WO2023242519A1 - Capteur de deformation en materiau polymere - Google Patents

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WO2023242519A1
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sensor
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tubular element
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Yann Fromont
Thierry Perrin
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Sfc Solutions Automotive France
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    • E05F15/40—Safety devices, e.g. detection of obstructions or end positions
    • E05F15/42—Detection using safety edges
    • E05F15/44—Detection using safety edges responsive to changes in electrical conductivity

Definitions

  • the tubular element according to the invention is thus made entirely of polymer materials, without a metal insert, so that it can be produced in a simple and inexpensive manner.
  • a sensor of very simple design can be produced.
  • the fact that the internal cavity of the tubular element extends continuously over the entire length of the tubular element makes it possible to obtain a relatively sensitive sensor.
  • the sensor according to the invention may include one or more of the characteristics described below.
  • the sensor according to the invention has two conductive parts: the detection of a pressure exerted on the sensor results not from the measurement of a gas pressure inside the tubular element but by a measurement of voltage between the conductive parts of the sensor which will vary depending on the deformations undergone by the tubular element causing the conductive parts to come into contact.
  • the tubular element can thus be closed or not at its ends.
  • the cavity of the tubular element can extend continuously (a single cavity) or discontinuously (several cavities not communicating with each other) over the entire length of the tubular element. However, for better measurement accuracy, this cavity preferably extends continuously over the entire length of the tubular element.
  • the third polymer material can have a third Shore A hardness greater than the first Shore A hardness by at least 5 points, optionally from 5 to 50 points, from 10 to 40 points or from 10 to 30 points, or of a value included in any interval defined by any two of the aforementioned limits.
  • the third Shore A hardness can be identical to or lower than the second Shore A hardness.
  • the flexible sheath can be made from a material having a Shore A hardness higher than that of the second polymer material, it is then preferable that the the thickness of the flexible sheath is less than the thickness of the second polymer material and/or the first polymer material.
  • each elastic polymer material can have a Shore A hardness measured according to standard ISO 48-4:2018 which is 40 to 90 points, preferably 50 to 90 points, more preferably 60 to 85 points, even more preferably from 70 to 90 or from 70 to 80 points, or included in an interval defined by any two of the preceding limits.
  • the stabilized Shore A hardness can be measured according to the ISO 48-4:2018 standard, the measurement of which is taken after 3 seconds of application of a force.
  • Shore A hardness is a measurement scale from 0 to 100 and whose values most often vary from 25 to 95 points.
  • the second polymer material, and optionally the third polymer material may have one or more of the following characteristics, possibly all three:
  • each polymer material can have an elongation at break of 350 to 500%.
  • the 100% elongation stress of the second material may be greater than that of the first material by 0.5 to 5 MPa or by 0.5 to 3 MPa or by 0.5 to 2 MPa.
  • each polymer material can present a stress at 100% elongation of 2 to 7 MPa, preferably 3 to 6 MPa.
  • the measurements of elongation at break, stress at break and stress at 100% elongation can be carried out according to standard ISO 37-2017, type 2 (500mm/min), in particular at 23°C. .
  • elastic polymer material an elastic material capable of returning to its initial shape following deformation.
  • a material is said to be elastic when it shrinks within 1 minute to less than 1.5 times its original length after being stretched at room temperature (18 to 29°C) to twice its original length and held for 1 minute before release.
  • the thermoplastic elastomer typically comprises an elastomer component and a rigid component (generally a thermoplastic block).
  • a thermoplastic elastomer can be a physical mixture of polymers or even a block copolymer (polyamides, polyether-esters, polystyroles, polyurethanes).
  • Thermoplastic elastomers which are mixtures physical polymers may be polyolefin blends, such as PP/EPDM blends (PP: polypropylene) or dynamically vulcanized blends.
  • Thermoplastic elastomers that are block copolymers may be styrene block copolymers (SBC), polypropylene block copolymers, polyamide/elastomer blocks (COPA), polyether ester/elastomer block copolymers (COPE) and polyurethane/elastomer block copolymers (TPU).
  • SBC styrene block copolymers
  • COPA polyamide/elastomer blocks
  • COE polyether ester/elastomer block copolymers
  • TPU polyurethane/elastomer block copolymers
  • the elastomeric component may be polybutadiene, poly(ethylene-co-alkene), polyisobutylene, poly(oxyethylene), poly(ester), polysiloxane or any elastomer, while the rigid component (thermoplastic) may be polystyrene, poly(methyl methacrylate), urethane, ionomer - poly(ethylene-co-acrylic acid) (sodium, Mg or Zn salt), ethylene -propylene- monomer diene and fluoropolymers.
  • the conductive filler may comprise powders and/or fibers, which may be metallic or contain (or be formed by) carbon (carbon black, graphite, or the like).
  • the rate of the conductive charge in the polymer matrix can be chosen so as to obtain a conductive polymer material having an electrical volume resistivity low enough to ensure proper operation of the sensor and high enough to allow detection of a change in voltage or resistance caused by a variation in the contact surface between the conductive parts.
  • the first conductive polymer material may have an electrical volume resistivity of at most 10 6 Ohm.cm and at least 10 2 Ohm.cm.
  • the electrical volume resistivity can for example be measured using the method described in paragraph 3.3 of document VOLKSWAGEN PV1015 (04/2015).
  • the matrix of insulating elastic polymer material, the second polymer material, and optionally the third polymer material can be chosen independently of each other from the list of aforementioned elastic insulating polymer materials.
  • the cavity of the tubular element can have a minimum internal dimension, measured in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the sensor, of 0.1 mm to 3 mm, preferably of 0.3 to 2.5 mm .
  • This internal dimension corresponds in particular to the minimum distance separating the conductive parts of the tubular element in the cavity, in cross section. It may in particular be chosen by those skilled in the art according to the desired sensitivity of the sensor for a given shape.
  • the maximum internal dimension of the cavity, and in particular the maximum internal dimension separating the conductive parts may be from 2 mm to 25 mm, preferably from 2 to 20 mm.
  • the external dimensions of the tubular element measured in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the sensor, can be from 1 mm to 35 mm or from 1.2 mm to 20 mm.
  • a sensor with relatively small dimensions in cross section can thus be produced, its length being able to range from 10-20cm to several meters.
  • the thickness of the wall of the tubular element can advantageously be from 0.4 mm to 10 mm, preferably from 0.4 to 6 mm or included in an interval defined by two of these limits. Generally, this thickness is high for large tubular elements and low for smaller tubular elements.
  • the tubular element can have a constant thickness at any point on its periphery and over its entire length.
  • one of the conductive parts of the tubular element may have, on the side of the cavity, a longitudinal rib locally increasing the thickness of the tubular element.
  • the minimum dimension of the cavity mentioned above then corresponds to the distance separating the rib from the other conductive part.
  • each electrically insulating part extends over a length of the periphery of the tubular element, measured in a plane transverse to the longitudinal direction of the tubular element, which is 0.5 to 3 times a minimum thickness of the tubular element,
  • each electrically insulating part extends over a length of the periphery of the tubular element, measured in a plane transverse to the longitudinal direction of the tubular element, which is 0.2 to 6 times a minimum internal dimension of the cavity.
  • the tubular elastomer sensor according to the invention may comprise a flat extending over its entire length along one of the conductive parts.
  • This flat surface is made in particular on an external face of the sensor.
  • the tubular element or the sheath may have this flat surface. This helps avoid incorrect positioning of the sensor in relation to a support.
  • the sensor according to the invention makes it possible to detect a pressure exerted on it when its conductive parts are brought into contact by crushing the cavity, that is to say when pressure is exerted in a direction which makes it possible to bring the two conductive parts.
  • the conductive parts do not extend over the entire internal periphery of the cavity, they can come into contact when pressure is exerted on the sensor in a direction allowing this contact.
  • the senor In order to detect a pressure exerted on it, the sensor must therefore be positioned on a support with one of its conductive parts in direct contact (or indirect via the sheath) with the support so that a force exerted perpendicularly or substantially perpendicular to the support allows the conductive parts to be brought together.
  • the flat can be produced over the entire width of the conductive part (measured perpendicular to the longitudinal direction of the tubular element and perpendicular to the direction of approximation of the conductive parts) or over part of its width (preferably then centered on the middle of the conductive part in the direction of its width).
  • the tubular elastomeric sensor can advantageously be assembled to the support by one or more of the following means: (i) staples, (ii) flanges, (iii) glue, (iv) an adhesive strip, in particular a strip double-sided adhesive and/or a repositionable adhesive strip, (v) a Velcro® type strip, (vi) nesting of the tubular element in a groove in the support, (vii) sewing and (viii) fusion.
  • the tubular elastomeric sensor when the tubular elastomeric sensor comprises a flat extending over its entire length along one of the conductive parts, it is the flat of the tubular elastomeric sensor which rests on the support face. This can make it easier to attach the sensor to the support while ensuring good positioning of the sensor relative to the support.
