Brevet FR2578974A1 — publié le 19860919

L'invention concerne un dispositif optique de détection analogique d'une force. L'objet de L'invention se rattache au secteur technique des capteurs de mesure en général. Il est souvent ndcessaire, pour des applications diverses, de mesurer an permanence de nombreuses grandeurs physiques telles que position, vitesse, accélération, pression, contrainte... Gé neralament, on fait correspondre une grandeur de nature électrique à la grandeur à mesurer au moyen d'un capteur de mesure dont une caractéristique peut varier an fonction de cette grandeur. Il existe de nombreux types de capteurs teks que les capteurs de position angulaire, de position linéaire, de forces, de pression,.. La plupart de ces capteurs mettent en oeuvre des pièces ou éléments mécaniques susceptibles de subir une certaine usure. De plus, de part leur conception, ces capteurs sont limite dans leur application et ne peuvent atre utilises que pour des applications spécifnques, Selon l'invention, on a voulu réaliser d'une manière simple et efficace, un nouveau type de capteur optique susceptible d'être utilisé pour des applications les plus diverses. Dans ce but, le dispositif optique est basé sur les pro prêtés de propagation de la lumière au travers d'un corps ayant certaines caractéristiques , notamment être déformable par élasticité. En effet, si on envoie un flux lumineux à l'intérieur du corps, la propagation de la lumière sera influence par la déformation que l'on fait subir au corps. Si le corps est à ltétat de repos, c'est-à-dire soumis à aucune force, le flux lumineux sera à une certaine valeur. Au contraire, si le corps subit une force quelconque, la valeur initiale du flux lumineux sera modifiée en fonction de l'intensité de la force appliquée sur ledit corps. En exploitant cette variation du flux lumineux, il est possible de réguler une force, un déplacement, une pression... Les applications an résultant sont donc bien nombreuses. Le problème étant ainsi posé, le dispositif selon l'invention est remarquable en ce qu'il comprend en combinaison, au moins un organe ou corps en une ou plusieurs parties , conformé et/ou agencé pour être traversé par un flux lumineux tout en étant étanche à la lumière extérieure, ledit corps étant déformable élastiquement en étant agencé et ou conformé pour revenir à son état initial après annulation de la force de déformation, le corps étant assujetti à un émetteur de lumière visible ou invisible,convenablement alimenté électriquement,et à un récepteur optique adapté audit émetteur pour créer au travers de l'organe un flux lumineux, ledit récepteur étant susceptible d'être relié à un appareil de traitement du signal optique povr des applications diverses. L' invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins qui représentent seulement un mode d'exécution et quelques exemples d'application nullement limitatifs. La figure 1 est une vue à caractère purement schématique montrant le principe du dispositif selon l'invention en position de repos. La figure 2 est une vue correspondant à la figure 1 lorsqu'une force est appliquée sur le corps élastique. La figure 3 est un exemple de liaison électrique entre les différents composants du dispositif. La figure 4 est une première forme de réalisation du dispositif. La figure 5 est une vue en variante de réalisation du dispositif. Les figures 6, 7,8 et 9 montrent, à titre indicatif nullement limitatif, quelques exemples d'application du dispositif. Les figures lO, ll et 12 sont des vues à caractère schématiques, montrant différentes implantations du dispositif selon la nature de la force à capter, compte-tenu de l'application dé sirée. La figure 13 montre une autre forme de réalisation du dispositif. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative en se référant aux exemples de réalisation des figures des dessins Le dispositif selon l'invention comprend en combinaison au moins un organe ou corps opaque (1) assujetti à un émetteur (2) de lumière visible ou invisible et à un récepteur optique (3) adaptéeaudit émetteur (2). Le corps (1) est réalisé en toute matière déformable élastiquement en étant agencé avec des moyens rapportés ou bien conformé directement, pour revenir à un état initial de repos, après annulation d'une force de déformation exercée sur ledit corps. Comme indiqué, le corps (1) est traité ou directement réalisé pour être entièrement étanche à la lumière extérieure afin de ne pas influencer le faisceau lumineux émis par émetteur. Le corps (1) est conformé en section pour autoriser la propagation de la lumière en provenance de l'émetteur (2) en direction du récepteur. Le corps (lj est creux en étant rectiligne ou non. L'émetteur (2) et le récepteur (3) sont convenablement montés d'une manière étanche