の重さの動的計量のためのセンサを作製するのに特に適している。具体的には、その場合、取得器の作製は、車道の敷設のための通常作業に組み込まれ得る。車道に取得器を組み込むことにより、車道に追加の機能（車両の重さの動的計量）が与えられ、これは極めて低コストで行われる。

センサの作製には、オーム計等のインピーダンス特定システムに上述の方法によって得られた取得器を接続すれば足りるが、変形または力を出力値として直接的に得るべき場合には変形または力を特定するシステムにインピーダンス特定システムを接続してもよい。

複数の変換器は、同一のインピーダンス特定システムに接続されてもよい。

上述のセンサの主な用途は、車両の検出、車両の数のカウント、車両の重さの計量、または車道の変形の監視のために車道に組み込まれるセンサを作製することにある。例えば、そのようなセンサが組み込まれた車道は、以下のように敷設され得る（図８および９）：

道路の下地処理
スクレーパ１０２が通り、道路１００から表面層１０４を削り取られる。この作業により、新しい車道１１０が敷設され得る切削面１０６が露出する。

第１のアスファルト混合物層の敷設
表面１０６上に、第１のアスファルト混合物層１１２が敷設され、第１のアスファルト混合物層１１２がロードローラ１０８によって平滑化される。アスファルト混合物層１１２の上表面１１３は、変換器を受ける準備がなされた支持面を構成する。

取得器のその場での作製
工場において予め作製された変換器を用いることは可能である。上述の工程iv）では、層１１２の上表面１１３に変換器を配置するにはそのようにすることで足りる。

また、変換器は、以下のようにして、工程iv）においてアスファルト混合物層１１２の表面上に直接的に作製されてもよい：
・導電性物質に少なくとも部分的に覆われた粘土粒子を備えた複合材料の粉末が、上述のタイプのナノチューブとともに用いられる；
・粉末が水に希釈され、複合材料が０．５重量％である水溶液が得られる；
・水溶液の滴が、アスファルト混合物層１１２を構成する未だ熱い締め固められたアスファルト混合物に対して数滴滴下される；
・その後、水溶液がかかった領域に各電極が接触するように、数センチメートルだけ互いに離間した２つの電極３２５が配置される；
・水が、始めは勝手に蒸発し、その後は水溶液に対して約２００℃に加熱された空気流を吹き付けるペイントバーナー（decapeur thermique）によって蒸発する。

これにより、下層１１２の表面１１３上に形成されたピエゾ抵抗材料でできた変換器のボディ３２４が作られる。電極３２５に関連付けられたボディ３２４は、変換器３２３を構成する。層１１２、変換器３２３および層１１６の含む車道の部分は、取得器３２０を形成する。

この実装は、変換器３２３を隣接する層に接合するための接合層の敷設を伴わない。

第２のアスファルト混合物層の敷設
第２のアスファルト混合物層１１６は第１層１１２および変換器３２３上に敷設され、第２層はローラー１１８によって平滑化される。

この実装例では、電極３２５が固定されたピエゾ抵抗層３２４上に直接的に層１１６が形成される。

変換器を配置する作業は、車道１１の敷設の通常作業に組み込まれる。

好ましくは、層１１２および層１１６の厚さは、変換器３２３が車道１１０の厚さＨの１５％〜５０％の範囲にある深さｈに位置することとなるように選択される。

当然ながら、上記した以外の方法が、本発明の範囲内で行われ得る。具体的に、車道は、２よりも多い層でできていてもよい。本発明の変換器は、好ましくは、２つの層の間に配置され得る。別の態様において、変換器は、単層のアスファルト混合物に組み込まれていてもよい。

Claims (17)

