Brevet FR2389112A1 — publié le 19781124

L'invention concerne un dispositif capteur de force et son application aux pèse malades électroniques et plus particulièrement un disnositif permettant de connaitre le poids d'un malade pouvant se trouver alité en permanence, ainsi que 1 1évolution de son poids pendant un traitement auelconque, par exemple lors de perfusions, d'hesodialyses. On connaît des dispositifs pèse-malades constitués d'une pluralité d'éléments capteurs de forces mécanique ou électronique placés sous les pieds du lit. Le signal délivré par ces eléments,est envoyé a un dispositif indicateur. Or, ces dispositifs sont sensibles à des perturbations extérieures lors de la pesée, par exemple, lorsque le personnel touche ou érafle le lit. la c'pesante latérale de la perturbation n'est alors pas toujours éliininée, de sorte que 1 'indication peut se trouver erroné. De plus, ces dispositifs ne présentent pas une sensibilité suffisante pour suivre des variations de poids très minimes et qu'il est cependant important de contrôler telles que par exemple, celles enregistrées lors de transfusions sanguines. L 'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Le dispositif selon 1 'invention comprend alors une pluralité d'éléments capteurs de force, de type électromécanique, chaque élément capteur étant placé sous chaque pied de lit, reliés à une console centrale traitant les informations ainsi délivrées. Plus particulièrement, le dispositif suivant l'invention permet de connaître et de visualiser le poids du malade à chaque instant, ainsi oue de mémoriser et de garder la visualisation du poids initial du patient avant son traitement. L 'invention se matérialise dans un dispositif comprenant des capteurs disposés entre le sol et les pieds d'un lit sur lequel repose le malade, caractérisé en ce que les capteurs sont du type électromécanique délivrant un signal representatif de lteffort qu'ils supportent, en éliminant toute composante laterale, chaque signal étant envoyé dans une console centrale qui en assure la somation algébrique et comprenant des moyens de visualisation d'affichage et de Snori- sation du poids total, de la tare, ou de l'écart de poids. Suivant une réalisation particulièrement avantageuse, le pèse-malade électronique comprend au moins un capteur constitue par un bloc cylindrique supportant dans sa partie supérieure un plateau porte-pied, qui présente trois zones d'ap- pui et une plaque porteuse munie de trois soufflets élastiques coopérant avec les trois zones d'appui du plateau, et caractérisé en ce que la partie centrale présente une chambre de pression renfermant un liquide incarressible, ladite chambre de pression étant délimitée de façon étanche à sa partie supérieure par la plaque porteuse et à sa partie inférieure par une membrane déformable, solidaire du bloc ou bâti par un encastrement circulaire, la face inférieure de la mOrane portant une jauge de contrainte associée à un circuit électronique de pré-traitement du signal délivré, logé dans la partie inférieure du bâti cylindrique de sorte qu'un blindage électrique efficace immunise l'ensemble contre les parasites électriques. Suivant une particularité de l'invention, il sera possible de connaitre et de visualiser à chaque instant l'évolution du poids du malade, grâce à l'affichage pennanent de l'écart positif ou négatif, entre le poids en cours de traitement et le poids initial et ceci avec une grande sensibilité allant jusqu'à la dizaine de grammes. Suivant une autre particularité de l'invention, une alarme sonore ou lumineuse sera déclenchée sous certaines conditions, en particulier lorsque des limites inférieures ou supérieures de poids seront atteintes par un affichage manuel, par exemple de consignes d'écart négatives ou positives ; cette alarme pouvant s ignifier par exemple la fin du traitement. D 'autres avantages et particularités de l'invention apparaitront dans la descrip t ion détaillée qui va suivre, portant sur des exemples de réalisation non limitatifs en regard des dessins annexés et dans lesquels Fig. 1 est une vue d'élément de capteur de force, Fig. 2 est une coupe brisée a a du metteur de la Fig.l Fig. 3 est le schéma synoptique d'un système couplet de pesée électronique, utilisant n capteurs du type de ceux présentés sur les Fig. 1 et 2. L'élément capteur de force suivant la Fig. 1, comprend un bâti ou bloc (I) indé formable, cylindrique de préférence présentant à la partie inférieure un évidement cylindrique (2) à l'intérieur duquel sera logée une partie des circuits électroniques de mesure (3). Un couvercle (4) assure la fermeture de l'évidement. Celuici présente une jupe (5) venant s'ajusteur sur la partie extérieure et inférieure du bâti. La face inférieure (6) du couvercle (4) repose sur le sol. A la partie supérieure du bâti, sont ménagés successivement deux évidements concentriques (7) et (8) d'axe confondu avec celui de l'évidement inférieur(2). Le premier évidement destiné à recevoir une plaque porteuse (11), dont le rôle