  • the tubular elastomeric sensor arrangement may further comprise a covering layer of elastic polymer material covering the tubular elastomeric sensor and at least the support face, or even the entire support.
  • the elastic polymer material used is then preferably electrically insulating, for example chosen from those previously listed. This covering layer protects the tubular elastomer sensor.
  • the tubular elastomeric sensor arrangement can then form a detection mat or the like.
  • the deformation sensor system of the invention can be implemented with a single tubular elastomer sensor or with a tubular elastomer sensor arrangement comprising a single tubular elastomer sensor, and then only requires a single electrical circuit, where applicable, a single detection module, and a single processing module.
  • the processing module connected to the detection module can be configured to:
  • the detection module can in particular be integrated into the processing module.
  • the processing module When the processing module is connected directly to the electrical circuit, it can then comprise an element such as an operational amplifier, for example configured to generate a signal (for example to let the current pass) when the voltage of the electrical circuit is greater than a threshold value.
  • the processing module may include other types of electronic components such as a transistor. We can then choose a transistor having a defined detection threshold which generates a signal when the voltage of the electrical circuit is greater than this detection threshold.
  • the processing module may comprise one or more processors, for example microprocessors or microcontrollers.
  • the processor(s) may have storage means which may be a random access memory (RAM), an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), a flash memory, an external memory or the like. These storage means can, among other things, store a database or a program.
  • the processing module may be configured to receive and/or transmit data, in particular to a display device or a separate electronic system. It can be specifically programmed for this purpose or include means of communication, optionally bidirectional, with the detection module.
  • Figure 1 represents a tubular elastomer sensor 1 comprising a tubular element 10 of elastic polymer material having a cavity 12 extending over its entire length.
  • the sensor 1 according to the invention is designed to have a fairly long length, typically greater than 10-20 cm and capable of reaching 2 to 5 meters. It can thus be arranged in a spiral or serpentine pattern on a support, as described below, to cover a surface.
  • the thickness of the tubular element 10 defined as the thickness of material extending from an internal face of the tubular element defining the cavity to an external face of the tubular element and measured in cross section, can be from 0.4 to 10 mm, preferably from 0.4 to 6 mm.
  • materials having the characteristics listed in Table 1 could be used as materials.
  • a first polymer material comprising a matrix of rubber or EPDM
  • a second polymer material of rubber or EPDM could be used.
  • EPDM in EPDM.
  • the invention is however not limited to one type of elastic polymer material, provided that the materials chosen have Shore A hardness as previously described.
  • the detection module 5 is configured to generate a signal representative of the value of a voltage measured between the conductive parts.
  • an ADC having a more or less high resolution for a more or less significant sensitivity of the measurement.
  • the digital signal emitted by the ADC will be 4095.
  • the digital signal emitted will therefore have a value between 0 and 4095.
  • the voltage measured by the CAN will be higher as the contact surface of the conductive parts is large.
  • Step (bl) is generally implemented by comparing the measured voltage value or the measured resistance value with a threshold value.
  • This threshold value can be determined by experimentation, depending on the desired detection threshold, which may vary depending on the end use. Note that this threshold will depend on the shape and materials of the tubular elastomeric sensor: the more rigid the materials, the higher the threshold will be. In addition, the smaller the internal cavity, the lower the threshold. We thus understand that by choosing the materials and dimensions of the cavity, those skilled in the art can produce sensors having different detection thresholds.
  • the deformation sensor system can comprise only a processing module connected directly to the electrical circuit, and comprising an operational amplifier which will only let the current flow when the voltage between the conductive wires to which it is connected (conductive wire 32 and measuring lead 34) is greater than a threshold value. In this embodiment, it is not necessary to provide a real physical resistance 17 in the electrical circuit.
  • the tubular element 10 could be coated over its entire length with a sheath 18.
  • the thickness of the sheath is preferably less than the thickness of the conductive parts of the tubular element, here less than the thickness of the tubular element, the latter having a constant thickness over its entire periphery.
  • the sheath 18 is also made of a third elastic, electrically insulating polymer material, of the type already described. Its Shore A hardness can in particular be chosen greater than the Shore hardness of the first material.
  • the distance separating the conductive parts can be from 1.6 to 2mm
  • the thickness e of the conductive and insulating parts can be from 0.3 to 0.6 mm.
  • Each insulating part can extend over a length of the periphery (measured in cross section) of 0.8 to 1.2 mm
  • the external diameter of the tubular element can be 3.5 to 4 mm.
  • the distance separating the conductive parts through the cavity can be 0.1 to 0.4 mm
  • the thickness of the conductive and insulating parts can be 0. .6 to 1 mm.
  • Each insulating part can extend over a length €i of the periphery (measured in cross section) of 0.8 to 1.2 mm
  • the height h of the tubular element (measured in cross section) can be 2 .4 to 3 mm
  • the width € of the tubular element (measured in cross section) can be 5 to 6 mm.
  • FIG. 6 The embodiment of Figure 6 is similar to that of Figure 5, but here the insulating parts 16a and 16b form part of the sheath 18.
  • the conductive parts 14a and 14b are thus located partially facing each other. on the other following the direction D of exerting the pressure.
  • the cross section of the sensor is thus rectangular in shape, as is the section of the sheath 18, but each conductive part has an L-shaped section.
  • the flat 20' here forms part of the sheath 18.
  • the thickness of the sheath can also be less than the thickness of the conductive parts.
  • the conductive and insulating parts can also be defined as follows:
  • each electrically insulating part 16a, 16b extends over a length of the periphery of the tubular element, measured in a plane transverse to the longitudinal direction of the tubular element, which is from 0.2 to 6 times a minimum dimension of the cavity.

Abstract

L'invention concerne un capteur élastomère tubulaire (1) comprenant un élément tubulaire (10) en matériau polymère élastique présentant une cavité (12) s'étendant sur toute sa longueur, caractérisé en ce que : - l'élément tubulaire (10) est constitué sur toute sa longueur d'un premier matériau polymère conducteur électrique et d'un deuxième matériau polymère isolant électrique, le premier matériau polymère formant deux parties conductrices (14a, 14b) de l'élément tubulaire s'étendant au moins partiellement en regard l'une de l'autre, le deuxième matériau polymère formant deux parties électriquement isolantes (16a, 16b) s'étendant entre les deux parties conductrices afin de les isoler électriquement, - le premier matériau polymère présente une première dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4:2018, le deuxième matériau polymère présente une deuxième dureté Shore A mesurée selon la même norme, la deuxième dureté Shore A étant supérieure de la première dureté Shore A d'au moins 5 points.

Description

Capteur de déformation en matériau polymère
Domaine de l’invention
[0001] L’invention concerne un capteur de déformation en matériau polymère élastique.
Etat de la technique
[0002] Il est connu d’utiliser des matériaux polymères flexibles conducteurs dans des capteurs ou des interrupteurs.
[0003] Ainsi, le document JP3753773B2 décrit un interrupteur élastique de forme tubulaire. Une gaine creuse formée d’un matériau élastique isolant contient en son intérieur deux éléments en matériau élastique conducteur situés en regard l’un de l’autre et séparés d’un espace vide. Ce document enseigne d’utiliser un matériau élastique conducteur présentant une dureté (JIAS- A) de 50 à 90 et des surfaces spécifiques afin d’éviter que les éléments conducteurs restent en contact quand aucune pression n’est exercée sur la gaine. Cet interrupteur est utilisé notamment le long d’une porte ou d’un volet afin de détecter des obstacles ou d’éviter d’appliquer des pressions trop élevées sur la porte ou le volet. Un tel capteur est ainsi utilisé de manière linéaire et n’est pas adapté pour couvrir une large surface.
[0004] Les documents EP3109609 et W02017056240A1 décrivent des capteurs de pression comprenant un matériau polymère isolant présentant une partie creuse et une pluralité de conducteurs électriques situés à distance les uns des autres à l’intérieur de la partie creuse. Chaque conducteur électrique comprend un fil métallique recouvert d’une résine électro-conductrice. Ce type de capteur n’est ainsi pas entièrement constitué de matériaux polymères. D’autres capteurs de ce type sont décrits dans les documents US2005/092061 et JP2001174348. La présence d’insert métallique à l’intérieur des parties conductrices de ces capteurs impacte la souplesse du conducteur électrique et par conséquent sa sensibilité. Elle augmente également le coût et la complexité de fabrication de ce type de capteur.
[0005] Il existe des capteurs de pression entièrement en matériau polymère, tel que celui décrit dans le document FR2564971A1 qui comprend deux armatures électriquement conductrices reliées à une source de courant et maintenues à distance l’une de l’autre à l’intérieur d’un tube creux isolant électrique déformable. Ce type de capteur est destiné à être utilisé linéairement, comme moyen de sécurité de fermeture de porte ou fenêtre. Il est ainsi configuré pour garantir un contact entre les armatures même lorsque la pression s’exerce de côté, ce qui ne permet pas une utilisation agencée en spirale du capteur.
