Brevet FR2625808A1 — publié le 19890713

La présente invention est relative à un dispositif de détection de passage, son procédé de pose et ses applications à la détection de passage de véhicules, de piétons, à la mesure de largeur de pneumatiques, à la pesée dynamique, à la mesure de vitesse ; ce dispositif est constitué en partie par un ou plusieurs rubans de film piézo-électrique, ou pour un ou plusieurs ruban de caoutchouc dont la résistance linéaire varie avec la pression qui y est appliquée. Il est connu de réaliser des mesures de comptage, de sélection, de vitesse, de pesage, de positions de véhicules, munis de roues en contact avec le sol en utilisant comme détecteur un câble à effet piézo-électrique destiné à délivrer des signaux électriques à un dispositif de mesure. Généralement de tels dispositifs sont placés dans des saignées pratiquées dans la chaussée et sont de cé fait de mise en oeuvre lourde, et donc onéreux. D'autre part, les dispositifs de pesage dynamique par câbles piézoélectriques sont complexes à réaliser car l'enrobage du câble piézo-électrique doit être réalisé de manière à limiter les effets des coefficients piézo-électriques des axes longitudinaux et transversaux pout ne prendre en compte que la composante verticale; dans le cas du film piézo-électrique, la forme est telle que l'effet transversal est réduit ; L'effet longitudinal est limité par un choix correct de la rigidité du matériau supportant le film; d'autre part, lors de la fabrication, le film peut être chargé essentiellement dans une seule direction au détriment des deux autres axes de piézo-électricité.Dans le cas du caoutchouc à variation de résistance, l'effet est statique alors qu'il est dynamique dans le cas du film piézo-électrique, si bien que les deux produits peuvent être considérés comme complémentaires dans leurs utilisations. La présente invention a pour but de proposer la réalisation d'un dispo- sitif de détection à film piézo-électrique ou à caoutchouc à variation de résis- tance, simple à placer sur la chaussée ou démontable d'une pièce métallique scellée dans la chaussée. Elle a pour objet un dispositif de détection de passage sur une chaussée du type comportant un film piézo-électrique ou à caoutchouc à variation de résistance, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un profilé plat légèrement bombé dans lequel se trouve le film piézo-électrique ou à caoutchouc à variation de résistance; le dit-profilé étant réalisé en matière plastique souple ou en caoutchouc. Le profilé peut également avoir la forme d'un tube rectangulaire ou trapézoldal dont la face supérieure serait légèrement bombée.Le profilé peut également avoir la forme d'un tapis souple dans lequel seraient placés plusieurs rubans de film piézo-électrique, associés ou non avec d'autres capteurs tels que des boucles à inductions ou des rubans de caoutchouc résistif. La présente invention a également pour objet des dispositifs et méthodes de fixation dans et sur la chaussée: les dispositifs décrits ci-dessus peuvent entre, soit collés sur la surface de la chaussée, soit collés dans une ouverture de dimension légèrement supérieure à la plaque ou encore montés mécaniquement dans le système mécanique de queue d'aronde prévu à cet effet ou encore collés dans une saignée. D'autres méthodes de pose peuvent consister à clouer avec des sortes de cavaliers ou avec des clous, la plaque comportant le ou les rubans de film piézo-électrique, ou à caoutchouc à variation de résistance. La présente invention a également pour but la réalisation d'un tapis capteur d'usage général caractérisé en ce qu'il comporte deux rubans piézo-électriques placés parallèlement l'un à l'autre, à une distance parfaitement connue et une boucle à induction ; I'ensemble ainsi réalisé permet d'identifier les essieux appartenant à un véhicule donné ainsi que de peser les essieux en traitant les signaux issus de chacun des deux rubans piézo-électriques. La présente invention permet également de réaliser des tapis sensibles à un passage de piéton comme il sera décrit plus loin ; en plaçant plusieurs rubans de film piézo-électrique ou à caoutchouc à variation de résistance, on peut détecter l'impact d'un pied, sur le tapis ainsi que l'instant où le pied quitte le tapis. De nombreuses applications peuvent être envisagées aussi bien pour protéger des zones données où circulent des robots, que pour accélérer le passage au vert d'un feu pour piéton. Un autre objet de l'invention consiste en l'application à le mesure de la largeur de l'empreinte de