Brevet FR2457003A1 — publié le 19801212

La présente invention a pour objet un capteur capacitif analyseur de mouvements, du genre comprenant quatre condensateurs pontés en pont et dont la capacité varie en fonction du mouvement imprimé à un diélectrique dont la permittivité n'est pas identique en tous points. La forte et la disposition particulieres,' suivant l'intention, des éléments constitutifs des quatre condensateurs considérés permettent d'obtenir, dans des applications très diverses de nombreux avantages qui seront rendus plus évidents par la description qui va suivre concernant dif férents exemples de réalisation et par le dessin annexé à titre indicatif et dans lequel s La figure 1 rappelle le schéma diélectrique d'un clas- sique pont de quatre condensateurs ,'égauxàl'éqilibra dupont, les figures 2, 3, 4 et 5 se rapportent à des modes de réalisation suivant lesquels le diélectrique est animé d'un mouvement rectiligne, les figures 6,' 7 et 8 se rapportent à trois modes de réalisation suivant lesquels le diélectrique est mobile en rotation. Sur la figure 1, la source d'alimentation est connectée aux points Â et 3, le signal d'information étant recueilli en C et D. Classiquement les points A, B, C, D sont reliés respectivement à deux armatures des condensateurs. Conformément à l'invention toutes les armatures sont fixes et las variations de capacité résultent des mouvements imprimés au diélectrique de ces condensateurs. Sur la figure 2, la référence Ar désigne une surface conductrice rectangulaire reliée électriquement au point A de la figure 1. Cette surface constitue donc les deux arma- tures reliées à ce point et il en est de dise pour les surfaces désignées par B2 or , DP, respectivement pour les points 3,' C, D de la figure 1. Les surfaces AP et 3P sont des rectangles juxtaposés isolés l'un de l'autre, tandis que les surfaces CP , DP sont également des rectangles juxtaposés mais dont la séparation isolante est perpendiculaire à celle des rectangles AP et BP. Lorsque les surfaces Ar et BP sont disposées en regard des surfaces CP et DP ,cette disposition constitue un premier point particulier de l'invention, car il en résulte que les surfaces Ar et BP sont respectivement en regard, par moitié, des surfaces Cr et DP. Le diélectrique inséré entre ces deux groupes est représenté figure 2aen coupe. La figure 3a représente schématiquement la disposition d'ensemble do deux groupes de surfaces conductrices en forme de carré et du dilleetrique inséré entre ces dernières. Sur cette figura, le contour des surfaces Ar et BP est indiqué en traits pleins, celui dos surfaces CP et DP en traits pointillés, le trait mixte représentant le contour du diélectrique. Le diélectrique inséré entre ces deux groupes de surfaces est représenté figure 3b en plan et figure 3c en coupe suivant xy de la figure 3b Sur cette figure, les parties claires dont l'une est désignée par la référence b sont des surfaces d'une permit- tivité déterminée, tandis que les parties hachurées dont l'une est désignée par la référence M sont des surfaces dont la permittivité est différente de celle des parties L. La surface de chacune des parties claires et de chacune des parties hachurées sont la moitié de celle de chacune dos surfaces AP et 32. Il en résulte une forme de damier. les parties claires L peuvent entre des fenêtres pratiquées dans la matière représentée par des hachures et, dans ce cas, le diélectrique formé par les feutres est l'air. Cette disposition constitue un deuxième point particulier de l'invention. Bien entendu, le mouvement du diélectrique s'effectue suivant l'axe XY de la figure 3b La figure 4 représente une variante de réalisation suivant laquelle une pluralité de surfaces égales : AP1, BP1, AP2, BP2, AP3, 3P3 ... sont prévues pour entre disposées en alterbance en regard des surfaces CP et DP0 Le diélectrique correspondant est représenté figure 4b, avec les mPmes références que sur la figure 3b La figure 5 représente une variante de disposition des armatures suivant laquelle, dans cet exemple, l'armature Ar est disposée entre deux armatures 3P dont la surface est la moitié de celle de la surface Ar. Les surfaces conductrices BP ayant ensemble meme surface que Ar, cette disposition peut évidemment entre répétée de part et d'autre des armatures représentées. La figure 5b représente en plan la superposition des surfaces conductrices formant les armatures, les traits interrompus E et P représentant la solution de conti nuit entre les armatures AP et BP , tandis que le trait pointillé G situe la solution de continuité entre les armatures CP et DP. La figure 5c représente le diélectrique correspondant. Comas sur 18 figure 3 t les révérences L et M désignent les surfaces de permittivités différentes. Dans les