de préférence, en combinaison avec le corps opaque (1) déformable élastiquement. L'émetteur et le récepteur optique sont de tout type connu et approprié. Par exemple, l'émetteur (2) peut être constitué par une lampe à incandescence, une diode luminescente, une diode infrarouge..., le récepteur étant alors constitué, en correspondance, par une photo-résistance, une photo-diode ou un photo-transistor, une diode infrarouge... On sait que la propagation de la lumière au travers d'un corps creux ou transparent se fait d'une manière variable en fonction du diamètre, de la longueur et de sa forme générale. Si l'on considère un flux lumineux fixe, visible ou invisible, émis par l'émetteur (2), ce flux arrivera au récepteur (3) avec une certaine atténuation si le corps (1) n'est pas déformé. La valeur de ce flux lumineux est (Fss ) par exemple (figure 1). Par contre, si le corps (1) est soumis à une force quel conque F, la déformation correspondante dudit corps perturbe la propagation du flux lumineux de sorte que le récepteur (3) enregistrera un flux lumineux de valeur (F t ) inférieur ou supérieur à celle du flux lumineux (Fi) (figure 2). Il en résulte une loi de propagation de la lumière dans le corps (1) qui est fonction de la force, pression ou autre exerces sur une partie dudit corps. Il est ainsi possible d'exploiter cette variation du flux lumineux au niveau du récepteur (3), afin de réguler une force, un déplacement, une pression et autre. Comme le montre la figure 3, l'émetteur (2) est convenablement relié à une alimentation électrique quelconque (4)(courant al ternatif, courantcontinu, courant pulsé.. .). Le récepteur (3) est relié à un circuit (5) de détection et de traitement du signal optique pour des applications diverses. Le dispositif peut présenter différentes formes de réalisation pour mettre en oeuvre le principe de base énoncé précédemment. Par exemple, comme le montrent les figures 1 et 2, le corps (1) est réalisé à partir d'un tube rectiligne opaque (la) en matière déformable élastiquement. Pour que le tube (la) revienne à sa position d'origine, après annulation de la force de déformation F, ce dernier peut être logé à l'intérieur d'un ressort à spires jointives (7) (figure 4) faisant également office de gaine protectrice. Dans une autre forme de réalisation (figure 5), le corps (1) est conformé directement pour revenir automatiquement à sa position initiale de repos après annulation de la force de déformation exercée sur lui. A cet effet, le corps (1) est convenablement profilé en forme et en section, par exemple en présentant plusieurs tronçons (ld) de sections dégressives, ou bien le corps(l), quelle que soit sa section, peut être annelé ou en forme de soufflet. Quelle que soit sa forme de réalisation, l'émetteur (2) et le récepteur (3) sont convenablement montés respectivement à chacune des extrémités du corps (1) en étant disposés facialement an regard (figure 1 et 2). Eventuellement, selon les applications spécifiques recherchées, l'émetteur (2) et le récepteur () sont disposés et montés d'un même côté du corps (l) dont 1sextlémité opposée est dans ce cas agencée en (8) pour réfléchir les faisceaux lumineux en direction du récepteur (figure 5). Il est bien évident que les applications mettant en oeuvre le dispositif optique décrit sznt très nombreuses. A titre d'exemple indicatif, nullement limitatif, le dispositif qui fait office de potentiomètre optique peut être mis en oeuvre pour la détection analogique d'une force, d'une pression, d'un déplacement linéaire ou angulaire, d'une torsion, d'un cisaillement... Dans le cas ou le corps opaque et élastique est exécuté sous forme d'un tube rectiligne, les applications suivantes peuvent être envisagées - mesure analogique de l'angle de flexion d'un bras, d'un genou, du dos... (figure 6) en vue de la rééducation fonctionnelle, - mesure de l'angle d'ouverture d'une porte par exemple (figure 7), - détection de la force d'appui exercée en marchant, pour chaussure à semelle dynamométrique, dans le cas d'une rééducation ; plusieurs ensembles corps (1) , émetteur (2) - récepteur (3) étant disposés an parallèle entre deux faces d'appui par exemple (figure 8).Le corps (l) peut aussi présenter plusieurs canaux longitudinaux faisant office de guida pour le passage du flux lumineux, - détection de toute pression transversaie ou axiale selon le positionnement du tube ainsi que tout effet de fléchissement, de traction, - commande de différents appareils, organes ou machines en exerçant une simple impulsion sur le corps (1) dont une extremi- té est fixée sur un support -- rigide quelconque (S). Dans ce cas, le corps (1) peut être exécuté avec des formes et sections lui conférant une élasticité sans aucune rémanence. L'ensable émetteur-récepteur étant disposé