pneumatiques sur la chaussée ; il est facile de placer une multitude d'éléments de film piézo-électrique, ou à caoutchouc à variation de résistance, de petite taille, perpendiculairement à la chaussée et de compter ceux qui sont activés lors du passage d'un véhicule. D'autres caractéristiques et avantages apparaltront au cours de la descriptiongui va suivre. Aux dessins donnés uniquement à titre d'exemples; La figure 1 est un rappel sommaire du principe de fonctionnement des films piézo-électriques et des caoutchoucs à résistance variable. La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un dispositif selon l'invention. la figure 3 est une vue schématique en coupe d'une première variante d'un dispositif selon l'invention. La figure 4 est une vue schématique en coupe d'une seconde variante d'un dispositif selon l'invention. Les figures 5a et b, sont des vues, schématiques en coupe d'une troi- sième variante d'un dispositif selon l'invention. Les figures a et b sont des vues schématiques en coupe d'une quatrième variante d'un dispositif selon l'invention, ainsi que d'une autre variante du dispositif de pose du système selon l'invention. La figure 7 est une vue schématique d'une autre variante du dispositif selon l'invention. Les figures 8a, b, c, et d, sont des vues schématiques d'une cinquième variante appliquée à la mesure de la largeur des pneumatiques. Les figures 9a et b, sont des vues schématiques d'une sixième variante appliquée à la détection du passage des piétons. Les figures 10a et b, sont des vues schématiques d'une septième variante du dispositif selon l'invention appliquée à la pesée dynamique des véhicules. La figure 11 est une vue schématique d'une variante du dispositif utilisant à la fois le ruban de film piézo-électrique et le ruban de caoutchouc à variation de résistance. La figure 1 rappelle que le capteur piézo-électrique utilisé ici se présente sous forme de film 1 de faible épaisseur dont les deux faces sont métallisées par une couche d'aluminium (2) de faible épaisseur. Le caoutchouc à variation de résistance se présente sous forme d'une bande (23) sous laquelle sont plaqués deux conducteurs (24) par exemple par l'intermédiaire d'un circuit imprimé (25) servant de support aux deux conducteurs (24).Lorsque l'on applique un échelon de pression P, à la surface de chaque capteur, le premier nommé fournira un signal électrique V correspondant à la montée en pression et à la descente en pression ; il est donc dynamique; le second aura une résistance R qui décroltrera lors de la mise en pression puis se stabilisera tant que la pression sera maintenue pour revenir à la valeur d'origine lorsque la pression disparaitra. Dans la suite, nous décrirons d'abord les dispositifs comportant des rubans de films piézo-électriques, puis nous préciserons les différents cas où le film piézo-électrique peut être remplacé par le ruban caoutchouc à variation de résistance. La présente invention s'applique à la mesure de passage de véhicules sur une chaussée (C), à l'aide d'un ruban de film piézo-électrique (1) en matériau type PVDF, ou analogue, métallisé sur les faces supérieures et inférieures par des couches d'aluminium (2). Ce ruban est relié par un câble à 2 conducteurs blindés, ou par un câble coaxial non représenté à un dispositif de mesure de signaux également non représenté. Suivant l'exemple représenté à la figure 2, le ruban piézo-électrique (1) est noyé dans un profilé plein (3) en matériau plastique,en caoutchouc naturel ou de synthèse ou en élastomère. Le profilé est de faible épaisseur, environ 3 à 6 mm, de largeur correspondant environ au triple de celle du ruban piézoélectrique et les bords sont en pente douce de manière à éviter des rebonds des pneumatiques lorsque ceux-ci passent sur le système. La longueur de profilé est adaptée au besoin, mais sera le plus généralement, soit d'une longueur correspondant à la largeur d'une voie de circulation, soit à la largeur de la route ou de la chaussée. La pose du dispositif sur la chaussée et réalisée à j'aide d'une colle (4) dont on enduit, soit la chaussée, soit le profilé, soit les deux en fonction des matériaux de réalisation du profilé et de la chaussée. Cette enduction peut être remplacée en utilisant un adhésif double-face dont l'une des faces est contre le profilé et l'autre contre la chaussée. En fonction de l'objectif choisi, on fera varier la dureté superficielle du matériau utilisé pour réaliser le profilé (3). L'obtention de résultats corrects pour le pesage dynamique à haute vitesse, necessitera