Brevet FR2475804A1 — publié le 19810814

Perfectionnements aux nappes composites constitutives de transducteurs électromécaniques et aux transducteurs équipés de telles nappes. L'invention est relative aux nappes composites consti- tutives de transducteurs électromécaniques et plus particu- lièrement à celles, de ces nappes, qui présentent une cer- taine souplesse et s'étendent sur une relativement grande surface, cette surface étant de préférence de l'ordre de plusieurs décimètres carrés. Elle vise également les transducteurs équipés de telles nappes composites. On sait que ces transducteurs permettent de transfor- mer en variations d'une tension électrique les variations de-pression qui sont exercées localement sur la nappe et/ou les déformations locales de cette nappe. Les nappes composites en question comprennent essen- tiellement à cet effet une feuille diélectrique "sensible" à la pression au sens de la transduction électromécanique, feuille chargée électriquement en permanence ou porteuse d'une polarisation électrique permanente, interposée entre deux électrodes ou pellicules conductrices de l'électricité elles-mêmes recouvertes extérieurement de deux feuilles de protection, et les transducteurs équipés de ces nappes com- posites comportent, en plus de celles-ci, des moyens élec- triques d'exploitation et éventuellement d'alarme connectés aux deux électrodes desdites nappes composites. Une application intéressante de ces transducteurs, à laquelle l'invention se rapporte de préférence, mais non exclusivement, est la détection des apnées, la surveillance des fonctions biologiques (respiration, rythme cardiaque, en particulier chez les nourrissons. On constitue à cet effet, à l'aide des nappes compo- sites considérées, des alèses que l'on interpose entre un matelas et le sujet à surveiller, couché, assis ou appuyé sur le matelas: les mouvements respiratoires de ce sujet provoquent des variations locales cycliques de la pression exercée sur cette alèse, variations qui se traduisent par des variations cycliques semblables d'une tension électri- 24-7580 4 - que, et les moyens d'exploitation sont agencés de façon à exciter l'alarme lorsque lesdites variations cycliques de tension cessent pendant une durée qui dépasse un seuil es- timé dangereux ou présentent une forme s'écartant dans une mesure excessive d'une forme considérée comme normale. L'invention a pour but, surtout, d'améliorer la fidé- lité et la fiabilité des transducteurs du genre enquestion. A cet effet, les nappes composites du genre ci-dessus sont essentiellement caractérisées en ce qu'elles compren- nent, entre la feuille sensible et l'une des feuilles de protection, des cales d'écartement dont les deux faces oppo- sées sont collées respectivement sur les deux plages adja- centes en regard. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en-outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - dans le cas o la feuille sensible est chargée électriquement en permanence et crée un champ électrique extérieur, les cales sont directement interposées entre cette feuille sensible et l'une des deux électrodes, ce qui forme des chambres délimitées par cette électrode, cette feuille sensible et ces cales, dans le cas o la feuille sensible est une feuille piézo-électrique polarisée électriquement en permanence et interposée jointivement entre les deux électrodes, les cales sont directement interposées entre-l'une de ces électrodes et la feuille de protection extérieure correspondante, ce qui forme des chambres délimitées par cette électrode, cette feuille de protection et ces cales, - les cales sont prévues autocollantes sur leurs deux faces, - les plages sur lesquelles sont collées- les cales sont traitées préalablement de manière à faciliter ce col- lage, notamment par bombardement électronique ou ionique, ou encore par dépôt d'une couche mince d'un matériau, tel que le chrome, offrant une bonne prise aux colles, - les cales sont constituées par une grille, - les cales sont constituées par une feuille continue perforée, - les cales sont constituées par des bandelettes par rai les, - les cales sont constituées par des plots espacés, - les cales ont une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm, une largeur comprise entre I et 10 mm et un espacement mutuel compris entre 5 et 100 mm, - la nappe composite constitue une alèse rectangulaire pour nourrissons dont l'un des côtés est compris entre 10 et 30 cm et l'autre côté entre 20 et 50 cm. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicite- ment question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire deux modes de réali- sation préférés de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre en vue perspective, portions arrachées, une alèse établie conformément à l'in- vention. La Figure 2 montre à plus grande échelle, en coupe transversale, un morceau de cette alèse. La figure 3 montre à encore plus grande échelle, en coupe transversale, un détail dudit morceau. La figure 4 montre semDIlablement i la figure 2 une variante d'un morceau d'alèse également conforme à l'inven- tion. On fait comprendre à l'alèse A une feuille diélectri- que I interposce entre deux feuilles, pellicules ou couches conductrices de l'lectricité 2 et 3, désignées dans la suite par le mot "électrodes". La feuille I est choisie de façon telle qu'elle soit "sensible" au sens de la transduction tlectromécanique, c'est-à-dire qu'elle soit capable de transformer les varia- tions (e pression appliquées localement sur elle en varia- tions do la tension électrique recueillie aux bornes des deux électrodes 2 et 3. A cet effet, elle est avantageusement constituée en une ma!ierc blastique telle que le polypropylene, qu'un P.T.F.E., qu'un poly[éthyleneprcroylène fluoré) ou encore qu'un polymère ou copolymère à base de fluorure de polyviny- /z lidène, son épaisseur étant de préférence comprise entre 5 et 50 microns. Cette feuille 1 est porteuse d'une polarisation élec- trique permanente ou chargée électriquement en permanence au moins au voisinage d'une 11 de ses faces, par des charges positives et/ou négatives qui ont été schématisées par le signe - sur la figure 2. - Oans ce dernier cas (charge électrique permanente), la feuille 1 créé un champ électrique extérieur et elle est maintenue écartée, au moins en partie, de l'une des électro- des 3 par des intervalles isolants, comme visible sur la figure 2. -. Dans l'autre cas (polarisation électrique permanente), schématisé-sur la figure 4, la feuille 1 possède des pro- priétés piézo-électriques et-elle est enveloppée jointive- ment par les deux électrodes 2 et 3. Chacune des électrodes 2 et 3 est avantageusement constituée par métallisation superficielle d'une feuille en matière plastique. Dans le cas de la feuille sensible chargée (figure 2), l'une 2 de ces électrodes est rapportée sur cette feuille 1 alors que l'autre électrode 3, maintenue légèrement écartée de ladite feuille I par tous moyens désirables, est rappor- tée sur une feuille plastique supplémentaire 4. Dans le cas de la feuille sensible 1 polarisée [figure 4), les deux électrodes 2 et 3 sont rapportées sur respecti- vement les deux faces de cette feuille 1. L'ensemble des trois feuilles 1, 2 et 3 est lui-même disposé entre deux feuilles de protection extérieures 5 et 6, dont l'épaisseur est avantageusement comprise entre 0,1 et 0,5 mm, constituées en une matière souple isolante de l'électricité. Ces feuilles de protection'5 et 6 débordent -au-delà de l'ensemble des trois feuilles 1, 2 et 3 et leurs marges débordantes 7 et 8 (figure 1 sont assemblées l'une contre l'autre d'une manière étanche vis-à-vis des impuretos, no- tamment par collage ou soudage à chaud. L'alèse A formée par la nappe souple composée des feuilles superposées 1, 2, 3, 5 et 6, présente la -. forme générale d'un rectangle dont les côtés mesurent respec- - tivement entre 10 et 30 cm et entre 20 et 50 cm s'il s'agit d'une alèse pour nourrissons. Chacune des électrodes-2 et 3 est reliée à l'aide de conducteurs 9 et 10 à un ensemble d'exploitation approprié il - avantageusement d'un type électronique à circuits C-MOS - propre.à exciter un dispositif d'alarme 12 sonore, visuel ou autre. Pour l'application de l'alèse considérée A à la détec- tion des apnées d'un sujet reposant sur cette alèse, l'exci- tation-de l'alarme 12 est automatiquement assurée lorsque les oscillations, de la tension recueillie entre les élec- trodes 2 et 3, dues à la respiration normale dudit sujet, s'interrompent pendant une durée supérieure à un seuil pré- déterminé, lequel peut être réglé à volonté et être égal par exemple à 10 ou 30 secondes ou présentent une forme s'écar- tant dans une mesure excessive d'une. forme considérée comme normale. On prévoit en outre, conformément à l'invention, une pluralité de cales d'écartement 13 interposées entre la feuille sensible 1 et l'une, 6, des feuilles de protection extérieure, les deux faces opposées des cales étant collées respectivement sur les plages de feuille contre lesquelles elles sont juxtaposées. Les cales 13 en question peuvent être réalisées en toutes formes et matières désirables. Elles peuvent se présenter sous la forme de grilles ou treillis formés d'éléments croisés plats réunis de préfé- rence à leurs points de croisement de façon à ne pas créer de surépaisseurs locales, ou encore