[0006] Il existe des capteurs de pression qui peuvent être agencés en spirale, tels que celui décrit dans le document WO2020149793A1 utilisé pour contrôler la pression d’un bandage de manière continue. Le capteur est formé d’une gaine isolante compressible qui encapsule un noyau liquide conducteur électrique. Ce type de capteur est complexe et coûteux à réaliser.
[0007] Il existe donc un besoin pour un capteur en matériau polymère élastique pouvant détecter une pression exercée sur lui tout en étant agencé en spirale ou en serpentin. Il existe également un besoin pour un capteur pouvant être utilisé à la fois comme interrupteur et comme un capteur apte à détecter une amplitude de la pression exercée. Description détaillée
[0008] A cet effet, l’invention propose un capteur élastomère tubulaire comprenant un élément tubulaire en matériau polymère élastique présentant une cavité s’étendant sur toute sa longueur, caractérisé en ce que :
- l’élément tubulaire est constitué sur toute sa longueur d’un premier matériau polymère conducteur électrique et d’un deuxième matériau polymère isolant électrique, le premier matériau polymère formant deux parties conductrices de l’élément tubulaire s’étendant au moins partiellement en regard l’une de l’autre, le deuxième matériau polymère formant deux parties électriquement isolantes s’étendant entre les deux parties conductrices afin de les isoler électriquement,
- le premier matériau polymère présente une première dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4:2018, le deuxième matériau polymère présente une deuxième dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4:2018, la deuxième dureté Shore A étant supérieure de la première dureté Shore A d’au moins 5 points, de préférence d’au moins 10 points, optionnellement de 5 à 50 points, de 10 à 40 points ou de 10 à 30 points, ou d’une valeur comprise dans tout intervalle défini par deux quelconques des limites précitées.
[0009] L’élément tubulaire selon l’invention est ainsi réalisé entièrement en matériaux polymères, sans insert métallique, de sorte qu’il peut être réalisé de manière simple et peu coûteuse. En réalisant un élément tubulaire constitué uniquement de deux types de matériaux élastomères dont l’un est conducteur électrique et l’autre non, un capteur de conception très simple peut être réalisé. De plus, le fait que la cavité interne de l’élément tubulaire s’étende de manière continue sur toute la longueur de l’élément tubulaire permet d’obtenir un capteur relativement sensible. [0010] Le capteur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-après.
[0011] Le capteur selon l’invention présente deux parties conductrices : la détection d’une pression exercée sur le capteur résulte non pas de la mesure d’une pression de gaz à l’intérieur de l’élément tubulaire mais par une mesure de tension entre les parties conductrices du capteur qui va varier en fonction des déformations subies par l’élément tubulaire engendrant une mise en contact des parties conductrices. L’élément tubulaire peut ainsi être fermé ou non à ses extrémités.
[0012] La cavité de l’élément tubulaire peut s’étendre de manière continue (une unique cavité) ou discontinue (plusieurs cavités ne communiquant pas entre elles) sur toute la longueur de l’élément tubulaire. Toutefois, pour une meilleure précision de mesure, cette cavité s’étend de préférence de manière continue sur toute la longueur de l’élément tubulaire.
[0013] La réalisation d’un capteur élastomère tubulaire comportant des matériaux polymères élastiques aux propriétés de dureté susmentionnées permet de réaliser un capteur élastomère tubulaire de relativement grande longueur (au moins 10-20 cm) et de l’agencer en spirale ou en serpentin sans que cet agencement ne provoque un contact entre les parties conductrices. Ainsi, un unique capteur élastomère tubulaire selon l’invention peut être agencé en spirale ou en serpentin sur une surface et permettre la détection d’une pression exercée en différents points de cette surface. L’utilisation d’un unique capteur permet de simplifier la réalisation d’un système de capteur de déformation (un seul circuit électrique nécessaire, de même qu’un seul module de détection et un seul module de traitement des données). De plus, le capteur élasto- mère tubulaire étant réalisé entièrement en matériau polymère, il peut être réalisé de manière très simple, à faible coût, par moulage ou extrusion ou calendrage.
[0014] Avantageusement, afin de protéger l’élément tubulaire, le capteur élastomère tubulaire peut comprendre une gaine flexible constituée d’un troisième matériau polymère élastique isolant électriquement entourant l’élément tubulaire sur toute sa longueur, et présentant option- nellement une épaisseur inférieure à une épaisseur des parties conductrices de l’élément tubulaire. Ce troisième matériau polymère peut être identique ou non au deuxième matériau polymère, de préférence identique pour faciliter la fabrication du capteur. Dans un mode de réalisation particulier, le deuxième matériau polymère de l’élément tubulaire peut faire partie de la gaine : dans ce cas, l’épaisseur de l’élément tubulaire peut ne pas être constante sur toute sa section transversale, notamment, l’épaisseur du matériau polymère élastique isolant peut être supérieure à l’épaisseur des parties conductrices.
[0015] Avantageusement, le troisième matériau polymère peut présenter une troisième dureté Shore A supérieure à la première dureté Shore A d’au moins 5 points, optionnellement de 5 à 50 points, de 10 à 40 points ou de 10 à 30 points, ou d’une valeur comprise dans tout intervalle défini par deux quelconques des limites précitées. Avantageusement, la troisième dureté Shore A peut être identique ou inférieure à la deuxième dureté Shore A. Alternativement, on peut réaliser la gaine flexible en un matériau présentant une dureté Shore A plus élevée que celle du deuxième matériau polymère, il est alors préférable que l’épaisseur de la gaine flexible soit inférieure à l’épaisseur du deuxième matériau polymère et/ou du premier matériau polymère.
[0016] Le capteur élastomère tubulaire selon l’invention peut ainsi être constitué de l’élément tubulaire seul ou de l’élément tubulaire entouré de la gaine flexible. Il est notamment dépourvu d’insert métallique.
[0017] Avantageusement, chaque matériau polymère élastique peut présenter une dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4 :2018 qui est de 40 à 90 points, de préférence de 50 à 90 points, davantage de préférence de 60 à 85 points, de manière encore plus préférée de 70 à 90 ou de 70 à 80 points, ou comprise dans un intervalle défini par deux quelconques des limites précédentes. En particulier, on pourra mesurer selon la norme ISO 48-4 :2018 la dureté Shore A stabilisée dont la mesure est prise après 3 secondes d’application d’une force. On rappelle que la dureté Shore A est une échelle de mesure de 0 à 100 et dont les valeurs varient le plus souvent de 25 à 95 points.
[0018] Typiquement, pour de telles différences de duretés Shore A, le deuxième matériau polymère, et optionnellement le troisième matériau polymère, peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, éventuellement les trois :
(i) un allongement à la rupture supérieur à l’allongement à la rupture du premier matériau polymère,
(ii) une contrainte à la rupture inférieure à celle du premier matériau polymère,
(iii) une contrainte à 100% d’allongement supérieure à celle du premier matériau polymère. [0019] L’allongement à la rupture du deuxième matériau, optionnellement du troisième matériau, pourra être supérieur à l’allongement à la rupture du premier matériau d’au moins 5% ou d’au moins 8% ou d’au moins 10%, par exemple de 5 à 15% ou de 8 à 15%. Notamment, chaque matériau polymère peut présenter un allongement à la rupture de 350 à 500%.
[0020] La contrainte à la rupture du deuxième matériau, optionnellement du troisième matériau, peut être inférieure à celle du premier matériau de 2 à 7Mpa, de préférence de 2,5 à 6 Mpa ou de 3 à 5Mpa. Notamment, chaque matériau polymère peut présenter une contrainte à la rupture de 5 à 15Mpa, de préférence de 6 à 13Mpa.
[0021] La contrainte à 100% d’allongement du deuxième matériau, optionnellement du troisième matériau, peut être supérieure à celle du premier matériau de 0,5 à 5Mpa ou de 0,5 à 3 Mpa ou de 0,5 à 2Mpa. Notamment, chaque matériau polymère peut présenter une contrainte à 100% d’allongement de 2 à 7 Mpa, de préférence de 3 à 6 Mpa.
[0022] Les mesures d’allongement à la rupture, de contrainte à la rupture et de contrainte à 100% d’allongement peuvent être effectuées selon la norme ISO 37-2017, type 2 (500mm/min), notamment à 23°C.
[0023] De manière générale, par « matériau polymère élastique », on entend un matériau élastique capable de revenir à sa forme initiale à la suite d’une déformation. Typiquement, un matériau est dit élastique lorsqu’il se rétracte en 1 minute à moins de 1,5 fois sa longueur d’origine après avoir été étiré à température ambiante (18 à 29 °C) à deux fois sa longueur d’origine et maintenu pendant 1 minute avant libération.