exemples représentés figures23, 4 et 5, les surfaces conductrices et le diélectrique ont un développement rectiligne, et les variations de capacité résultent d'un coulissement rectiligne du diélectrique. Suivant une variante qui peut entre favorable pour Suivant une variante qui peut etre favorable pour effectuer le contre direct, notamment d'un mouvement de rotation, les surfaces conductrices et le diélectrique inséré entre deux groupes de celles-ci sont développés suivant une surface courbe, de manière à former une portion de cylindre aussi bien qu'un cylindre eomplet,selon l'utilisation. Cette variante de disposition étant évidente n'a pas été illustrée par une figure. Les figures 6,' 7 et 8 représentent d'autres exemple s de réalisation suivant lesquels le diélectrique -est mobile en rotation. Suivant l'exemple représenté figure 6, les groupes de surfaces conductrices Ar,' 3P (Fig. 6a) et CP , DP (Fig.6b) sont formés de deux demi-cercles pleins séparés par une ligne isolante et ces paires de demi-cercles sont disposées en regard avec tpn décalage angulaire de 902. Le diélectrique órrespondant (Fig.6c ) est formé de quatre secteurs s'étendant angulairement sur 90 , deux secteurs consécutifs ayant des permittivités différentes et deux à deux égales. Les références sont identiques à celles de la figure 3 et, comme sur cette figure, les parties L peuvent astre de simples fenêtres. Dans ce cas le diélectrique correspondant est pair. La figure 6d représente le'capteur après montage, tandis que la figure 6e représente le signal de sortie en fonction de l'angle de rotation. Ce mode de réalisation et ceux représentés sur les figures 7 et 8 qui vont être décrites-sont privas pour permettre d'effectuer le contre direct de mouvements de rotation sans nécessiter l'interposition de moyens mdcani- ques de transformation cinématique de mouvement. Sur la figure 7 , qui représente une combinaison des exemples indiqués sur les figures 4 et 6, une des paires de surfaces conductrices représentée en 7 a est formée de deux couronnes concentriques CP et DP , l'autre, repré aentée en 7 b , dune pluralité de secteurs radiaux Arl , BP1, Ar3, 3P3 etc... Le diélectrique représenté en 7c est formé de secteurs de permittivités différentes, respectivement LI à Ln et M1 à Mn , répartis en alternances à la fois circulairement et radialement. Sur la figure 8 qui correspond au capteur rectiligne de la figure 5, les surfaces conductrices constituant les armatures AP et BP , CP et DP sont des secteurs en nombre pair disposés autour d'un centre commnn. La référence CX désigne l'un de ceux -ci (Fig.8a) La figure 8b représente le diélectrique correspondant. Les références L et M désignent respectivement l'un et l'autre des secteurs de permittivités différentes. Suivant eet exemple, les secteurs CX de l'un des groupes d'armatures conductrices sont disposés en regard de l'autre groupe d'armatures avec un déealage angulaire tel que chacun des secteurs d'un groupe d'armatures soit en regard par moitié de deux secteurs de l'autre groupe. Il est entendu que sans sortir du cadre de l'in- vention toutes modifications pourront Autre apportées aux modes de réalisation donnés à titre indicatif, notamment en ce qui concerne la forme et le nombre des éléments constitutif; Oes différents modes pourront aussi bien être combinés en une unique rdalisation, par exemple pour des contr8les simultanés de mouvements rectilignes et de rotationS, aussi bien des juxtapositions que des superpositions pourront entre réalisées, suivant le résultat requis, aux fins d'obtention, entre autres, soit d'un effet multiplicateur, soit d'un effet de démultiplication. On citera entre autres utilisations intéressantes de l'invention l'application de cette dernière à la lecture des disques de stéréophonie. Dans le cas d'utilisation à des températures basses et moyennes (- 200 à + 150 C environ), les stators des capteurs selon l'invention peuvent être économique- ment réalisés à partir de feuilles de plastique métallisées et gravées chimiquement , verre-époxy cuivré par exemple. La lame diélectrique peut astre constituée par une matière plastique de permittivité de préférence élevée (mélanine- formaldéhyde, alpha cellulose ou phénol formaldéhyde par exemple). Dans le cas d'utilisation à des températures moyennes et extrêmes ( -100 C à + 250 C enviton), les stators peuvent entre constitués pour les supports,' de matériaux isolants réfractaires, métallisés suivant le dessin convenable par projection d'un métal réfractaire (platine, tantale, tungstène) pourformer les métallisations constituant les armatures. La lame diélectrique peut astre constitue d'un même type de matériau isolant que les stators (céramique d'oxyde d'alumine, mica , saphir, etc... Pour la mesure des