Brevet FR2389895A1 — publié le 19781201

La présente invention concerne d'une manière générale, les détecteurs de mouvement et, plus particulièrement des détecteurs utilisant des éléments sensibles polymères et piézoélectriques. Le détecteur de mouvement selon la présente invention utilise un ou plusieurs éléments ou unités sensibles de détection, piézoélectriques, très souples, chargés par des poids0 De ce fait, les unités peuvent se courber ou fléchir de façon importante pour une forte sensibilité, une telle courbure étant concentrée dans une ou plusieurs parties de l'unité sensible pour augmenter encore la sensibilité et permettre l'utilisation de petites électrodes. Un détecteur selon la présente invention comprend un bottier dans lequel au moins une unité sensible est attachée par une ou plusieurs de ses extrémités sur la paroi interne dudit bottier. Chaque unité sensible comprend une couche de matériau piézoélectrique polymère et polarisé qui produit des charges opposées sur ses surfaces ou faces opposées quand il est soumis à un fléchissement ou autre déformation. Un poids associé à l'unité sensible ou de détection agit comme masse d'inertie pour augmenter la courbure de l'unité sensible lorsqu'on déplace le bottier. Ce fléchissement se produit en premier lieu dans les parties adjacentes aux endroits où l'unité sensible ou de détection est fixée sur le bottier; par ailleurs une électrode conductrice souple est montée dans ces parties et sur les faces opposées de la couche piézoélectrique.Les électrodes conductrices sont électriquement connectées à un circuit de détection qui produit un signal indiquant un déplacement de l'objet sur lequel est disposé le boîtier. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, deux unités sensibles sont disposées dans le boitier qui protège lesdites unités des courbures parasites provoquées par le vent ou autres éléments. Ces unités sensibles sont fixées au boîtier par une seule extrémité. Des poids sont monté sur les extrémités libres des unités sensibles de telle façon que l'action mécanique des poids soit maximum pour produire un fléchissement des unités sensibles. Un tel fléchissement se produit surtout dans la partie adjacente à l'extrémité fixée sur le boiter, les électrodes conductrices étant disposées dans cette partie uniquement . Les détecteurs sont disposés orthogonalement l'un par rapport à l'autre pour produire un signal de sortie indépendant de la direction dans laquelle se déplace le boîtier.Les détecteurs ont un mouvement d'oscillation et, de préférence, un filtre passebande accordé à la fréquence d'oscillation est monté en série avec les unités sensibles ou de détection et le circuit électrique de détection de manière à isoler le détecteur des signaux parasites. Dans un autre mode de réalisation, l'unité sensible est constituée par un seul organe en forme de peau de tambour fixé de chaque ctté (extrémité) au boitier, qui est chargé par un poids disposé approximativement au milieu de l'unité sensible ou de détection. Une telle structure permet d'obtenir un détecteur dont la durée de fonctionnement est supérieure à celle du détecteur selon le premier mode de réalisation, dans des applications où le détecteur doit être soumis à de sévères mouvements. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs deux modes de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation dans lequel le boîtier est partiellement arraché pour laisser apparaître les unités sensibles et le circuit de détection. La figure 2 est une vue de côté partielle et agrandie d'une unité sensible de la figure 1. La figure 3 est un schéma synoptique du circuit électronique de détection associé aux unités sensibles de la figure 1. La figure 4 est un schéma synoptique du circuit électronique dans lequel est inséré un filtre passe-bande. La figure 5 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation. Le détecteur de mouvement 10 de la figure 1, est réalisable en miniature pour être fixé ou monté sur une grande variété d'objets tels que bicyclettes, skis, automobiles et autres objets similaires pour indiquer s'ils sont ou non en mouvement. Le détecteur 10 comprend un boitier 12 comportant une paroi de fond 13, une paroi supérieure 14, des parois latérales 15 et des organes de montage ou de support 16 et 17. Deux unités sensibles 18 et 19 très souples, sont respectivement fixées sur les-organes 16 et 17 et disposées dans le boStier 12 perpendiculairement l'un par rapport à l'autre. Les unités sensibles 18 et 19 sont de construction similaire et comprennent chacune-, comme cela ressort de la figure 2, une mince couche