[0024] Avantageusement, le premier matériau polymère élastique conducteur peut comprendre une matrice en matériau polymère élastique isolant à laquelle on a ajouté une charge conductrice. Le matériau polymère élastique isolant de la matrice peut être choisi parmi du caoutchouc, du caoutchouc synthétique (aussi appelé « EPDM » pour « Ethylène Propylène Diène Monomère »), du polypropylène (PP), du polyéthylène (PE), du poly(styrene-butadiene- styrene) (SBS), dupoly(styrene-ethylene-butadiene-styrene (SEBS), de l’ acide polylactique, du silicone, du polyuréthane et un élastomère thermoplastique. L’élastomère thermoplastique (aussi appelé « TPE ») comprend typiquement un composant élastomère et un composant rigide (généralement un bloc thermoplastique). Un élastomère thermoplastique peut être un mélange physique de polymères ou encore un copolymère bloc (polyamides, polyéther-esters, polysty- roles, polyuréthanes). Les élastomères thermoplastiques qui sont des mélanges physiques de polymères peuvent être des mélanges de polyoléfines, tels que les mélanges PP/EPDM (PP : polypropylène) ou des mélanges vulcanisés dynamiquement. Les élastomères thermoplastiques qui sont des copolymères blocs peuvent être des copolymères à blocs styréniques (SBC), des copolymères à blocs polyamide/élastomère (COPA), des copolymèrse à blocs polyéther es- ter/élastomère (COPE) et des copolymères à blocs polyuréthane/élastomère (TPU). Le composant élastomère peut être du polybutadiène, du poly(éthylène-co-alcène), du polyisobutylène, du poly(oxyéthylène), du poly(ester), du polysiloxane ou n’importe quel élastomère, tandis que le composant rigide (thermoplastique) peut être du polystyrène, du poly(méthacrylate de méthyle), de l’uréthane, de l’ionomère - poly(éthylène-co-acide acrylique) (sel de sodium, de Mg ou de Zn), du monomère éthylène -propylène-diène et des fluoropolymères. [0025] La charge conductrice peut comprendre des poudres et/ou des fibres, qui peuvent être métalliques ou contenir (ou être formées par) du carbone (noir de carbone, graphite, ou similaire). Le taux de la charge conductrice dans la matrice polymère pourra être choisi de manière à obtenir un matériau polymère conducteur présentant une résistivité volumique électrique suffisamment faible pour assurer un bon fonctionnement du capteur et suffisamment élevée pour permettre une détection d’un changement de tension ou de résistance provoqué par une variation de la surface de contact entre les parties conductrices. Typiquement, le premier matériau polymère conducteur pourra présenter une résistivité volumique électrique d’au plus 106 Ohm.cm et d’au moins 102 Ohm.cm. La résistivité volumique électrique peut par exemple être mesurée suivant la méthode décrite au paragraphe 3.3 du document VOLKSWAGEN PV1015 (04/2015).
[0026] Le matériau polymère élastique isolant formant le deuxième matériau polymère ou le troisième matériau polymère, peut être choisi parmi l’un des matériaux polymères élastiques isolants listés ci-dessus. Il pourra être identique ou non à la matrice de matériau polymère isolant du matériau polymère conducteur. En particulier, des matériaux polymères de la même famille de matériau polymère pourront être utilisé pour les différents matériaux polymères, ces matériaux polymères présentant éventuellement des masses molaires différentes. Typiquement, le matériau polymère élastique isolant, formant la matrice du premier matériau polymère, le deuxième matériau polymère ou le troisième matériau polymère, pourra présenter une résistivité électrique volumique d’au moins 108 Ohm.cm.
[0027] Notamment, la matrice en matériau polymère élastique isolant, le deuxième matériau polymère, et optionnellement le troisième matériau polymère, peuvent être choisis indépendamment les uns des autres parmi la liste de matériaux polymères élastiques isolants précités. [0028] Avantageusement, la cavité de l’élément tubulaire peut présenter une dimension interne minimale, mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale du capteur, de 0,1 mm à 3 mm, de préférence de 0,3 à 2,5mm. Cette dimension interne correspond notamment à la distance minimale séparant les parties conductrices de l’élément tubulaire dans la cavité, en section transversale. Elle pourra notamment être choisie par l’homme du métier en fonction de la sensibilité souhaitée du capteur pour une forme donnée. La dimension interne maximale de la cavité, et notamment la dimension interne maximale séparant les parties conductrices, pourra être de 2 mm à 25 mm, de préférence de 2 à 20mm.
[0029] Les dimensions externes de l’élément tubulaire, mesurées dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale du capteur, peuvent être de 1 mm à 35 mm ou de 1,2 mm à 20 mm. Un capteur de relativement faibles dimensions en section transversale peut ainsi être réalisé, sa longueur pouvant aller de 10-20cm à plusieurs mètres.
[0030] Quels que soient les matériaux utilisés, l’épaisseur de la paroi de l’élément tubulaire peut avantageusement être de 0,4 mm à 10mm, de préférence de 0,4 à 6 mm ou comprise dans un intervalle défini par deux de ces limites. Généralement, cette épaisseur est élevée pour des éléments tubulaires de grandes dimensions et faible pour des éléments tubulaires de plus faibles dimensions.
[0031] L’élément tubulaire du capteur peut présenter différentes formes de section transversale, cette dernière pouvant être rectangulaire, trapézoïdale, circulaire, ovale, en forme de demi-cercle ou en forme de demi-ovale.
[0032] L’élément tubulaire peut présenter une épaisseur constante en tout point de sa périphérie et sur toute sa longueur. Alternativement, l’une des parties conductrices de l’élément tubulaire peut présenter, du côté de la cavité, une nervure longitudinale augmentant localement l’épaisseur de l’élément tubulaire. La dimension minimale de la cavité mentionnée plus haut correspond alors à la distance séparant la nervure de l’autre partie conductrice.
[0033] Pour limiter davantage les risques de contact involontaire des parties conductrices de l’élément tubulaire lors de sa mise en forme en spirale ou en serpentin, l’élément tubulaire peut comprendre au moins une des caractéristiques suivantes :
(i) chaque partie électriquement isolante s’étend sur une longueur de la périphérie de l’élément tubulaire, mesurée dans un plan transversal à la direction longitudinale de l’élément tubulaire, qui est de 0,5 à 3 fois une épaisseur minimale de l’élément tubulaire,
(ii) chaque partie électriquement isolante s’étend sur une longueur de la périphérie de l’élément tubulaire, mesurée dans un plan transversal à la direction longitudinale de l’élément tubulaire, qui est de 0,2 à 6 fois une dimension interne minimale de la cavité.
[0034] Avantageusement, les parties conductrices de l’élément tubulaire peuvent s’étendre suivant une direction rectiligne, parallèle à la direction longitudinale de l’élément tubulaire. Ceci peut également limiter les risques de contact involontaires.
[0035] Avantageusement, le capteur élastomère tubulaire selon l’invention peut comprendre un méplat s’étendant sur toute sa longueur le long de l’une des parties conductrices. Ce méplat est notamment réalisé sur une face externe du capteur. Ainsi, selon la configuration du capteur, l’élément tubulaire ou la gaine peut présenter ce méplat. Ceci permet d’éviter un mauvais positionnement du capteur par rapport à un support. Le capteur selon l’invention permet en effet de détecter une pression exercée sur lui lorsque ses parties conductrices sont mises en contact par écrasement de la cavité, c’est-à-dire quand on exerce une pression suivant une direction qui permet de rapprocher les deux parties conductrices. Les parties conductrices ne s’étendant pas sur toute la périphérie interne de la cavité, elles peuvent entrer en contact lorsqu’une pression est exercée sur le capteur suivant une direction permettant ce contact.
[0036] Afin de détecter une pression exercée sur lui, le capteur doit donc être positionné sur un support avec l’une de ses parties conductrices en contact direct (ou indirect via la gaine) avec le support de sorte qu’une force exercée perpendiculairement ou sensiblement perpendiculairement au support permette de rapprocher les parties conductrices. Le méplat peut être réalisé sur toute la largeur de la partie conductrice (mesurée perpendiculairement à la direction longitudinale de l’élément tubulaire et perpendiculairement à la direction de rapprochement des parties conductrices) ou sur une partie de sa largeur (de préférence alors centrée sur le milieu de la partie conductrice dans le sens de sa largeur).
[0037] L’invention concerne également un agencement de capteur élastomère tubulaire comprenant un support en matériau polymère électriquement isolant et un capteur élastomère tubulaire selon l’invention. Selon l’invention, le support présente une face de support, généralement plane, et le capteur élastomère tubulaire est disposé sur la face de support en spirale et/ou en serpentin, l’une de ses parties conductrices s’étendant en regard de la face de support (dirigée vers celle-ci). Notamment, l’espace entre des portions adjacentes du capteur élastomère tubulaire peut être de 5mm à 1 mètre. Généralement, plus les dimensions externes de l’élément tubulaire du capteur seront grandes, plus cet espace sera grand. On comprend ainsi que l’on peut couvrir une grande partie de la surface du support avec le capteur élastomère tubulaire. Ainsi, la partie conductrice peut reposer directement sur la face de support en absence de gaine ou la gaine peut être interposée entre cette face de support et la partie conductrice lorsqu’elle est présente. En raison de la configuration particulière du capteur élastomère tubulaire (possibilité de réaliser un capteur de grande longueur), l’agencement selon l’invention peut comprendre un unique capteur élastomère tubulaire pour recouvrir la face de support.
