Brevet FR2555008A1 — publié le 19850517

i PERFECTIONNEMENTS AUX NAPPES COMPOSITES CONSTITUTIVES DE TRANSDUCTEURS ELECTROMECANIQUES ET AUX THANS- DUCTEURS EQUIPES DE TELLES NAPPES L'invention est relative aux nappes composites constitutives de transducteurs électromécaniques et plus particulièrement à celles, de ces nappes, qui présentent une certaine 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 trans- former 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 essentiellement 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 pelli- cules conductrices de l'électricité elles-mêmes recou- vertes extérieurement de deux feuilles de protection, et les transducteurs équipés de ces nappes composites comportent, en plus de celles-ci, des moyens électri- ques d'exploitation et éventuellement d'alarme connec- tés aux deux électrodes desdites nappes composites. Une application intéressante de ces transduc- teurs, à laquelle l'invention se rapporte de préfé- rence, mais non exclusivement, est la détection des apnées, la surveillance des fonctions biologiques (res- piration, rythme cardiaque,...), en particulier chez les nourrissons. On constitue à cet effet, à l'aide des nappes composites considérées, des alèses que l'on interpose entre un matelas et le sujet à surveiller, couché, assis ou appuyé sur le matelas: les mouvements respi- ratoires ou cardiaques 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 élec- trique 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 estimé dangereux ou présentent une forme s'écartant dans une mesure excessive d'une forme considérée comme normale. L'invention est relative à celles des nappes composites ci-dessus décrites, dans lesquelles des cales d'écartement sont prévues entre la feuille sen- sible et l'une des feuilles de protection délimitant ainsi à l'intérieur de la nappe des chambres. Elle s'applique à l'une et/ou à l'autre des dispo- sitions suivantes: - dans le cas o la feuille sensible est chargée électriquement en permanence et crée un champ électri- que extérieur, les cales sont directement interposées entre cette feuille sensible et l'une des deux élec- trodes, 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 piézoélectrique polarisée électriquement en permanence et interposée jointement entre les deux électrodes, les cales sont directement interposées entre l'une de ces électrodes et la feuille de pro- tection extérieure correspondante, ce qui forme des chambres délimitées par cette électrode, cette feuille de protection et ces cales. L'invention a pour but surtout, d'améliorer la sensibilité des transducteurs du genre en question. A cet effet, les nappes composites du genre ci- dessus sont essentiellement caractérisées en ce qu'elles présentent des surépaisseurs localisées en regard des chambres. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- tions suivantes: - les surépaisseurs sont constituées par des reliefs faisant saillie sur la face extérieure de une au moins des feuilles de protection, - les surépaisseurs ont un contour semblable à celui des chambres en regard desquelles elles sont pla- cées mais plus petit, - les surépaisseurs présentent une épaisseur sen- siblement constante sur toute leur étendue, - les surépaisseurs ont une épaisseur non uni- forme, décroissante vers la périphérie, - les surépaisseurs sont constituées dans un maté- riau de dureté au moins égale à celles des feuilles de protection, - les surépaisseurs sont constituées en un maté- riau de compressibilité au moins égale à celle des feuilles de protection, - les surépaisseurs sont constituées dans le même matériau que les feuilles de protection, - les surépaisseurs sont rapportées par collage sur la feuille de protection, - les surépaisseurs font partie intégrante des feuilles de protection, - les surépaisseurs ont une épaisseur comprise entre 0,1 et 5 mm, - les diverses couches de la nappe comprennent des moyens pour empêcher le déplacement au cours du temps des surépaisseurs par rapport aux chambres, - la nappe composite constitue une alèse rectan- gulaire pour nourrissons dont l'un des côtés est compris entre 10 et 40 cm et l'autre côté entre 20 et 50 cm. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en-même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire deux modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limi- tative. La figure 1, de ce dessin, montre en vue perspec- tive, portions arrachées, une alèse établie conformé- ment à l'invention. La figure 2 montre à plus grand 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 semblablement à la figure 2 une variante d'un morceau d'alèse également conforme à l'invention. On fait comprendre à l'alèse A une feuille diélec- trique 1 interposée entre deux feuilles, pellicules ou couches conductrices de l'électricité 2 et 3, dési- gnées dans la suite par le mot "électrodes". La feuille 1 est choisie de façon telle qu'elle soit "sensible" au sens de la transduction électroméca- nique, c'est-à-dire qu'elle soit capable de transfor- mer les variations de pression appliquées localement sur elle en variations de la tension électrique re- cueillie aux bornes des deux électrodes 2 et 3. A cet effet, elle est avantageusement constituée en une matière plastique telle que le polypropylène, qu'un P.T.F.E., qu'un poly(éthylène-propylène fluoré) ou encore qu'un polymère ou copolymère à base de fluo- rure de polyvinylidène, son épaisseur étant de préfé- rence comprise entre 5 et 50 microns. Cette feuille 1 est porteuse d'une polarisation électrique permanente ou chargée électriquement en permanence au moins au voisinage d'une 1 de ses faces, par des charges positives et/ou négatives qui ont été schématisées par le signe - sur la figure 2. Dans