souple 20 d'un matériau polymère, piézoélectrique et polarisé qui développe lorsqu'il est courbé, des charges électrostatiques de polarités opposées sur ses plus larges surfaces opposées. La couche 20 est revêtue par vaporisation, d'un matériau conducteur et souple appliqué sur les seules parties de ses plus larges surfaces opposées et adjacentes aux extrémités fixées aux supports de manière à constituer des électrodes 21 et 22. La couche 20 est réalisée de préférence à partir d'un fluorure de polvvinyîidène tandis que le matériau conducteur est en aluminium, nickel, cuivre, etc...Un petit poids 23 (fig.l) est monté sur chacune des unités de détection 18 et 19 et il est suffisam- ment lourd pour agir comme masse d'inertie. Le poids 23 est monté, de préférence, sur l'extrémité libre externe de chacune des unités de détection 18 et 19 de telle façon que le poids 23 soit dans les meilleures conditions mécaniques pour y exercer un effort ou contrainte. Lorsque le détecteur 10 est en mouvement, le poids d'inertie 23 provoque la flexion du détecteur associé 18 par exemple et entraîne le détecteur dans un mouvement pendulaire å une fréquence d'oscillation propre. En raison de la très grande souplesse de la couche piézoélectrique 20, le poids 23 peut se mouvoir dans une grande gamme de distances pour réaliser un détecteur estrêmement sensible. De même, presque toute la flexion de la couche piézoélectrique 20 qui résulte d'un tel mouvement se produit dans la partie de la couche 20 adjacente à l'extrémité fixée sur le boîtier. En concentrant ou limitant la flexion dans une partie de la couche 20, la densité de charge piézoélectrique, dans cette partie, sera élevée. Ceci donne naissance à d'importants signaux électriques et permet l'utilisation de petites électrodes. Les petites électrodes ont une faible capacité électrique d'où il en résulte une tension de sortie élevées Il est préférable d'utiliser au moins deux unités 18 et 19 dans le détecteur 10 pour avoir une détection très précise et très sûre. On obtient ce résultat en retournant le bottier 12 de façon que le fond 13 prenne la place de la paroi supérieure 14 et amène alors les détecteurs 18 et 19 à osciller. Un dispositif disposit à deux détecteurs est meilleur qu'un / seul détecteur car les unités 18 et 19 sont plus sensibles à un mouvement dans une direction transversale à leurs surfaces planes. Avec deux unités de détection 18 et 19 disposées perpendiculairement l'un par rapport à l'autre, on peut détecter un mouvement dans n'importe quelle direction et la détection est plus uniforme.On peut n'utiliser qu'une seule unité sensible Si on accepte une précision et une fiabilité moindres. Mais alors la sensibilité du détecteur dans une direction non transversale aux surfaces planes de l'unité de détection n'est pas aussi grande que dans la direction transversale de l'unité de détection. Le circuit de détection 24 (fig.3) est de préférence connecté aux électrodes conductrices 21 et 22 des unités 18 et 19. Le circuit de détection 24 peut entre constitué par une large variété de composants standard pour détecter les signaux électriques produits par des charges électrostatiques sur les électrodes conductrices 21 et 22 et pour fournir un signal de détection en réponse à de telles charges. Le circuit de détection 24 comprend, par exemple, un circuit de sommation 25 alimenté en charges électrostatiques à partir des électrodes conductrices 21 et 22, un circuit à seuil 26 et une alarme 27 connectée à la sortie du circuit à seuil 26. Le circuit de sommation 25 additionne les amplitudes des signaux électriques fournis par les électrodes 21 et 22.La sortie du circuit de sommation 25 est connectée au circuit à seuil 26, lequel circuit est ajustable à volonté pour produire en sortie un signal pour l'alarme 27 dès qu'il reçoit à l'entrée un signal du niveau souhaité produit par les électrodes conductrices 21 et 22. La sensibilité du détecteur 10 peut ainsi Entre facilement réglée. Les unités sensibles 18 et 19 sont très souples et se mettent à osciller dès l'apparition d'un léger mouvement du détecteur 10 ce qui permet de réaliser un détecteur 10 extremement sensible. L'adjonction du circuit à seuil 26 est particulièrement avantageuse car il permet de régler la sensibilité du détecteur 10 pour des niveaux relativement bas. L'utilisation du circuit de sommation 25 n'est pas essentielle dans la présente invention. Lorsqu'on utilise un tel circuit il est préférable que les unités sensibles 18 et 19 aient des fréquences d'oscillation propres différentes. Une telle structure permet d'éviter aux unités 18 et 19 un déphasage