sera décrit ci-après, présente un diamètre supérieur au second évidement (8). Ce dernier évidement (8) définit avec un évidement central (9) mettant en cwunica- tion les évidements inférieurs et supérieurs (2) et (8) une chambre de compres- sion (10). Celle-ci est délimitée à sa partie supérieure par la plaque porteuse (il) et à sa partie inférieure par une wSbrane déformable (12) fixée au bâti par des vis (13). La partie active de la mEiirane déformable (12) est celle qui est en regard de l'évidement central (9). la partie de fixation de cette même mev brane est constituée par la zone périphérique, laquelle présente une épaisseur renforcée assurant une parfaite liaison avec le bâti. Un dispositif d'étallché- ité classique est prévu assurant une étanchéité parfaite entre le bâti et la membrane. Un liquide incompressible (14) de l'huile de préférence, occupe alors la totalité de la chambre de ccmpression. Sur la face inférieure de la membrane est fixée, à l'aide d'une colle par exemv ple, une jauge de contrainte (15) sensible aux efforts de déformations enaendrés sur la mfflnbrane par la compression du liquide (14). Cette jauge (15) peut être avantageusement du type résistif et peut cwporter quatre branches a b c et d, représentées fig. 3; disposées en pont suivant un montage bien connu de l'homme de l'art. Le pont de jauges ainsi constitué, est alimenté électriquement par des conducteurs (16) représentés Fig. 3.Une rondelle d'encastrement (17) présentant dans- sa partie centrale en regard de la jauge de contrainte, un léger évidement (18) afin de ne pas perturber la déformation de la membrane (12) vient prendre appui dans sa zone périphérique sur la face inférieure de la zone périphérique de fixation de la neebrane déformable. Cette rondelle (17) solidement fixée au bâti par les vis (13) permet d'obtenir une bonne répartition de l'effort de fixation de la merrbrane (12) laquelle se trouve encastrée sous l'effet du serrage provoque par la rondeLle d'encastrement (17) énergiquement sollicitée vers un épaulement du bâti.Cette fixation, du fait de la répartition uniforme de l'effort de montage, permet d'obtenir pour la pression de montage sur la partie périphérique de fixation de la membrane, une valeur pratiquement uniforme et permet alors de définir un encastrement qui assure la linéarité entre les efforts et les déformations de la membrane (12). Afin de ne pas perturber la libre déformation de cette mesbrane, des petits trous (19) ou des rainures permettant le libre passage de l'air entre l'évidement (18) de-la rondelle d'encastrement (17) sont ménagés dans cette rondelle (17). Enfin, montée coaxialement à la rondelle d'encastrement (17) une butée à vis (20 limite l'amplitude de la déformation de la membrane (12) à des fins due sécurité. Le réglage de cette butée peut aisément être effectué au pontage, en fonction des performances esccwtées. Ainsi, lors d'une surcharge accidentelle, le dispositif reste protégé et surtout, la limite élastique des matériaux constituant les différents éléments capteurs n'etant pas dépassée, le bon fonctionnement, mais plus particulièrement la sensibilité de l'appareil, est conservé. I1 a été indiqué cidessus, que la chambre de oompression (10) était fermée dans sa partie superieure par une plaque porteuse (11). Celle-ci vient se loger dans i 'évidement supérieur (7) réalisé dans le bâti (1) et elle est maintenue en po s ition par des moyens classiques : vis, colles et des moyens classiques d'étan chéité entre ce bâti et cette plaque sont également mis en oeuvre. Ces fonctions de fixation et d'étanchéisation, importantes en ellesines ne faisant pas 1 'objet essentiel de l'invention, ne sont pas décrites ici en plus amples détails.Par contre, la structure de la plaque porteuse apparat comme essentielle au bon fonctionnement du dispositif. Cette plaque porteuse présente un diamètre de très peu inférieur au diamètre du bati, dans lequel elle vient se loger. Cette plaque présente en outre dans sa zone exterieure, en regard de l'évidement (8), du bâti, trois souffletsmetal- lies souples (21) disposés à 1200 qui conservent l'étanchéité de la chambre de compression (10) et qui assurent la transmission d'une force verticale. Ces trois soufflets présentent chacun dans leur partie centrale, une surface d'appui (22) sur laquelle reposent trois bossages (23), également répartis à 1200. Ces bossages sont solidaires d'un plateau porte-pied (24) présentant dans sa partie supérieure un dégagement circulaire (25), qui permet le positionnement de chaque pied du lit sur chaque cadreur de force ainsi constitué. I1 est alors réalisé un polygone de sustentation, défini par un triangle dont les se mets sont matérialises par les trois zones d'appui à l'intérieur duquel toute charge peut voir son point d'application se déplacer, sans entraîneur de modification de la valeur de la force captée. Enfin, le circuit électronique de mesure (3) est logé dans l'évidement (2) du bâti et des conducteurs (27) assurent la sortie de