ce dernier cas (charge électrique perma- nente), la feuille 1 crée un champ électrique exté- rieur et elle est maintenue écartée, au moins en par- tie, de l'une des électrodes 3 par des intervalles isolants, comme visible sur la figure 2. Dans l'autre cas (polarisation électrique perma- nente), schématisé sur la figure 4, la feuille 1 possè- de des propriétés piézoélectriques et elle est enve- loppée jointivement par les deux électrodes 2 et 3. Les électrodes 2 et 3 sont constituées par exem- ple par des métallisations superficielles de feuilles en matière plastique ou encore par des bandes métalli- ques comme de la feuille d'acier ou de la feuille d'aluminium d'épaisseur de préférence inférieure à 50 microns. Dans le cas de la feuille sensible chargée (figure 2), l'une 2 de ces électrodes est rapportée sur, ou contre, cette feuille 1 alors que l'autre élec- trode 3 est maintenue légèrement écartée de ladite feuille 1 par tous moyens désirables et éventuellement rapportée 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, ou contre, respectivement 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 exté- rieures 5 et 6, dont l'épaisseur est avantageusement comprise entre 0,1 et 0,5 mm, constituées de préfé- rence en une matière élastique, isolante de l'électri- cité, par exemple du caoutchouc. 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 assem- blées l'une contre l'autre d'une manière étanche vis- à-vis des impuretés, notamment par collage ou soudage à chaud. 6 2555008 Une pluralité de cales d'écartement 13 sont inter- posées entre la feuille sensible 1 et l'une, 6, des feuilles de protection extérieure, les deux faces oppo- sées des cales étant de préférence collées ou soudées respectivement sur les plages de feuille contre les- quelles elles sont juxtaposées. Les cales 13 en question peuvent se présenter sous la forme de grilles ou treillis formés d'éléments croisés plats réunis de préférence à leurs points de croisement de façon à ne pas créer de surépaisseurs locales, ou encore sous la forme de bandelettes plates parallèles, ou de cales plates espacées, de section droite carrée, rectangulaire, circulaire ou autre ou encore sous la forme d'une feuille continue plissée gaufrée alvéolée ou perforée de part en part ou non. Dans ce dernier cas, au niveau des bords extérieurs de l'alèse, les feuilles de protection 5 et 6 débordantes de l'ensemble des trois feuilles 1, 2 et 3 peuvent être assemblées par collage ou soudage sur un bord également débordant de cette feuille continue. Le matériau constitutif des cales peut être iso- lant ou conducteur de l'électricité: il est alors choisi de façon telle que les cales ne risquent pas de déchirer les feuilles souples contre lesquelles elles sont placées. La feuille 1 et la feuille de protection 6 corres- pondante définissent ainsi entre ces éléments des chambres ou compartiments 15 ou 16 bien délimités. 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 respectivement entre 10 et 40 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 11 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 détection des apnées d'un sujet reposant sur cette alèse, l'excitation de l'alarme 12 est automatiquement assurée lorsque les oscillations, de la tension re- ceuillie entre les électrodes 2 et 3, dues à la respi- ration normale dudit sujet, s'interrompent pendant une durée supérieure à un seuil prédéterminé, lequel peut être réglé à volonté et être égal par exemple à ou 30 secondes ou présentent une forme s'écartant dans une mesure excessive d'une forme considérée comme normale. On prévoit en outre, dans la nappe composite, conformément à l'invention une pluralité de surépais- seurs en regard des chambres mais à l'extérieur de ces chambres. Les surépaisseurs 20 en question peuvent être réalisées en toutes formes et matières désirables. Elles sont de préférence constituées par des reliefs en saillie sur la face extérieure de l'une au moins des feuilles de protection. Elles peuvent se présenter sous la forme de plots plats 20 (figure 2) ou bombés 21 (figure 4). Pour simplifier la descrip- tion, ces surépaisseurs en relief seront désignées dans la suite par le mot pastille. Le contour des pas- tilles est semblable mais plus petit que celui des chambres en regard desquelles elles sont placées de façon à permettre l'enfoncement de la portion de feuille en regard dans les chambres correspondantes lors de l'application d'une pression sur ces pastilles. Le matériau constitutif des pastilles présente de préférence une dureté et/ou une compressibilité au moins aussi grande que celle du matériau utilisé pour constituer les feuilles de protection de façon que l'application d'une pression sur la pastille se tra- duise plutôt par une déformation de la feuille de pro- tection concernée que par celle de la pastille elle- même. Ce peut être également le même matériau que celui de ces feuilles. 