tel que les sorties électrostatiques desdites unités s'annulent. Pour améliorer la fiabilité du détecteur 10 il est préférable d'utiliser un filtre passe-bande 30 dans le circuit de détection 24 pour isoler le circuit de sommation 25 des couches conductrices 21 et 22, comme représenté sur la figure 4. Le filtre 30 doit être accordé sur la fréquence d'oscillation propre des unités sensibles 18 et 19 pour faire écran ou s'opposer aux signaux parasites. Le second mode de réalisation (fige5) représente un détecteur 31 qui comprend le boîtier 12 et le type de circuit électronique 24 du détecteur 10. Cependant, le détecteur 31 dif fère du détecteur 10 en ce qu'il ne comporte qu'une seule unité sensible 52 disposée à la manière d'une peau de tambour fixée par tous ses bords aux parois latérales 15 du boîtier 12* Comme les unités sensibles 18 et 19, l'unité 32 est formée par une seule couche d'un matériau piézoélectrique souple 33. Les dlectro- des conductrices souples 34 et 35 recouvrent les seules parties de la couche 33 qui sont adjacentes aux bords fixés sur les parois latérales 15 où se produit le plus de flexion.Un petit poids 36 est disposé de préférence près du centre de l'unité sensible 32 pour accentuer son mouvement de façon analogue à celle du poids 23 associé aux unités sensibles 18 et 19. L'unité 32 est de longueur suffisante et 'est pas étirée fortement entre les parois latérales 15 du boîtier 12 mais présente, au contraire, une certaine flèche pour que l'unité puisse se déformer en réponse à un mouvement dans pratiquement toutes les directions. Tous les bords de l'unité de détection 32 étant fixés sur les parois latérales 15 du boîtier, le détecteur 31 est utilisable dans les situations où il peut être soumis à de sévè- res mouvements. L'unité sensible 32 n'ayant pas de bords libres, on élimine pratiquement le risque d'un endommagement permanent ou de court-circuitage par déplacement trop important de l'unité 32 . De ce fait, cette variante de détecteur constitue un moyen simple, commode et durable pour signaler un mouvement de l'objet sur lequel il est monté. L'utilisation d'une couche 33 du type peau de tambour n'est pas essentielle dans ce mode de réalisation et on peut la remplacer par une bande étroite d'un matériau piézoélectrique fixée par ses deux extrémités opposées sur deux parois latérales opposées 15 du corps 12. Bien entendu, l'invention n1 est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela du cadre de l'invention. -REVENDICATIONS- 1.- Détecteur sensible au mouvement, comportant Un boîtier dans lequel est montée une unité sensible comprenant un matériau piézoélectrique, polymère et polarisé, caractérisé en ce que l'unité sensible est fixée par au moins une extrémité à l'inté- rieur du boîtier et comprend une couche souple d'un matériau piéo- électrique, polymère et polarisé qui produit des charges électrostatiques de polarités opposées sur ses surfaces opposées lorsqu'il est courbé et une électrode conductrice souple sur les seules parties de chaque surface de la couche piézoélectrique adjacente à au moins une extrémité de fixation de ladite unité, en ce qu'un poids associé à ladite unité sensible constitue une masse d'inertie courbant l'unité sensible lorsque le détecteur est en mouvement et en ce qu'un circuit de détection est électriquement connecté aux électrodes conductrices portées par chaque surface de la couche piézoélectrique pour détecter lesdites charges électrostatiques et fournir un signal indiquant que ledit détecteur est en mouvement. 2.- Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité sensible est fixée au boîtier par une seule de ses extrémités, l'électrode conductrice étant portée par les seules parties de chaque surface de la couche piézoélectrique adjacente à ladite extrémité tandis que le poids, monté près de l'extrémité libre de l'unité sensible, lui communique un mouve- ment oscillant en réponse au mouvement du détecteur. 3.- Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de détection comporte un filtre passe-bande accordé sur la fréquence d'oscillation propre de l'unité sensible et du poids. 4.- Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité sensible est fixée au boîtier par au moins deux de ses extrémités opposées et en ce que le poids est monté entre lesdites extrémités de fixation. 5.- Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur comprend deux unités sensibles disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre. 6.- Détecteur selon ia revendication 1, caractérisé en ce que la couche piézoélectrique est obtenue à partir d'un fluorure polyvinylidène.