[0038] Le capteur élastomère tubulaire peut avantageusement être assemblé au support par un ou plusieurs des moyens suivants : (i) des agrafes, (ii) des brides, (iii) de la colle, (iv) une bande adhésive, notamment une bande adhésive double face et/ou une bande adhésive reposi- tionnable, (v) une bande de type Velcro®, (vi) emboîtement de l’élément tubulaire dans une rainure du support, (vii) couture et (viii) fusion.
[0039] Avantageusement, lorsque le capteur élastomère tubulaire comprend un méplat s’étendant sur toute sa longueur le long de l’une des parties conductrices, c’est le méplat du capteur élastomère tubulaire qui repose sur la face de support. Ceci peut permettre de faciliter la fixation du capteur au support tout en assurant un bon positionnement du capteur par rapport au support.
[0040] Notamment, le support en matériau polymère peut être une plaque flexible ou rigide en matériau polymère électriquement isolant. Le matériau polymère pourra être choisi parmi les matériaux polymères électriquement isolants listés plus haut, et aussi parmi 1’ acrylonitrile butadiène styrène (ABS), le polyéthylène téréphtalate glycol (PETG), ou tout autre polymère pouvant servir de support selon l’utilisation souhaitée.
[0041] L’ agencement de capteur élastomère tubulaire peut en outre comprendre une couche de recouvrement en matériau polymère élastique recouvrant le capteur élastomère tubulaire et au moins la face de support, voire la totalité du support. Le matériau polymère élastique utilisé est alors de préférence isolant électrique, par exemple choisi parmi ceux précédemment listés. Cette couche de recouvrement permet de protéger le capteur élastomère tubulaire. L’agencement de capteur élastomère tubulaire peut alors former un tapis de détection ou autre.
[0042] L’invention concerne également un système de capteur de déformation comprenant :
- un capteur élastomère tubulaire ou un agencement de capteur élastomère tubulaire selon l’invention,
- un circuit électrique connecté électriquement aux parties conductrices de l’élément tubulaire du capteur élastomère tubulaire, ce circuit électrique étant fermé lorsque les parties conductrices sont en contact au travers de la cavité et ouvert lorsque les parties conductrices ne sont pas en contact,
- un module de détection optionnel relié au circuit électrique et configuré pour générer un signal représentatif de la valeur d’une tension mesurée entre les parties conductrices,
- un module de traitement relié au circuit électrique et configuré pour : (al) générer un signal lorsqu’une tension du circuit électrique est supérieure à une valeur seuil, - ou un module de traitement relié au module de détection (5) et configuré pour : (a2) recevoir le signal généré par le module de détection et déterminer une valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance, et
(bl) déterminer, à partir de la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance, si une pression est exercée sur le capteur élastomère tubulaire, puis générer un signal de détection d’une pression lorsqu’une pression est exercée, ou
(b2) déterminer, à partir à partir de la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance, au moins une information de position d’une pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, et optionnellement une information proportionnelle à une amplitude de la pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, puis générer un signal représentatif d’une information de position, et optionnellement un signal représentatif d’une information d’amplitude de pression.
[0043] Le module de traitement peut être relié directement au circuit électrique, sans module de détection.
[0044] Alternativement, le module de traitement peut être relié au module de détection.
[0045] Lorsque le module de traitement est configuré pour mettre en œuvre l’étape (al) ou les étapes (a2) et (bl), il fonctionne alors de manière similaire à un interrupteur. Lorsqu’il est configuré pour mettre en œuvre les étapes (a2) et (b2), il fonctionne alors de manière similaire à un détecteur de position et optionnellement à un détecteur de la pression exercée en un point donné du capteur.
[0046] Le système de capteur de déformation de l’invention peut être mis en œuvre avec un unique capteur élastomère tubulaire ou avec un agencement de capteur élastomère tubulaire comprenant un unique capteur élastomère tubulaire, et ne nécessite alors qu’un seul circuit électrique, le cas échéant un seul module de détection, et un seul module de traitement.
[0047] Dans un mode de réalisation, le module de traitement relié au module de détection peut être configuré pour :
(bl) comparer la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance avec une valeur seuil et déterminer qu’une pression est exercée sur le capteur élastomère tubulaire lorsque la valeur mesurée est supérieure à la valeur seuil.
[0048] Dans un mode de réalisation, le module de traitement relié au module de détection peut être configuré pour :
(b2) comparer la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance avec une pluralité de valeurs de référence, chaque valeur de référence correspondant à une tension mesurée, ou à une résistance mesurée, en une position spécifique de la longueur du capteur élastomère tubulaire, optionnellement pour une pression exercée d’une amplitude prédéterminée, puis déterminer l’information de position de la pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, optionnellement l’information d’amplitude de la pression exercée.
[0049] Le circuit électrique peut comporter trois fils conducteurs électriques : deux fils conducteurs reliés chacun à l’une des parties conductrices et à une alimentation électrique, et un troisième fil conducteur de mesure reliant l’une des parties conductrices au module de détection ou au module de traitement. Le module de détection ou le module de traitement est également relié au pôle négatif de l’alimentation électrique : la tension est ainsi mesurée par rapport à ce pôle négatif.
[0050] Le module de détection peut être un module de mesure de la tension, tel qu’un voltmètre numérique, par exemple un convertisseur analogique numérique (« CAN » ou « ADC » en anglais pour « analog to digital converter »).
[0051] Le module de détection peut notamment être intégré au module de traitement.
[0052] Lorsque le module de traitement est relié directement au circuit électrique, il peut alors comprendre un élément tel qu’un amplificateur opérationnel, par exemple configuré pour générer un signal (par exemple pour laisser passer le courant) lorsque la tension du circuit électrique est supérieure à une valeur seuil. Alternativement, le module de traitement peut comprendre d’autres types de composants électroniques tel qu’un transistor. On peut alors choisir un transistor présentant un seuil de détection défini qui génère un signal lorsque la tension du circuit électrique est supérieure à ce seuil de détection.
[0053] Lorsqu’il est relié au module de détection, le module de traitement peut comprendre un ou plusieurs processeurs, par exemple des microprocesseurs ou microcontrôleurs. Le ou les processeurs peuvent avoir des moyens de stockage qui peuvent être une mémoire vive (RAM), une mémoire morte programmable effaçable électriquement (EEPROM), une mémoire flash, une mémoire externe ou autre. Ces moyens de stockage peuvent, entre autres, stocker une base de données ou un programme. Le module de traitement peut être configuré pour recevoir et /ou transmettre des données, notamment à un dispositif d’affichage ou un système électronique distinct. Il peut être spécifiquement programmé à cet effet ou comprendre des moyens de communication, optionnellement bidirectionnels, avec le module de détection.
[0054] Quel que soit le mode de réalisation, le module de traitement peut en outre comprendre des moyens de communication, par exemple des interfaces de sortie ou d’entrée/sortie. Il peut s’agir d’interfaces interfaces de communication sans fil (Bluetooth, WIFI ou autre) ou des connecteurs (port réseau, port USB, port série, port Firewire®, port SCSI ou autre) pour communiquer avec des systèmes électroniques, tels qu’un ordinateur, un système électronique de contrôle d’un robot, un système électronique de contrôle d’un outil de réalité virtuelle ou tout autre système électronique de contrôle.
Description des figures
[0055] L’invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :
[0056] La figure 1 représente un système de capteur de déformation comprenant un capteur élastomère tubulaire selon un mode de réalisation de l’invention.
[0057] Les figures 2 à 6 sont des vues en coupe transversale d’un capteur de déformation selon différents modes de réalisation.
[0058] Les figures 7 et 8 sont des vues en perspectives d’agencement de capteur élastomère tubulaire selon différents modes de réalisation.
[0059] Sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.
[0060] La figure 1 représente un capteur élastomère tubulaire 1 comprenant un élément tubulaire 10 en matériau polymère élastique présentant une cavité 12 s’étendant sur toute sa longueur. Le capteur 1 selon l’invention est conçu pour présenter une longueur assez longue, typiquement supérieure à 10-20 cm et pouvant atteindre 2 à 5 mètres. Il peut ainsi être agencé en spirale ou en serpentin sur un support, tel que décrit plus bas, pour couvrir une surface.