à la base, tandis qu' un organe réfléchissant (8) est disposé à l'extrémité opposée du corps (figure 5). Selon les applications spcifiques envisagées, les deux extrémités du corps (1) sont montées sur un support rigide (figure lO), ledit corps étant libre, ou bien l'ensemble du corps (1) est disposé en appui sur une partie rigide (figure ll), ou bien encore une seule des extrémités est fixée sur un support rigide (figure 12). /pour cela Il est bien évident que sans/sortir du cadre de l'invention, le dispositif peut présenter différentes variantes de réalisation. Par exemple, dans le cas d'une détection de pression notamment, l'émetteur et le récepteur peuvent être disposés transversalement ou sensiblement an égard aux génératricesdu tube. Pour certaines applications, notamment pour des chaussures à semelles dynamométriques, le corps (1) peut être exécuté au moyen de deux plaques superposées (la) et (lb) an matière souple, déformable élastiquement et opaque, chacune des faces en regard présentant au moins une cavité en creux (lal)-(lbl) pour délimiter en combinaison un tunnel pour le passage du flux lumineux en combinaison avec l'émetteur et le récepteur optiques (figure 3) De même, l'intérieur du corps (l), quelle que soit sa forme de réalisation peut être rendu réfléchissant afin de faciliter la propagation du flux lumineux, l'enveloppe externe dudit corps étant toujours opaque. On peut prévoir également un corps de section pleine en matière souple et déformable élastiquement et conformé pour être transparent et/ou translucide. Dans ce cas, le corps est logé dans une enceinte opaque conformée et/ou agencée pour ne pas altérer les caractéristiques d'élasticité du corps (1). Pour certainesapplicatiom" le flux lumineux émis par l'émetteur peut être perturbé par un ou plusieurs éléments débordant à l'intérieur de la section du corps avec capacité de déplacement ou non, afin de moduler la quantité de lumière arrivant sur le récepteur. REVENDICATIONS - i - Dispositif de déjection analogique d'une force, caractéri sé an ce qu'il comprend en combinaison, au moins un organe ou corps en une ou plusieurs parties (l), conformé et/ou agencé pour être traversé par un flux lumineux tout en étant étanche à la lumière extérieure lendit corps (l) étant déformable élastiquement en étant agencé et/ou conformé pour revenir à son état initial après annulation de la force de déformation, le corps étant assujetti à un émetteur (2) de lumière visible ou invisible, convenablement alimenté électriquement, et à un récepteur optique (3) adapté audit émetteur pour créer au travers de l'organe un flux lumineux, ledit récepteur étant susceptible d'être relié à un appareil de traitement du signal optique pour des applications diverses - - 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur (2) est convenablement monté à l'une des extrémités du corps (l) tandis que le récepteur (3) est monté à l'autre extrémité du corps (1) en étant disposé en regard dudit émetteur. - 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur (2) et le récepteur (3) sont convenablement montés d'une manière connue à lune des.extrémités du corps (1) dont l'autre extrémité opposée est agence et/ou conformée avec un organe réflecteur (8). - 4 - Dispositif selon la revendication (1), caractérisé en ce que le corps (l) est réalisé à partir d'un tube rectiligne opaque en matière ayant de bonnes caractéristiques d'élasticité. - 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps (1) est logé à l'intérieur d'un ressort (7) à spires jointives notamment. - 6 - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que la corps (1) est en matière opaque, souple et déformable en étant convenablement profilé en formes et sections pour présenter de bonnes caractéristiques d'élasticité, sans aucune rémanence. - 7 - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que selon les applications recherchées, les deux extrémités du corps (1) sont montées sur un support rigide, ledit corps étant libre dans l'espace. - 8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que selon les applications recherchées, ltensemble du corps (1) est disposé en appui sur une partie rigide. - 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que selon les applications recherchées, une seule des extrémités du corps (1) est fixée sur un support rigide. - 10 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par ses applications pour la détection analogique d'une force, d'une pression, d'un déplacement linéaire ou angulaire, d'une tension, d'un cisaillement... - li - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que le corps (1) est plein en étant translucide et/ou transparent en matière souple et déformable élastiquement, ledit corps étant logé à l'intérieur d'une enceinte opaque.