l'information recueillie par le capteur et relient le capteur à la console centrale. Le fonctionnement du capteur est le suivant La présence d'un pied de lit (ou de tout autre corps) sur le plateau porte-pied (24) engendre entre ce plateau et le couvercle inférieur (4) une force. La pression du liquide dans la chaintre (10) augmente, il en résulte donc une déformation de la partie active centrale de la membrane (12) suivant un nsde de déformation bien connu des membranes circulaires encastrées. Par suite, les jauges de contrainte (15) se déforment et le pont électrique qu'elles constituent, se déséquilibre proportionnellement à la deforstion, donc à la force d'appui du pied de lit générant ainsi un signal électrique lui-même proportionnel à cette force d'appui. Canne cela a déjà été indiqué ciZessus, une console centrale (37) traite convenablement les signaux issus d'un ou en général de plusieurs (2,3,4... n) caz teurs de force tels que celui qui viennent d'être décrit. T1 arrive cependant dans certains cas, notamment lorsque la charge est faible, que le signal électrique issu d'un pont de jauge se trouve être de faible ni-' veau. De ce fait, le circuit électronique de mesure (3) réalise panai d'autres fonctions de pré-traitement, une amplification de ce signal avant de le transmettre à la console eentrale par les conducteurs (27) avantageusement constitués par un cable multiconducteurs comportant un blindage (26), verrouillé sur le bâti par le connecteur (28). La console cen--- traie- est alimentée par le secteur'; tous les circuits électroni- ques qu'elle renferme, fonctionnent sous tension continue, délivrée pur une alimentation stabilisée (29), logez dans la console. Un circuit oscillateur (30) également logé dans la console, génère une tension alternative sinusoidale ou carre, transmise par le cable blindé (26) à l'amplificateur de puissance (35) du circuit électronique (3) du capteur. Cet amplificateur est chargé d'alimenter les jauges (15) aux points (e) et (f) portés sur la Fig. 3.En particulier et grâce à la forme de tension carrée, l'amplificateur de puissance fonctionne à saturation, ainsi l'amplitude d'alimentation des jauges atteint la tension d'un régulateur de tension continue (34), très stable, loge dans le capteur et monté en aval de l'alimentation continue (29). Sous l'effet du poids que sorte chaque capteur de force, il apparat entre les points (g) et (h) du pont de jauge de la Fig. 3, une tension de déséquili- bre de forme carrée et de lLt fréquence que la tension d'entrée en (e) et(f), mais d'amplitude proportionnelle au poids. Le préamplificateur de mesure (36) logé dans le capteur à côté de l'amplificateur de puissance (35) et le régulateur de tension (34), permet de transmettre à la console un signal de plus grande amplitude mais moins sensible aux parasites. Dans le cas le plus courant d'utilisation du capteur de force dans un dispositif pèse-malade, il est clair que d'une façon identique à celle qui vient d'e- tre décrite, l'alimentation (29) et l'oscillateur (30) sont reliés aux trois autres capteurs, par trois autres cables identiques à (26). Dans ce cas, où plusieurs capteurs sont utilisés, les signaux de sortie préamplifiés des cap tueurs sont transmis à la console (37) par chaque cabine de liaison (26) en attaquant l'entrée d'un amplificateur particulier (31). Cet amplificateur (31) est un amplificateur scarmateur, c' est-à-dire qu'il délivre une tension de sortie de forme et d'amplitude égale à K fois la sonne algé- brique des quatre signaux préamplifiés provenant des quatre capteurs. Ainsi, la valeur finale est indépendante de la répartition du poids sur les quatre pieds ; le facteur K, représente le gain et peut être fixé à des valeurs dif férentes pouvant de préférence être multiples entre elles, afin d'obtenir dif ferventes sensibilités de l'appareil. T1 peut également être ajusté dans une certaine plage afin de permettre l'étalonnage de l'appareil.L'amplificateur (31) présente également une autre particularité, en ce sens qu'il est monté en filtre passe bande actif, calé sur la fréquence de l'oscillateur. Ainsi, 1 'amplificateur sa'sateur ne jouera son rôle défini ci-dessus, que pour des signaux correspondants aux signaux de mesure que l'on doit attendre, c'est-à- dire, ceux disponibles aux points (g) et (h) du pont de jauges, et ceux-ci seulement par exemple, si la fréquence de l'oscillateur est de 850 Hz, l'ampli- filateur ne transmettra aucun parasite venant du réseau 50 Hz, ni aucune tension provenant d'un champ électricrue de haute fréquence.Ce filtre passe bande actif, transforme également tout signal carre de fréquence 350 Hz,lorsqu'il est calé sur cette fréquence, en signal sinusoïdal de ir4p fréquence. -, 'interêt de cette transformation apparaît dans la fonction suivante: Celle de redresseur continu parfait (32). Ce dernier transforme en tension continue positive d'amplitude K'A tout signal sinusoïdal de fréquence 850 Hz d'amplitude A quel que soit cette amplitude. On voit donc qu'il délivre