1. 壁および変換器（２３，３２３）を備え、前記変換器は、ボディ（２４，３２４）と、前記ボディに固定され互いに離間した複数電極（２５，３２５，４２５，５２５）とを構成要素とする取得器（２０）であって；
   ・前記変換器は、前記複数電極から特定される電気的インピーダンス（Ｒ）が前記変換器に与えられる変形に応じて変化するようなものであり、
   ・前記壁の表面（３６）に垂直な方向に沿って観察したとき、前記複数電極のうちの少なくとも２つである複数の電極（２５）は、互いに離間し；
   前記変換器は、前記壁の前記表面（３６）の下に組み込まれていることを特徴とする、取得器。
2. 前記変換器（２３，３２３）の面に接着し前記壁の前記表面から前記変換器を離間させる伝達層（３４，４６，１１６）をさらに備えている、請求項１に記載の取得器。
3. 前記伝達層（３４，４６，１１６）および前記壁は、同一材料、具体的にはアスファルト混合物でできている、請求項２に記載の取得器。
4. 前記伝達層（３４，４６，１１６）および前記壁は、一体的に形成されている、請求項３に記載の取得器。
5. 前記壁の前記表面（３６）に垂直な方向（Ａ）の力が前記取得器に加えられると、主として前記壁の前記表面に垂直な前記方向に前記変換器が変形し、前記複数電極における前記複数の電極の間で測定されるインピーダンスが変化するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の取得器。
6. 前記壁の前記表面（３６）に垂直な方向（Ａ）の力が前記取得器に加えられると、主として前記壁（Ｂ）に実質的に平行な平面で前記変換器が変形し、前記複数電極における前記複数の電極の間で測定されるインピーダンスが変化するように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の取得器。
7. 前記変換器の前記ボディ（２４）は、薄い層、すなわち、前記ボディの他の２つの特徴的な寸法のうちの少なくとも１つの１／１０よりも厚さが小さい層を構成している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の取得器。
8. 前記変換器の前記ボディと前記変換器の前記ボディに隣接する表面との間に介在し、前記変換器の前記ボディおよび前記隣接する表面に接着している接合層（２２，２６）をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の取得器。
9. 前記変換器（２４）の前記ボディは、ピエゾ抵抗ポリマー、複数のピエゾ抵抗ポリマーの混合物、少なくとも１つのポリマーと導電性のあるマイクロ粒子またはナノ粒子との混合物、または、アスファルト混合物またはアスファルトとマイクロ粒子またはナノ粒子との混合物を備えている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の取得器。
10. 前記変換器の前記ボディ（２４）は、マイクロ粒子および／またはナノ粒子のパーコレーティングアレイを備え、前記マイクロ粒子および／またはナノ粒子は、以下のリストにおける１または複数の粒子を備えている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の取得器。
    ａ）カーボンナノチューブ、具体的にはランダムにまたは秩序立って配列したもの；
    ｂ）自己組織化したマイクロ粒子またはナノ粒子；および
    ｃ）グラフェン、グラファイト、または還元型であってもよい酸化グラフェンのシート。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の取得器であって帯に固定された取得器を複数備えたテープ（２１，１２１）。
12. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の取得器（２０，１２０）を少なくとも１つと、前記少なくとも１つの取得器の少なくも１つの変換器の電極（２５，３２５，４２５，５２５）に接続されたインピーダンス特定システム（１２）と、を含み、前記少なくも１つの変換器のインピーダンスおよび／またはインピーダンス変化を特定するように構成されている、センサ（１０）。
13. アレイ状、具体的にはマトリクス状に配置された１連の変換器を備え、所与の瞬間においていずれの変換器が駆動されているまたはストレスに曝されているのかを識別する手段をさらに備える、請求項１２に記載のセンサ（１０）。
14. 変化する情報を表示することができ、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の取得器を少なくとも１つ含むディスプレイ。
15. 以下の工程を備えた力の測定方法：
    ａ）ボディ（２４）と前記ボディに固定され互いに離間した複数電極（２５，３２５、４２５，５２５）とを構成要素とする変換器（２３）であって、前記変換器に与えられる変形に応じて前記複数電極から特定される電気的インピーダンス（Ｒ）が変化するようになっている変換器を提供する；
    ｂ）ある方向であって前記方向に沿って観察したときに前記複数電極のうちの少なくとも２つである複数の電極が互いに離間することとなる方向の力を前記変換器に加える；
    ｃ）前記加えられた力の作用によるインピーダンス変化を測定する；および
    ｄ）前記インピーダンス変化に応じて前記加えられた力を特定する。
16. 壁および変換器を備えた取得器を製造する方法であって以下の工程を備えた方法：
    ａ）複数電極（２５，３２５，４２５，５２５）をボディ（２４）に接触する位置に配置する、前記ボディおよび前記複数電極は、前記複数電極に関連付けられた前記ボディに与えられた変形に応じて前記複数電極から特定される電気的インピーダンス（Ｒ）が変化するようなものである；
    ・前記ボディおよび前記複数電極は変換器（２３）を構成する；および
    ｂ）前記壁を形成する；
    前記工程ａ）およびｂ）が、前記変換器（２３）が前記壁の表面（３６）の下に組み込まれ、かつ、前記表面に垂直な方向に沿って観察したときに前記複数電極（２５，３２５，４２５，５２５）のうちの少なくとも２つが互いに離間するように、行われることを特徴とする。
17. 車道を敷設する方法であって以下の工程を備えた方法：
    Ａ）支持面（１１３）を準備する；および
    Ｂ）請求項１６に記載の方法によって形成される取得器を前記車道が含むように、前記支持面上に、少なくとも１つのアスファルト混合物層（１１６）を、該層（１１６）に少なくとも１つの変換器（３２０）を組み込みつつ堆積させる。

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