8 2555008 Les pastilles peuvent être collées sur les feuilles de protection. Lorsqu'elles sont faites dans le même matériau que ces feuilles, elles peuvent égale- ment être venues directement lors de la fabrication de ces feuilles, par moulage ou par calandrage. Des moyens sont prévus pour éviter des glisse- ments relatifs des diverses couches de l'alèse, glisse- ments qui pourraient se traduire par le déplacement des pastilles par rapport à leur position en regard des chambres. Ces moyens peuvent être constitués par lodes couches de colle 14 qui maintiennent les feuilles de protection en position bien déterminée par rapport aux cales 13. Ils peuvent également être constitués par des creux ou reliefs complémentaires prévus dans les faces en regard des feuilles, ce qui permet leur accrochage. Dans chaque cas, la présence des pastilles selon l'invention assure un fonctionnement particulièrement fiable du transducteur et une grande sensibilité. C'est ainsi que lorsqu'une variation de pression est appliquée au transdueteur par l'intermédiaire d'une surface assez grande, par exemple par-le dos d'un bébé, la présence des pastilles transmet ces variations de pression préférentiellement au niveau des chambres, ce qui entraîne un certain écrasement de ces chambres. Dans le premier cas (figures 2 et 3), c'est la distance entre la face chargée 11 et l'électrode 3 en regard qui varie fortement au niveau des différents compartiments 15 délimités entre les cales successives. Cette disposition est particulièrement avanta- geuse car le rapprochement de ces éléments sous l'effet de la pression exercée sur la pastille permet de prévoir des cales d'espacement 13 relativement épaisses, par exemple comprises entre 0,5 et 5 mm. Au repos, la capacité électrique de la nappe est alors très faible compte tenu de la grande distance entre électrodes, que cette épaisseur entraîne. Lorsque cer- taines pastilles sont comprimées, les chambres corres- pondantes voient, par suite de la grande diminution de distance ci-dessus décrite, leur capacité électrique augmenter fortement, ce qui est très favorable pour l'exploitation des signaux électriques issus des trans- ducteurs. Dans le second cas (figure 4), les variations de pression exercées localement sur la feuille 1 se tra- duisent par des enfoncements élastiquement réversibles des portions, de cette feuille, disposées en regard des chambres 16, à l'intérieur de ces chambres, ce qui allonge, et donc amincit ces portions: ce sont sur- tout ces amincissements réversibles qui sont transfor- més en variations électriques exploitées aux fins de surveillance; grâce aux pastilles considérées, les- dites déformations sont accentuées par le fait que les variations de pression sont concentrées dans les régions situées au niveau des chambres. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réa- lisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes; En particulier, l'une quelconque des deux struc- tures composites décrites ci-dessus pourrait être dou- blée: - on pourrait à cet effet faire comprendre en commun l'électrode 3 de la figure 2 par deux struc- tures du type de celle illustrée sur ladite figure 2 et rapporter symétriquement deux ensembles cales- électret-autre électrode-feuille de protection sur respectivement les deux faces de cette électrode 3, cette dernière pouvant être elle-même dédoublée et constituée par 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 métallisée sur ses deux faces et revêtue extérieurement d'une nappe de protection. Dans ce cas les cales 13 sont de préférence constitués par une plaque perforée, les régions non perforées de cette plaque jouant le rôle desdites cales. Dans chacune de ces deux variantes, les pastilles peuvent être situées sur l'une ou sur les deux feuilles de protection extérieure. Egalement, dans chacune de ces deux variantes, les deux électrodes extérieures de la structure "doublée" obtenue peuvent être connectées ensemble et constituer un blindage électrostatique pour la nappe composite. REVENDICATIONS 1. Nappe composite relativement souple et éten- due, constitutive d'un transducteur électromécanique comprenant une feuille sensible à la pression au sens de la transduction électromécanique, feuille inter- posée entre deux feuilles conductrices ou électrodes elles-mêmes recouvertes extérieurement de feuilles de protection, des cales d'écartement (13) étant inter- posées entre la feuille sensible (1) et l'une des feuilles de protection (6), cales d'écartement qui délimitent, entre lesdites feuilles, des chambres (15), caractérisée en ce qu'elles présentent des suré- paisseurs (20) localisées en regard des chambres. 2. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surépaisseurs sont constituées par des reliefs faisant saillie sur la face extérieure de une au moins des feuilles de protection. 3. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surépaisseurs ont un contour semblable à celui des chambres en regard desquelles elles sont placées mais plus petit. 4. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surépaisseurs présentent une épaisseur sensiblement constante sur toute leur étendue. 5. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surépaisseurs ont une épaisseur non uni- forme, décroissante vers la périphérie. 6. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en que les surépaisseurs sont constituées dans un maté- riau de dureté au moins égale à ceiles des feuilles de protection. 7. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surépaisseurs sont constituées en un matériau de compressibilité au moins égale à celle des feuilles de protection. 8. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surépaisseurs sont constituées dans le même matériau que les feuilles de protection. 9. Nappe selon la revendication 8, caractérisée en ce que les surépaisseurs sont rapportées par collage sur la feuille de protection. 10. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surépaisseurs font partie intégrante des feuilles de protection. 11. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surépaisseurs ont une épaisseur comprise entre 0,1 et 5 mm. 12. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les diverses couches de la nappe comprennent des moyens pour empêcher le déplacement au cours du temps des surépaisseurs par rapport aux chambres. 13. Nappe selon la revendication 1, caractérisée en ce que la nappe composite constitue une alèse rectangulaire -pour nourrissons dont l'un des côtés est compris entre 10 et 40 cm et l'autre côté entre 20 et cm.