un matériau (3) dur (compris entre 50 et lOOShA) et un collage (4) suffisamment rigide pour limiter les déformations - longitudinales qui induiraient un effet piézo-électrique important suivant Ty. L'adhérence du profilé à la chaussée sera suffisante pour que l'effet piézo-électrique suivant Tx, soit le plus réduit possible. La détection de passage à faible vitesse sera améliorée en utilisant les composantes Ty et Tz de l'effet piézo-électrique et sera obtenue en plaçant une couche de matériau souple (8) sous le ruban (2) de matériau piézo-électrique (2) comme indiqué à la figure 5. En variante, le dispositif peut être, comme indiqué à la figure 3, réalisé à partir de deux plaques (5) de matériau souple (dureté Shore entre 50 et 100 Sha), collées par une colle (6) entre elles, entre lesquelles on a préalablement placé le ruban de film piézo-électrique (1). Le dispositif suivant figure 2 sera réalisé par moulage, par extrusion, par calandrage ou par tout autre moyen adapté au matériau (3) et aux limites d'utilisation physique du matériau, constituant le film piézo-électrique (1). Compte-tenu de l'épaisseur des couches de métal (2) (généralement aluminimum), déposées sur le ruban de film piézo-électrique (1), le signal peut être affaibli en fonction de la distance entre l'impact de la roue et la connexion avec le câble (7) chargé de transmettre le signal à l'électronique non représentée. La figure 4 montre une variante de l'invention ou le ruban de film piézo-électrique (1) est replié à l'extrémité opposée à la connexion avec le câble prolongateur (7), ainsi quel que soit l'affaiblissement du signal dû à la faible épaisseur du métal déposé (2), on obtiendra un signal identique, quel que soit l'emplacement longitudinal de passage de la roue; ce signal étant la résultante de deux signaux toujours répartis symétriquement de la zone de pliure (M) du ruban de film piézoélectrique (1). Les figures Sa et b, représentent une variante de l'invention où le ruban de film piézo-électrique (I) entoure un ruban (8) de caoutchouc mousse ou autre matériau de faible dureté (10, 20 ou 30 ShoreA). Le matériau (9) d'enrobage est de même caractéristique mécanique que celui (3) utilisé plus haut, ainsi réalisé il sera suffisamment souple pour se loger dans une pièce métallique (10) en forme de queue d'aronde, la pièce (10) étant solidaire de la chaussée (C). Cette variante selon l'invention permet de détecter des objets peu pondéreux passant à la surface (11) de la chaussée ou des objets se déplaçant à des vitesses extrêmement lentes de l'ordre de quelques mètres par heure, voire de détecter l'arrêt puis le redémarrage du véhicule. Comme on l'a vu plus haut, les systèmes selon l'invention peuvent être collés sur la chaussée, montés mécaniquement dans une pièce métallique, en forme de queue d'aronde, mais il peuvent aussi être cloués sur la chaussée comme représenté aux figures 6a et b, par des sortes de cavaliers (13) placés à proximité des extrémités du profilé. Dans une telle manière d'application, il convient que le profilé (3) soit suffisamment large pour ne pas se rouler lors du passage des véhicules, et pour rester stable dans le temps. Le système selon l'invention peut également avoir une forme de profilé (3) contenant le ruban de film piézo-électrique (1) lui permettant d'être collé dans une saignée (S) à l'aide d'une résine mono ou bi-composant (12).Cette dernière devra être la plus dure possible de manière à éviter des déformations permanentes, et l'enfoncement du capteur (figure 7). Selon l'exemple des figures 8a, b, c, d, il est possible de placer une multitude de pastilles (Q) de film piézo-électrique (1) dans un profilé (17) sur un ruban souple (8), I'ensemble de ces pastilles sont reliées électriquement à l'électronique par un câble multi-conducteur (7). La largeur (18) des pastilles (Q) peut être de l'ordre de 1 cm et leur espacement (19) de quelques millimètres. Ainsi, lorsqu'un pneumatique passera sur le système (17), la largeur du contact au sol (20) de celui-ci pourra être mesurée en comptant le nombre de pastilles (Q) qui recevront un effort mécanique. Des dispositifs de détection selon, l'invention peuvent être utilisées pour déterminer l'ensemble des caractéristiques d'un véhicule lors de son passage sur la chaussée : vitesse distance entre les essieux poids des essieux... Selon l'exemple représenté aux figures 9a, et b, le tapis (16) peut être placé le long d'un trottoir à proximité de la bordure de trottoir (14). Ce tapis peut contenir plusieurs rubans de film piézo-électrique (1) placés à 5 à 10 cm les uns des autres et reliés électriquement entre eux en montage parallèle. L'impact d'un objet sur le tapis sera facilement détecté et pourra piloter, soit I'autorisationCde passage, I'interdiction. La pose d'un tel système est simple, puisqu'il suffit d'enduire le fond et les bords de la découpe pratiquée le long de la bordure (14) pour coller le tapis (16) à l'aide d'une résine ou d'un adhésif (15) approprié. Dans ce cas, il suffit comme représenté aux figures 10a et b, de placer dans le tapis (21) deux rubans de film piézo-électrique (1) repliés sur eux-mêmes, comme indiqué précédemment, parallèlement entre eux, à une distance (D). Ces deux rubans permettront de mesurer les vitesses en mesurant le temps pour qu'un essieu aille du premier ou second capteur, le traitement du signal sur chaque ruban permettra le pesage dynamique des essieux ; I'utilisation logique des valeurs trouvées sur chaque ruban permettra une amélioration de la qualité de la mesure par rapport à une mesure sur un seul ruban, ceci pour des raisons mathématiques d'une part, et d'autre part, pour des raisons de dynamique du véhicule. L'appartenance des essieux à un même véhicule, sera déterminée à l'aide d'une boucle magnétique (22) noyée dans le tapis (21) et constituée de plusieurs spires placées entre les deux rubans de film piézo-électrique. La figure 11 représente une variante dans laquelle on peut déterminer vitesse et pesage grâce à la superposition des deux éléments capteurs de base. Le profilé (3) contient 4e ruban de film piézo-électrique (1) avec ses deux faces métallisées (2) sur lequel est superposé le ruban de caoutchouc à variation de résistance (23) collé sous le circuit imprimé (25) qui comporte les deux conducteurs (24). Un isolant électrique (26) peut être interposé entre les deux types de capteurs. Dans les applications décrites aux figures ci-dessus indiquées à titre d'exemple, le ruban résistif et ses deux conducteurs peut directement remplacer l'ensemble ruban piézo-électrique et couches ,métallisées. Il n'est cependant pas indispensable de doubler les couches de capteurs (fig.4 ) ni d'interposer une couche de mousse sous le ruban à variation de résistance (fig.5 Er 8). REVENDICATIONS 1/ Dispositif de détection de passage sur une chaussée ou un trottoir caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs rubans de film piézo-électrique (1) métallisé totalement ou partiellement sur les deux faces (2); chaque ruban pouvant être placé en une ou deux couches superposées avec interposition éventuelle de matériaux plus souples (8); I'ensemble étant présenté dans un profilé réalisé en matériau plastique souple (3) le dit-élément étant ensuite posé dans ou sur la chaussée par tout moyen mécanique ou adhésif connu. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les rubans de film piézo-électrique (I) métallisés totalement ou partiellement (2), sont remplacés par des bandes de caoutchouc (23) dont la résistance linéique varie avec la pression et qui sont collées sur des rubans conducteurs (24) parallèles à la grande longueur du ruban de caoutchouc. 3/ Disposition selon la revendication 1,- caractérisé en ce que le ruban de film piézo-électrique (1) métallisé (2) est superposé à un ruban de caoutchouc à variation de résistance (23) muni de ses deux conducteurs (24). 4/ Dispositif selon les revendications 1, 2, et 3, caractérisé en ce que le profilé (3) est réalisé en caoutchouc naturel ou artificiel de dureté comprise entre 50 et 100 ShoreA. 5/ Disposition selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de matériau souple (8) placée entre les deux couches de ruban de film piézo-électrique (1) métallisé (2) est réalisée en caoutchouc mousse de très faible dureté Shore. 6/ Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que dans le cas de la mesure de poids de véhicules 1 ou 2 rubans de film piézoélectrique (1) métallisé (2) sont associés à une boucle électromagnétique (22) placée dans le profilé (3). 7/ Dispositif selon la -revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que dans le cas de la mesure de vitesse de véhicule, 2 rubans piézo-électriques (1) métallisé (2) sont placés parallèlement entre eux dans le profilé (3). 8/ Dispositif selon la revendicatiion 1, 2, ou 3, caractérisé en ce que dans le cas de la mesure de largeur d'empreinte de pneumatique, un grand nombre de pastilles de film piézo-électrique (1) métallisé (2) sont réparties sur la longueur du profilé (3) et raccordées à l'extérieur par un crible multiconducteurs (7).