[0061] Le capteur élastomère tubulaire 1 selon l’invention présente ainsi une longueur, mesurée suivant sa direction longitudinale L, très supérieure aux dimensions de sa section transversale (prise perpendiculairement à sa direction longitudinale L). La longueur du capteur est typiquement au moins 5 fois plus grande, le plus souvent au moins 100, voire au moins 500 fois ou au moins 1000 fois plus grande que sa largeur ou sa hauteur mesurées dans sa section transversale.
[0062] La cavité 12 de l’élément tubulaire présente typiquement une dimension interne minimale, mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale du capteur, de 0,1 mm à 3 mm, de préférence de 0,3 à 2,5mm.
[0063] En général, l’épaisseur de l’élément tubulaire 10, définie comme l’épaisseur de matériau s’étendant depuis une face interne de l’élément tubulaire définissant la cavité jusqu’à une face externe de l’élément tubulaire et mesurée en section transversale, peut être de 0,4 à 10mm, de préférence de 0,4 à 6 mm.
[0064] L’élément tubulaire est constitué sur toute sa longueur d’un premier matériau polymère conducteur électrique et d’un deuxième matériau polymère isolant électrique. Le premier matériau polymère forme deux parties conductrices 14a, 14b de l’élément tubulaire s’étendant en regard l’une de l’autre. Le deuxième matériau polymère s’étend entre les deux parties conductrices 14a, 14b afin de les isoler électriquement. Le deuxième matériau polymère forme ainsi deux parties électriquement isolantes 16a, 16b, chacune s’étendant entre deux parties conductrices 14a, 14b afin de les séparer. En outre, le premier matériau polymère présente une première dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4 :2018, le deuxième matériau polymère présente une deuxième dureté Shore A mesurée selon la norme 48-4 :2018, et la deuxième dureté Shore A est supérieure de la première dureté Shore A d’au moins 5 points, optionnelle- ment de 5 à 50 points, , tel que précédemment expliqué. Les matériaux utilisables et leurs propriétés élastiques peuvent être tel que précédemment décrit.
[0065] A titre d’exemple, on pourra utiliser comme matériaux des matériaux présentant les caractéristiques rassemblées table 1. On pourra par exemple utiliser, un premier matériau polymère comprenant une matrice en caoutchouc ou en EPDM, et un deuxième matériau polymère en caoutchouc ou en EPDM. L’invention n’est toutefois pas limitée à un type de matériau polymère élastique, pourvu que les matériaux choisis présentent des duretés Shore A tel que précédemment décrit.
[0066] Table 1
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000013_0001
[0067] Cet arrangement particulier des parties conductrices et isolantes ainsi que leurs différences d’élasticité caractérisées notamment par leur dureté Shore A permettent d’agencer le capteur 1 en serpentin et/ou en spirale sans provoquer de contact entre les parties conductrices résultant de cette mise en forme en serpentin et/ou spirale.
[0068] Dans l’exemple représenté figure 1, le capteur 1 fait partie d’un système de capteur de déformation 100 comprenant en outre un circuit électrique 3, un module de détection 5 et un module de traitement 7.
[0069] Le circuit électrique 3 est connecté électriquement aux parties conductrices 14a, 14b de l’élément tubulaire 10 du capteur 1. Ce circuit électrique 3 est ainsi fermé lorsque les parties conductrices 14a, 14b sont en contact au travers de la cavité 12 (suite à l’exercice d’une pression suivant une direction D rapprochant les parties conductrices jusqu’à ce qu’elles se touchent) et ouvert lorsque les parties conductrices 14a, 14b ne sont pas en contact (cas représenté figure 1).
[0070] Le circuit électrique 3 comporte trois fils conducteurs électriques : deux fils conducteurs 30, 32 reliés chacun à l’une des parties conductrices 14a, 14b, et à une alimentation électrique 15, dont l’un est un fil conducteur 30 relié à la borne positive de l’alimentation électrique 15 et l’autre est un fil conducteur 32 relié à la borne négative de l’alimentation électrique 15. Le circuit électrique comprend un troisième fil conducteur 34 de mesure qui relie l’une des parties conductrices, ici la partie conductrice 14b, au module de détection 5, lequel est également relié au pôle négatif de l’alimentation électrique 15.
[0071 ] Tel que déjà expliqué, le module de détection 5 est configuré pour générer un signal représentatif de la valeur d’une tension mesurée entre les parties conductrices. On pourra en particulier utiliser un CAN présentant une résolution plus ou moins élevée pour une sensibilité plus ou moins importante de la mesure. Par exemple, un CAN 12 bits permet de fournir un signal numérique de 0 à 212=4095. Lorsque le CAN mesure une tension en entrée maximale, le signal numérique émis par le CAN sera de 4095. Pour toute valeur de tension intermédiaire entrant dans le CAN, le signal numérique émis aura donc une valeur comprise entre 0 et 4095. La tension mesurée par le CAN sera d’autant plus élevée que la surface de contact des parties conductrices sera grande.
[0072] Ainsi, lorsque les parties conductrices entrent en contact l’une avec l’autre, l’intensité du signal généré par le module de détection va augmenter au fur et à mesure que la surface de contact entre les parties conductrices augmente. Autrement dit, l’intensité du signal est proportionnelle à la surface en contact des parties conductrices et par conséquent à la tension mesurée entre les parties conductrices du capteur de déformation. Cette relation entre l’intensité du signal généré par le module de traitement et la surface de contact des parties conductrices résulte du fait que les parties conductrices présentent une résistivité volumique électrique suffisamment élevée pour que le changement de tension provoqué par une variation de la surface de contact entre les parties conductrices puisse être détectée par le module de détection. Les matériaux polymères conducteurs ont en général une résistivité volumique de 104 Ohm.cm ou plus. Des matériaux polymères conducteurs utilisables dans la présente invention peuvent présenter une résistivité volumique de 1020hm.cm à 106 Ohm.cm
[0073] Le module de traitement 7 est quant à lui configuré (programmé) pour :
[0074] (a2) recevoir le signal généré par le module de détection et déterminer une valeur mesurée (i) de tension, et optionnellement la valeur mesurée (ii) de résistance, et
[0075] (bl) déterminer, à partir de la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance, si une pression est exercée sur le capteur élastomère tubulaire, puis générer un signal de détection d’une pression lorsqu’une pression est exercée, ou
[0076] (b2) déterminer, à partir à partir de la valeur mesurée de tension (i) ou de résistance
(ii), au moins une information de position d’une pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, et optionnellement une information proportionnelle à une amplitude de la pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, puis générer un signal représentatif d’une information de position, et optionnellement un signal représentatif d’une information d’amplitude de pression.
[0077] La détermination de la valeur de résistance mesurée au cours de l’étape (a2) peut comprendre l’utilisation d’une résistance de référence, qui est une résistance physique réelle 17 de valeur connue montée dans le circuit électrique entre le pôle positif de l’alimentation électrique 15 et l’une des parties conductrices. La valeur de résistance mesurée Rm (qui correspond à la résistance de la partie conductrice à laquelle est connectée le fil conducteur de mesure) est alors déterminée à partir de la valeur Ui de tension mesurée du circuit électrique (tension entre le fil conducteur de mesure 34 et le pôle négatif de l’alimentation électrique 15), d’une tension d’alimentation U (mesurée entre le fil conducteur 30 et le fil conducteur 32), et de la résistance Rf de la résistance de référence 17. En utilisant la formule d’un pont diviseur de tension Ui = U . Rm/(Rm + Rf), on peut alors déterminer Rm.
[0078] L’étape (bl) est généralement mise en œuvre par comparaison de la valeur de tension mesurée ou de la valeur de résistance mesurée avec une valeur seuil. Cette valeur seuil peut être déterminée par expérimentation, en fonction du seuil de détection souhaité, lequel peut varier selon l’utilisation finale. On notera que ce seuil dépendra de la forme et des matériaux du capteur tubulaire élastomère : plus les matériaux seront rigides, plus le seuil sera élevé. En outre, plus la cavité interne sera de faibles dimensions, plus le seuil sera faible. On comprend ainsi qu’en choisissant les matériaux et les dimensions de la cavité, l’homme du métier peut réaliser des capteurs présentant différents seuils de détection.
[0079] Le module de traitement 7 est alors configuré pour déterminer qu’une pression est exercée sur le capteur élastomère tubulaire lorsque la valeur mesurée est supérieure à la valeur seuil.
[0080] L’étape (b2) est généralement mise en œuvre par comparaison de la valeur de tension mesurée ou de la valeur de résistance mesurée avec une pluralité de valeurs de référence, chaque valeur de référence correspondant à une tension mesurée, ou à une résistance mesurée, en une position spécifique de la longueur du capteur élastomère tubulaire, optionnellement pour une pression exercée d’une amplitude prédéterminée. Le module de traitement 7 est alors configuré pour déterminer l’information de position de la pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, optionnellement l’information d’amplitude de la pression exercée.