sous la forme d'une feuille continue perforée, ou sous celle de bandelettes plates parallèles, ou de plots plats espacés, de section droite carrée, rectangulaire, circulaire ou autre. Leur matériau constitutif peut être isolant ou conduc- teur de l'électricité: il est alors choisi de façon telle que les cales ne risquent pas de déchirer les feuilles sou- ples contre lesquelles elles sont collées. Dans ce même souci d'éviter de telles déchirures, il pourra âtre avantageux dans certains cas d'éviter les arêtes ou pointes trop vives sur les cales. Les dimensions de ces cales 13, considérées selon un plan perpendiculaireà celui de la nappe composite tel que celui dans lequel est tracée la figure 3, sont de préférence comprises - - entre 0.1 et I mm pour l'épaisseur, entre I et 10 mm pour la largeur, - et entre 5 et 100 mm pour l'espacement mutuel. Le collage des cales 13 contre les plages de feuilles en regard est assuré à l'aide d'une mince couche de matière adhésive 14. Une telle couche est avantageusement rapportée à l'a- vance sur chaque face de cale 13, par exemple par pulvérisa- tion, de fagon telle que la mise en place de ces cales puisse être réalisée très facilement par autocollage. Vu leurs épaisseurs très faibles, par exemple de l'or- dre de quelques dizaines de microns, les électrodes 2, 3 et couches adhésives 14 ont été représentées par des traits gras sur les figures 2 et 4: la figure 3 à plus grande échelle permet de mieux'les voir. Pour faciliter le collage des cales 13 sur les plages de feuille en regard, il peut être avantageux de traiter pré- alablement ces plages, notamment par bombardement électroni- que ou ionique (décharge électrique), o.u encore par dépôt local (sous vide ou autrement) d'une couche mince d'un maté- riau, tel que le chrome, offrant une bonne compatibilité avec les colles. Dans le premier mode de réalisation relatif à l'utili- sation d'une feuille sensible chargée 1,qui a été illustrée sur les figures 2 et 3, les cales 13 sont directement inter- posées entre la face chargée 11 de cette feuille et-l'élec-- trode 3 en regard: ce sont ces cales qui maintiennent écar- tées la face 1 de l'électrode 3 et définissent entre elles I des chambres ou compartiments 15 bien délimités. Dans le second mode de réalisation relatif à l'utili- sation d'une feuille-1 piézo-électrique polarisée, qui a été illustré sur la figure 4, les cales 13 sont interposées - directement entre l'une, 3,-des éleotrodes rapportées contre c,:i.ttf feuil le 1 et la feuille de protection 6 correspondante, dé-lFinissarIt encore entre ces éléments des chambres ou com- partimrpnts i]f bien délimités. Dans chaque cas, le double collage des cales selon l'invention assure un Fonctionnement particulièrement fidèle du trurisductm]ur: - dans le premier cas, on est sûr que les variations de la distance entre la face chargée 11 et l'électrode 3 en regard sont dues exclusivement aux déformations, de cet éleLctret et/ou.de cette électrode, qui se développent au niveau des différents compartiments 15 délimités entre les cales successives: en d'autres termes, il n'est pas ques- tion ici que los ci.?forrriatioris- indivi(duelles exploitées aux firns de surveill.unce intéressent des portions de surface, de la nappe corilmposite, couvrant des pluralités de cales voisines, voire des nombres variables de telles cales, comme ce serait le cas s'il y avait possibilité de décollage entre ces cales et les plages des feuilles contre lesquelles elles sont jux- t'. p o s é e s; - dans le second cas, les variations de pression exer- ces localement sur la feuille 1 se traduisent par des enfon- cements Ola3stiquement réversibles des portions, de cette fouille, disposées en regard des compartiments 16, à l'inté- ri-eur de crs comportiments, ce qui allonge, et donc amincit ces portions: ce sont surt:out ces amincissements réversibles qui sent trans- Formées en variations électriques exploitées aux fins de, surveillance; grâce au collage considéré, lesdits amrincissernnrits correspondent uniquemernt aux enrifonceriments si- gnalés alors qu'une absence de collage des cales rendrait possibles dus glissrments ide la feuille le long de ces cales, propres c dénriaturer les caractéristiques de ces enfoncements. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au con- trairu, toutes les variantes. En particu'lier. les cal-es d'écartement pourraient être venues de moulage avec l'une des feuilles contre lesquelles elles sont destinées à être collées, formant par exemple des - 2475804 nervures en saillie sur la face intérieure de la figure 4. De même, les cales d',écartement pourraient être agen- cées de façon à permettre un écoulement de l'air de l'exté- rieur de la nappe composite vers les alvéoles 15 et dans le sens inverse. De même, l'une quelconque des deux structures compo- sites décrites ci-dessus pourrait être doublée: - on pourrait à cet effet faire comprendre en commun l'électrode 3 de la figure 2 par deux structures du type de -- celle illustrée sur ladite figure 2 et rapporter symétri-- -. quement deux ensembles cales-électret-autre électrode-feuil- le de protection sur respectivement les deux faces de cette électrode 3, cette dernière pouvant être elle-même dédoublée et constituée pa.r métallisation des deux faces de la-feuille supplémentaire 4, - - - on pourrait- également rapporter sur chacune des faces des cales 13 de la figure 4 l'ensemble d'une feuille 1 mé- tallisée sur ses deux faces et revêtue extérieurement d'une nappe de protection. Dans chacune de ces deux dernières variantes, les deux électrodes extérieures de la structure "doublée" obtenue peuvent être connectées ensemble et constituer un blindage électrostatique pour la nappe composite. Dans une autre variante, les diverses couches de-la nappe composite peuvent être constituées de matériauxtrans- parents, de façon à ce que la nappe composite soit elle-même transparente. Dans une autre variante,,les électrodes 2 et 3 sont -: divisées an plusieurs plages électriquement disjointes, de façon à permettre une localisation sur la nappe composite de la région qui est déformée et o s'exerce la pression. R REVENDICATIONS 1. Nappe composite relativement souple et étendue, constitutive d'un transducteur électromécanique et comprenant une feuille sensible à la pression au sens de la transduction électromécanique, feuille interposée entre deux feuilles conductrices ou électrodes elles-mêmes recouvertes extérieu- rement de feuilles de protection, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, entre la feuille sensible (1) et l'une des feuilles de protection (6), des cales d'écartement (13) dont les deux faces opposées sont collées respectivement (en 14) sur les deux plages-adjacentes en regard. 2. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que, la feuille sensible (1) étant chargée électriquement -en permanence et créant un champ électrique extérieur, les cales (13) sont directement interposées entre cette feuille sensible et l'une des deux électrodes (3). 3. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que, la feuille sensible (1) étant une feuille piézo-élec- trique polarisée électriquement en permanence et interposée jointivement entre les deux électrodes (2, 3), les cales (13) sont directement interposées entre l'une de ces élec- trodes (3) et la feuille de protection extérieure correspon- dante (6). 4. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- *25 dications, caractérisée en ce que les cales sont prévues autocollantes sur leurs deux faces. 5. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractériséeen ce que les plages sur lesquelles sont collées les cales (13) sont traitées préalablement de manière à faciliter ce collage, notamment par décharge élec- trique ou dépôt d'une couche mince appropriée. 6. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractérisée en ce que les cales sont constituées par une grille. 7. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractérisée en ce que les cales sont constituées par une feuille continue perforée. 8. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractérisée en ce que les cales sont constituées 1 0 par des bandelettes parallèles. 9. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractérisée en ce que les cales sont constituées par des plots espacés. 10. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractérisée. en ce que les cales ont une épaisseur comprise entre 0,1 et i mm, une largeur comprise entre 1 et mm et un espacement mutuel compris entre 5 et 100 mm. 11. Alèse rectangulaire caractérisée en ce qu'elle est constituée par une nappe composite selon l'une quelconque - des précédentes revendications, dont les côtés sont compris respectivement entre 10 et 30 cm et entre 20 et 50 cm. 12. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractérisée en ce que ses diverses couches sont constituées de matériaux transparents. 13. Nappe selon l'une quelconque des précédentes reven- dications, caractérisée en ce que les électrodes sont divi- sées en plusieurs plages-électriquement disjointes. 14. Transducteur électromécanique caractérisé en ce qu'il comprend une nappe composite selon l'une quelconque des précédentes revendications et des moyens d'exploitation 11) et éventuellement d'alarme (12) connectés électriquement aux deux électrodes (2, 3) de cette nappe,