une tension continue positive rigoureusement pro portionnelle à la force d'appui sur le capteur. Cette tension attique ensuite un voltmetre continu avec un dispositif d'affichage (33), lequel voltmètre est ainsi attaqué en smateur. Deux autres tensions négatives ajustables pur potentiomètre à partir d'alimentations continues stabilisées attaquent également le voltmètre ponté en sonsnateur. L'une de ces tensions compense l'effet de la tare, l'autre l'effet du poids du malade. Ainsi, il est possible de visualiser en clair le poids réél du malade en kilogrammes et centaines de gram- mes et les écarts en kilogramnes, centaines et dizaines de grammes, ceci avec la certitude d'exactitude de tous les chiffres affichés et la parfaite coln- cidence entre les deux sensibilités d'affichage. Des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques et des compléments évidents, sans s 'écarter de l'invention. Ainsi, il sera aisément possible par exe"ple, d'in terrwre momentanément l'affichage du poids ou de l'écart de poids, afin de ne pas alarmer le malade, tout en laissant en fonction le pesage et le système d 'alarme. REVENDICATIONS 1 - Capteur de force de type électrooocanique caractérisé par un bâti ou bloc cylindrique supportant dans sa partie supérieure un plateau porte-pied qui présente trois zones d'appui et une plaque porteuse munie de trois soufflets élastiques coopérant avec les trois axones d'appui du plateau, et en ce que la partie centrale présente une chante de pression renfermant un liquide incanpressible, ladite chambre de pression étant délimitée de façon étanche à sa partie supérieure par la plaque porteuse et à sa partie inférieure par une membrane déformable, solidaire du bâti par un encastrement circulai re, la face inférieure de la menlDrane portant une jauge de contrainte as sociée à un circuit électronique de pré-traitement du signal délivré, logé dans la partie inférieure du bâti cylindrique. 2 - Capteur de force suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pla que porteuse présente d'une part un diantre très peu inférieur au bâti dans lequel elle vient se loger et d'autre part dans sa zone extérieure t rois soufflets métalliques souples disposés à 1200, définissant un poly gone de sustentation de surface maximale à l'interieur duquel toute charge peut voir son point d'application se déplacer sans entraîner de modification de valeur de la force captée. 3 - Capteur de force suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que 1 a urane déformable présente dans sa partie centrale une zone active, dont la face supérieure reçoit la pression du liquide incompressible et la face inférieure la jauge de contrainte, alors que ladite mOrane présente dans sa partie périphérique une zone de fixation d'épaisseur renforcée, énergiquement maintenue contre un épaulement du bâti par une rondelle d'en encastrement serrée pur des vis assurant par une répartition uniforme de la pression de serrage un encastrement circulaire. 4 - Capteur de force suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une butée réglable, constituée d'une vis dont l'axe est confondu avec 1 'axe du bâti est placée dans le voisinage de la face inférieure de la brane, limite l'amplitude de la déformation de ladite membrane, afin d'évi ter d'atteindre des déformations permanentes lors d'une surcharge acci dentelle. 5 - Capteur de force suivant la revendication lr caractérisé en ce que les jau ges sont alimentées par une tension alternative de forme carrée afin de supprimer les phénottènes de dérives rencontrés en alimentation continue et les phénomènes de déphasage rencontrés en alimentation alternative de forme sinusoldale. 6 - Capteur de force suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la ten sion d'alimentation est amplifiée jusqu'à saturation, avant d'alimenter les jauges de façon que l'amplitude obtenue soit quasiment les tensions conti nues positive et négative d'alimentation du circuit électronique. 7 - Capteur de force suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les alimentations continues positive et négative, sont obtenues à l'ai de de régulateurs de tensions très stables, logés dans le voisinage iitrn- diat du circuit électronique de pré-traitement, les régulateurs étant eux mêmes alimentés par des générateurs de tension stables, à l'aide d'un câble blindé. 8 - Dispositif de mesure de poids, caractérisé en ce qutil comporte une plura lité de capteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et une console de traitement et d'affichage assurant d'une part, la sarrnation et le traitement voire l'amplification des signaux issus de ces capteurs, et d'autre part, l'affichage et la memonsation des valeurs de tare, de poids et d'écart de poids entredeux instants. 9 - Pèse-malade de type électromécanique, caractérisé en ce qu'il porte un dispositif de mesure de poids selon la revendication 8, et en ce que les capteurs de force, au nombre de quatre, s'interposent entre le sol et chaque Pied du lit du malade.