[0081] On pourra par exemple établir préalablement une base de données de ces valeurs de référence, typiquement par expérimentation. Cette base de données peut par exemple être établie lors d’une opération de calibration au cours de laquelle on enregistre les signaux générés par le capteur en différentes positions de référence de sa longueur, et éventuellement, pour différentes amplitudes de pression exercées en ces différents positions de référence. Ainsi, la base de données associe, à chaque position de référence, et éventuellement pour chaque amplitude de pression exercée en cette position de référence, un signal généré par le module de détection. Les positions de référence peuvent être réparties régulièrement sur la longueur du capteur. Le module de traitement 7 est alors configuré, notamment programmé, pour extraire de cette base de données une information de position de la pression exercée (identifiant la position de référence), et optionnellement une information d’amplitude de la pression exercée.
[0082] Cette base de données pourra notamment être établie par l’utilisateur, le capteur étant agencé en spirale et/ou en serpentin sur un support.
[0083] Alternativement, le système de capteur de déformation peut comprendre uniquement un module de traitement relié directement au circuit électrique, et comprenant un amplificateur opérationnel qui ne laissera passer le courant que lorsque la tension entre les fils conducteurs auxquels il est connecté (fil conducteur 32 et fil conducteur de mesure 34) est supérieure à une valeur seuil. Dans ce mode de réalisation, il n’est pas nécessaire de prévoir une résistance physique réelle 17 dans le circuit électrique.
[0084] Dans l’exemple représenté figure 1, le capteur élastomère tubulaire 1 est constitué uniquement de l’élément tubulaire. L’invention n’est toutefois pas limitée à ce mode de réalisation.
[0085] Ainsi, tel que représenté figure 2, l’élément tubulaire 10 pourrait être enrobé sur toute sa longueur d’une gaine 18. Dans ce mode de réalisation, l’épaisseur de la gaine est de préférence inférieure à l’épaisseur des parties conductrices de l’élément tubulaire, ici inférieure à l’épaisseur de l’élément tubulaire, ce dernier présentant une épaisseur constante sur toute sa périphérie. La gaine 18 est en outre réalisée en un troisième matériau polymère élastique électriquement isolant, du type déjà décrit. Sa dureté Shore A peut notamment être choisie supérieure à la dureté Shore du premier matériau. A titre d’exemple, dans le mode de réalisation de la figure 2, la distance séparant les parties conductrices peut être de 1,6 à 2mm, l’épaisseur e des parties conductrices et isolantes peut être de 0,3 à 0,6 mm. Chaque partie isolante peut s’étendre sur une longueur de la périphérie (mesurée en section transversale) de 0,8 à 1,2 mm, le diamètre externe de l’élément tubulaire peut être de 3,5 à 4 mm.
[0086] Dans l’exemple représenté figures 1 et 2, l’élément tubulaire 10 du capteur 1 présente une section transversale (section perpendiculaire à la direction longitudinale L du capteur) de forme circulaire, notamment sa face externe présente une section circulaire sur toute la longueur du capteur 1.
[0087] D’autres formes de section de l’élément tubulaire 10 sont néanmoins possibles, tel que représenté schématiquement sur les figures 3 à 6.
[0088] Notamment, figure 3, le capteur tubulaire 10 présente un méplat 20 s’étendant sur sa surface externe, sur toute sa longueur le long de l’une 14b des parties conductrices. La section transversale de l’élément tubulaire reste globalement circulaire, mais est plane du côté du méplat 20. Lorsque l’élément tubulaire 10 est entouré d’une gaine 18, le méplat 20’ est alors réalisé sur la gaine 18. Atitre d’exemple, dans le mode de réalisation de la figure 3, la distance séparant les parties conductrices (au travers de la cavité 12) peut être de 1,6 à 2 mm, l’épaisseur e des parties conductrices et isolantes peut être de 0,3 à 0,6 mm. Chaque partie isolante peut s’étendre sur une longueur €i de la périphérie (mesurée en section transversale) de 0,8 à 1,2 mm, le diamètre externe maximal de l’élément tubulaire peut être de 3,5 à 4 mm.
[0089] Dans le mode de réalisation de la figure 4, l’élément tubulaire 10 présente une section de forme hémicirculaire. L’une des parties conductrices 14b est ici plane sur toute sa longueur (formant ainsi le méplat 20 de la figure 3), et l’autre partie conductrice 14a ainsi que les parties isolantes 16a, 16b présentant une section transversale hémicirculaire. Dans cet exemple, la partie conductrice 14a opposée à la partie conductrice formant un méplat comporte, du côté de la cavité 12, une nervure longitudinale 15 augmentant localement l’épaisseur de l’élément tubulaire 10. Cette nervure 15 pourrait également être prévue sur les autres modes de réalisation décrits. Dans ce mode de réalisation, l’élément tubulaire 10 peut être enrobé d’une gaine 18 optionnelle, qui présente alors le méplat 20’. Atitre d’exemple, dans le mode de réalisation de la figure 4, la distance séparant les parties conductrices au travers de la cavité peut être de 0,1 à 0,4 mm, l’épaisseur des parties conductrices et isolantes peut être de 0,6 à 1 mm. Chaque partie isolante peut s’étendre sur une longueur €i de la périphérie (mesurée en section transversale) de 0,8 à 1,2 mm, la hauteur h de l’élément tubulaire (mesurée dans la section transversale) peut être de 2,4 à 3 mm, la largeur € de l’élément tubulaire (mesurée dans la section transversale) peut être de 5 à 6 mm.
[0090] Dans le mode de réalisation de la figure 5, l’élément tubulaire 10 présente une section de forme rectangulaire. Ici, chaque partie conductrice 14a, 14b se présente sous la forme d’une bande plane séparée par les deux parties isolantes 16a, 16b qui s’étendent perpendiculairement entre elles. A noter que les parties isolantes pourraient s’étendre sur toute la hauteur de la section transversale de l’élément tubulaire 10. Ici, le méplat 20 est donc formé par la face externe de la partie conductrice, comme dans les exemples des figures 3 ou 4. Lorsque la gaine 18 optionnelle est présente, un méplat 20’ est réalisé sur la gaine. A titre d’exemple, dans le mode de réalisation de la figure 5, la distance séparant les parties conductrices au travers de la cavité peut être de 0,4 à 2,5 mm, l’épaisseur e des parties conductrices et isolantes peut être de 0,4 à 5,5 mm. Chaque partie isolante peut s’étendre sur une longueur Ci de la périphérie (mesurée en section transversale) de 0,5 à 4 mm, la hauteur h de l’élément tubulaire (mesurée dans la section transversale) peut être de 1 à 6 mm, la largeur € de l’élément tubulaire (mesurée dans la section transversale) peut être de 8 à 20 mm.
[0091] Le mode de réalisation de la figure 6 est similaire à celui de la figure 5, mais ici les parties isolantes 16a et 16b font partie de la gaine 18. Les parties conductrices 14a et 14b sont ainsi situées partiellement en regard l’une de l’autre suivant la direction D d’exercice de la pression. La section transversale du capteur est ainsi de forme rectangulaire, de même que la section de la gaine 18, mais chaque partie conductrice présente une section en forme de L. Le méplat 20’ fait ici partie de la gaine 18. Dans ce mode de réalisation, l’épaisseur de la gaine peut également être inférieure à l’épaisseur des parties conductrices.
[0092] L’invention n’est toutefois pas limitée par les formes décrites en référence aux figures 2 à 6, pourvue que les parties conductrices soient isolées électriquement l’une de l’autre par les parties isolantes et que les matériaux utilisés présentent des élasticités différentes définies par leur dureté Shore A. On pourrait notamment prévoir un élément tubulaire de section transversale trapézoïdale, ovoïde ou autre.
[0093] Les parties conductrices et isolantes peuvent en outre être définies de la manière suivante :
[0094] (i) chaque partie électriquement isolante 16a, 16b s’étend sur une longueur de la périphérie de l’élément tubulaire, mesurée dans un plan transversal à la direction longitudinale de l’élément tubulaire, qui est de 0,5 à 3 fois une épaisseur minimale de l’élément tubulaire, et/ou
[0095] (ii) chaque partie électriquement isolante 16a, 16b s’étend sur une longueur de la périphérie de l’élément tubulaire, mesurée dans un plan transversal à la direction longitudinale de l’élément tubulaire, qui est de 0,2 à 6 fois une dimension minimale de la cavité.
[0096] Le capteur élastomère tubulaire selon l’invention peut ainsi être disposé sur un support présentant une face de support plane, soit en serpentin, soit en spirale ou combinant les deux arrangements.