grands déplacements, la lame diélectrique peut Autre souple et constituée par exemple de néoprène armé de fibres textiles. I1 est à noter que le diélectrique de plus forte permittivité peut entre remplacé par un métal considéré comme un diélectrique de permittivité très grande. R$YENDICA?IONS 1. Capteur capacitif formé de quatre condensateurs montés en pont, égaux à l'équilibre du pont, et dont la capacité est rendue variable par un mouvement imprimé à un diélectrique dont la permittivité n'est pas identique en tous points, caractérisé en ce que ces condensateurs sont constitués par au moins deux paires de surfaces conductrices formant armatures, chacune des dites paires étant disposée en regard de l'autre de telle sorte que chaque surface conductrice d'une paire soit en regard, respectivement par moitié,de deux surfaces conductrices formant l'autre paire, tandis que le moyen mobile constituant le diélectrique interposé entre les dites paires de surfaces conductrices est formé de parties de permittivités différentes, les dites parties ayant chacune la moitié de la surface de chacune des dites surfaces conductrices et étant disposées de telle sorte que ,par le mouvement imprimé au dit moyen mobile,' les parties de permittivités différentes soient successivement insérés entre deux surfaces conductrices en regard. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces conductrioes en regard sont des rectangles plans séparés par des espaces isolants étroits,' disposés de part et d'autre du diélectrique de telle sorte que les dits espaces isolants soient perpendiculaires entre eux, le dit diélectrique à déplacement rectiligne étant formé de parties de permittivités différentes disposées respectivement en alternance et réparties en zamiers. 3. Capteur selon la revendication 12 caractérisé en ce que les surfaces conductrices formant armatures sont des rectangles plans égaux séparés par des espaces isolants étroits perpendiculaires au sens du mouvement, les dites surfaces conductrices étant disposées en regard avec un décalage d'un demi-rectangle, de part et d'autre du diélec-. trique à déplacement rectiligne, le dit diélectrique étant formé de parties de permittivités différentes disposées en alternance, chacune des dites parties ayant une largeur moitié de celle des armatures correspondantes. 4. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les armatures sont constituées par au moins deux paires de surfaces développées en forme de parois cylindriques concentriques de rayons différents pour l'une et l'autre paire, le diélectrique mobile, de mssme forme, étant inséré entre les deux dites paires. 5. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces conductrices sont formées d'au moins deux paires de demi-cereles pleins ayant meme centre et séparés par un espace isolant diamétral étroit, les dites paires étant disposées en regard de part et d'autre du diélectrique de telle sorte que les dits espaces isolants diamétraux soient perpendiculaires entre eux, tandis que le dit diélectriquew mobile en rotation autour du centre des dites surfaces conductrices en forme de demi-cercles pleins est formé de secteurs de permittivités différentes, disposés circulairement en alternance, chacun des dits secteurs étant développé sur un arc de cercle de 90Q. 6. Capteur selon la revendication 12 caractérisé en ce que les surfaces conductrices constituant-les armatures disposées en regard sont formées : d'une part de deux couronnes concentriques séparées par une couronne isolante étroite situées sur un meme plan, d'autre part d'une couronne formée d'une pluralité de secteurs radiaux isolés les uns des autres, le diélectrique inséré entre les dites armatures étant formé de secteurs égaux de permittivités différentes répartis alternance à la fois circulairement et radialement. 7. Capteur selon les revendications 1 et 3 , 7. Capteur selon les revendications 1 caraetérisé en ce que les surfaces conductrices constituant les arsatures disposées en regard sent formées d'une pluralité en nombre pair de secteurs radiaux égaux disposés autour d'un centre commun, séparés par un espace isolant étroit ,les dites surfaces conductrices étant disposées en regard avec un décalage angulaire d'un semi-secteur,' de telle sorte que chaque surface conductrice soit en regard des surfaces qui lui font face dent elle est séparée par le diélectrique, tandis que le ait diélectrique est mobile en rotation autour du dit entre commun et formé de secteurs égaux de permittivités différentes répartis radia lement en alternance. 8. Capteur selon les revendications 1,2i3,42 5, 6 et 7, caractérisé en ce que le diélectrique de plus forte permittivité peut astre remplacé par un métal con idded comme un diélectrique de permittivité très grande.