[0097] La figure 7 représente ainsi un agencement 40 selon l’invention comportant un support 42, ici en forme de disque, sur une face de support 43 duquel est disposé un capteur 1 selon l’invention en spirale. Le capteur est positionné de sorte que l’une de ses parties conductrices (de préférence une partie conductrice présentant un méplat 20 ou le méplat 20 ’de la gaine 18 lorsqu’elle est présente) soit en contact avec le support. De cette manière, une pression exercée dans une direction D sensiblement perpendiculaire à la face du support recevant le capteur, peut être détectée par le capteur 1. Le capteur 1 est fixé au moyen d’agrafes 44. Ce support 42 peut notamment former un boitier rigide lequel peut recevoir le circuit électrique 3, le module de détection 5 et le module de traitement 7. L’une des extrémités du capteur 1 (celle raccordée au circuit électrique 3) peut alors être insérée à l’intérieur du boîtier 42 via un orifice 45.
[0098] La figure 8 représente un agencement 40’ selon l’invention comportant un support 42’, ici en forme de plaque rectangulaire, sur une face de support 43’ duquel est disposé un capteur 1 selon l’invention en serpentin. Comme dans le mode de réalisation de la figure 7, l’une des parties conductrices du capteur est en contact avec le support. Le capteur 1 est fixé au support 42’ par collage. Le support 42’ peut former une plaque rigide ou souple, servant par exemple de base à un tapis. [0099] L’invention n’est pas limitée par ces modes de réalisation : notamment le mode de fixation du capteur au support peut être différent et plusieurs modes de fixation peuvent être combinés. L’invention n’est pas limitée non plus à une forme et épaisseur du support, ni par l’arrangement du capteur. Notamment, selon la forme du support, on peut envisager que le capteur soit agencé en spirale dans certaines zones du support et agencé en serpentin dans d’autres zones du support, ou qu’il y ait plusieurs spirales ou plusieurs serpentins.
[0100] Dans ces deux modes de réalisation, on remarque ainsi qu’avec un unique capteur il est possible de détecter une pression exercée sur quasiment toute la surface du support, notamment une pression exercée par un pied ou une main.
[0101] Quel que soit le mode de fixation du capteur et 1 ’ arrangement de celui-ci en serpen- tin et/ou spirale, l’agencement peut comprendre une couche de recouvrement 46 en matériau polymère élastique recouvrant le capteur élastomère tubulaire 1 et au moins la face de support. Cette couche peut être relativement mince, par exemple de 0,5 à 20 mm. Elle est représentée partiellement sur la figure 8.

Claims

Revendications
1. Capteur élastomère tubulaire (1) comprenant un élément tubulaire (10) en matériau polymère élastique présentant une cavité (12) s’étendant sur toute sa longueur, caractérisé en ce que :
- l’élément tubulaire (10) est constitué sur toute sa longueur d’un premier matériau polymère conducteur électrique et d’un deuxième matériau polymère isolant électrique, le premier matériau polymère formant deux parties conductrices (14a, 14b) de l’élément tubulaire s’étendant au moins partiellement en regard l’une de l’autre, le deuxième matériau polymère formant deux parties électriquement isolantes (16a, 16b) s’étendant entre les deux parties conductrices afin de les isoler électriquement,
- le premier matériau polymère présente une première dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4 :2018, le deuxième matériau polymère présente une deuxième dureté Shore A mesurée selon la norme ISO48-4 :2018, la deuxième dureté Shore A étant supérieure de la première dureté Shore A d’au moins 5 points, optionnellement de 5 à 50 points.
2. Capteur élastomère tubulaire (1) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il comprend une gaine flexible (18) constituée d’un troisième matériau polymère élastique isolant électriquement entourant l’élément tubulaire sur toute sa longueur, et présentant optionnellement une épaisseur inférieure à une épaisseur des parties conductrices (14a, 14b) de l’élément tubulaire, optionnellement le troisième matériau polymère présente une troisième dureté Shore A supérieure à la première dureté Shore A d’au moins 10 points.
3. Capteur élastomère tubulaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque matériau polymère présente une dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4:2018 qui est de 40 à 90 points.
4. Capteur élastomère tubulaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier matériau polymère conducteur électrique comprend une matrice en matériau polymère élastique isolant et une charge conductrice.
5. Capteur élastomère tubulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matrice en matériau polymère élastique isolant, le deuxième matériau polymère, et optionnellement le troisième matériau polymère, sont choisis indépendamment les uns des autres parmi du caoutchouc, du caoutchouc synthétique, du polypropylène, du polyéthylène, du poly(styrene-butadiene-styrene), du poly(styrene-ethylene-butadiene-styrene, de l’acide polylactique, du silicone, du polyuréthane et un élastomère thermoplastique.
6. Capteur élastomère tubulaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité (12) de l’élément tubulaire (10) présente une dimension interne minimale, mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale du capteur, de 0,1 mm à 3 mm, de préférence de 0,3 à 2,5mm.
7. Capteur élastomère tubulaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’élément tubulaire (10) comprend au moins une des caractéristiques suivantes : (i) chaque partie électriquement isolante (16a, 16b) s’étend sur une longueur de la périphérie de l’élément tubulaire, mesurée dans un plan transversal à la direction longitudinale de l’élément tubulaire, qui est de 0,5 à 3 fois une épaisseur minimale de l’élément tubulaire, (ii) chaque partie électriquement isolante (16a, 16b) s’étend sur une longueur de la périphérie de l’élément tubulaire, mesurée dans un plan transversal à la direction longitudinale de l’élément tubulaire, qui est de 0,2 à 6 fois une dimension interne minimale de la cavité.
8. Capteur élastomère tubulaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend un méplat (20, 20’) s’étendant sur toute sa longueur le long de l’une des parties conductrices (14a, 14b).
9. Agencement (40, 40’) de capteur élastomère tubulaire comprenant un support (42, 42’) en matériau polymère électriquement isolant et un capteur élastomère tubulaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le support (42, 42’) présente une face de support (43, 43’) et en ce que le capteur élastomère tubulaire (1) est disposé sur la face de support en spirale et/ou en serpentin, l’une de ses parties conductrices (14a, 14b) s’étendant en regard de la face de support.
10. Agencement (40, 40’) de capteur élastomère tubulaire selon la revendication 9, caractérisé en ce que le capteur élastomère tubulaire est fixé au support par un ou plusieurs des moyens suivants : (i) des agrafes, (ii) des brides, (iii) de la colle, (iv) une bande adhésive, notamment une bande adhésive double face et/ou repositionnable, (v) une bande de type Velcro®, (vi) emboîtement dans une rainure du support, (vii) couture et (viii) fusion.
11. Agencement (40, 40’) de capteur élastomère tubulaire selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le capteur élastomère tubulaire comprend un méplat (20, 20’) s’étendant sur toute sa longueur le long de l’une des parties conductrices et en ce que ce méplat repose sur la face de support.
12. Agencement (40, 40’) de capteur élastomère tubulaire selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu’il comprend une couche de recouvrement (46) en matériau polymère élastique recouvrant le capteur élastomère tubulaire (1) et au moins la face de support (43’).
13. Système de capteur de déformation (100) comprenant : un capteur élastomère tubulaire (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 ou un agencement (40, 40’) de capteur élastomère tubulaire selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, un circuit électrique (3) connecté électriquement aux parties conductrices de l’élément tubulaire du capteur élastomère tubulaire, ce circuit électrique étant fermé lorsque les parties conductrices sont en contact au travers de la cavité et ouvert lorsque les parties conductrices ne sont pas en contact, un module de détection (5) optionnel relié au circuit électrique et configuré pour générer un signal représentatif de la valeur d’une tension mesurée entre les parties conductrices, un module de traitement (7) relié au circuit électrique et configuré pour : (al) générer un signal lorsqu’une tension du circuit électrique est supérieure à une valeur seuil, ou un module de traitement (7) relié au module de détection (5) et configuré pour : (a2) recevoir le signal généré par le module de détection et déterminer une valeur mesurée (i) de tension, et optionnellement une valeur mesurée (ii) de résistance, et (bl) déterminer, à partir de la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance, si une pression est exercée sur le capteur élastomère tubulaire, puis générer un signal de détection d’une pression lorsqu’une pression est exercée, ou (b2) déterminer, à partir à partir de la valeur mesurée (i) de tension ou de (ii) résistance, au moins une information de position d’une pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, et optionnellement une information proportionnelle à une amplitude de la pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, puis générer un signal représentatif d’une information de position, et optionnellement un signal représentatif d’une information d’amplitude de pression.
14. Système de capteur de déformation (100) selon la revendication 13, caractérisé en ce que le module de traitement (7) relié au module de détection (5) est configuré pour : (bl) comparer la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance avec une valeur seuil et déterminer qu’une pression est exercée sur le capteur élastomère tubulaire lorsque la valeur mesurée est supérieure à la valeur seuil, ou (b2) comparer la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance avec une pluralité de valeurs de référence, chaque valeur de référence correspondant à une tension mesurée, ou à une résistance mesurée, en une position spécifique de la longueur du capteur élastomère tubulaire, optionnellement pour une pression exercée d’une amplitude prédéterminée, puis déterminer l’information de position de la pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, optionnellement l’information d’amplitude de la pression exercée.
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