Brevet FR2643154A1 — publié le 19900817

La présente invention se rapporte à un appareil de détection et de signa- lisation de l'immersion ou de la chute des corps dans l'eau, notamment pour les piscines. Les piscines non surveillées présentent un danger tout particulièrement pour les enfants accédant librement aux abords des piscines. Chaque année on déplore un certain nombre de victimes de noyades acciden- telles dans les piscines, surtout des piscines familiales, que leur no- yade soit occasionnée par une chute inopinée de l'enfant ou par une immersion délibérée en absence d'adultes à proximité. Le besoin s'est donc fait sentir de pouvoir assurer une surveillance de piscines par des moyens fiables en dehors des périodes de baignade autorisée au cours de laquelle les enfants sont censés d'être surveillés en présence des adultes. L'appareil concerné comprend dans un boitier une membrane et une cellule piézoélectrique pour la détection d'ondes de fréquences inférieures ou égales à 5 Hz reliée à un circuit d'amplification et de gestion du signal. En effet, une chute dans l'eau donne lieu à des ondes sonores ou sub- sonores dont le spectre de fréquences est limité au domaine inférieur ou égal à 5 Hz. Il est donc souhaitable, que le détecteur prenne en compte exclusive- ment la bande de fréquence mentionnée, afin d'exclure aussi compléte- ment que possible toutes les fréquences pouvant être transmises au détec- teur des sources autres que des personnes tombant à l'eau. On connait des détecteurs de chute d'objet dans l'eau dans lesquels l'élimination des signaux électriques dûs aux fréquences perturbatrices et non représentatives des chutes dans l'eau s'effectue au moyen de cir- cuits électroniques de filtrage. L'invention a pour l'objet un appareil du genre précité dans lequel le flitrage des fréquences s'effectue par un moyen extrêmement simple sans faire appel à des circuits électroniques dont la fiabilité s'altère au cours de l'usage. L'appareil de détection et de signalisation de l'immersion des corps dans l'eau comprenant une cellule piézo-électrique pour la détection d'ondes de fréquences inférieures ou égale à 5 Hz et comportant dans un boitier un capteur composé d'une membrane et d'une cellule piézo-électrique relié à un circuit d'amplification et de gestion du signal, dans lequel on réalise l'élimination des effets produits par les fréquences perturba- trices non représentives des chutes des corps dans l'eau, est caractérisé en ce que l'élimination des effets produits par les fréquences perturba- trices s'effectue par l'amortissement de ces fréquences lors de la trans- mission ces vibrations de la membrane à la plaque de l'élément piézo- électrique par interposition entre la merbrane et la plaque d'un pont d'élastomere. dont les caractéristiques sont choisies en fonction de la bande passante désirée. Ainsi, les vi4rations dont est siège la membrane du détecteur sont trans- mises à la plaque de l'élément piézo-électrique par l'intermédiaire du pont élastomère qui, par sa nature et composition, transmet intégralement la bande de fréquences inférieures ou égales à 5 Hz et amortit ou atténue les fréquences perturbatrices. Le pont élastomère réalise donc une sélec- tion de la gamme de fréquences choisie. Le choix du pont en élastomère dépend des paramètres, qui sont, d'une part, fonction de la dureté de l'élastomère et, d'autre part tiennent compte de sa Géométrie, c'est à dire de son épaisseur et du rapport des surfaces de celle du pont et de celle de la plaque de lélément piézo-électrique. De préférence, ce rapport de surfaces est d'environ 0,2. Avantageuserent, le pont est réalisé par un disque d'environ 8 mm de dia- mètre et d'environ 0,5 mmn d'épaisseur en élastomère de dureté Shore A d'environ 2S. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la membrane fait corps avec le boitier, tandis que les bords de la plaque de l'élément piézo-électrique sont insérés solidement dans le corps du boitier, de sorte que le boitier constituant un pont acoustique transmet à l'ensemble des par- ties du capteur des vibrations reçues de sources extérieures autres que l'eau, la membrane étant ainsi en équilibre statique ne transmettant aucune déformation à l'élément piézo-électrique. En effet, lorsque la plaque et la membrane sont solidement maintenues dans le corps du boitier, les vibrations dues au milieu extérieur autre que l'eau sont transmises intégralement au moyen de ce pont acoustique que con- stitue le boitier, à l'ensemble des parties du capteur, de sorte que la membrane ne subit pas de déformation. La membrane est ainsi en équilibre. statique n'enregistrant aucune déformation. Elle ne transmet dans ce cas elle aucune vibration à l'élément piézo-électrique avec lequel'est au surplus liée mécaniquement par le pont élastomère. Lorsque la cause des vibrations provient de l'eau, donc de la chute d'un corps, seule la membrane, à l'exclusion du boitier, reçoit des vibrations, le boitier ne jouant que le rôle d'un support physique. Dans ce dernier cas, seules les déformations de la membrane sont transmises à l'élément piézo-électrique par l'intermédiaire du pont élastomère qui joue le rôle de filtre en sélectionnant la gamme de fréquences choisies. L'invention sera illustrée par des dessins annexes, dont la figure 1 donne une représentation schématique de l'appareil selon l'invention, et la figure 2 représente une abaque portant sur les éléments du choix du pont élastomère en fonction de ses paramètres. Sur le dessus d'un boitier étanche 1 en matière plastique moulée est mon- tée solidaire et de façon étanche une membrane déformable 2 également en maière plastique. Le boitier est recouvert par un capot de revêtement 7 dans l'ouverture centrale duquel sont placées en croisillon des ailettes 8. Ledit boitier présente un rebord circulaire 3 dans lequel est inséré avec un faible espacement par rapport à la membrane 2 un cristal ou une plaque piézo-électrique en forme de disque 4, dont le bord circulaire est encastré de façon à faire corps avec le boitier. Du côté opposé de la plaque piézo- électrique est placé un élément de captage 12, l'ensemble piézoélectrique est relié par des fils non représentés à une carte de circuit imprimé 5, auquel conduisent des conducteurs d'alimentation électrique et de trans- mission des signaux 6. Un voyant 9 relié à la carte 5 et servant de lampe témoin émerge du boitier pour permettre de constater que le détecteur a fonctionné. Un bouchcn de réglage lC permet la régulation du seuil de déclenchement d'alarme. Les signaux élaborés par la cellule sont transférés vers une centrale de traitement de signaux non représentée déclenchant l'alarme. La centrale de traitement est alimentée par le réseau électrique et, à titre de précaution, par une batterie tampon. La mise en marche de l'installation s'effectue au sein de la centrale et notamment sa mise en marcnie et son arrêt, éventuellement en séquence pro- grammée. Par ailleurs, la centrale est munie, outre de témoin de veille, de moyens pour actionner et arrêter une sirène d'alarme et pour contrôler le bon fon- ctionnement de la centrale. Entre la membrane 2 et le disque piézo-électrique 4 est placée au centre une pastille calée entre les deux en élastomère silicone non corrosif autoadhérent. Sa dureté Shore A est de 20 à 25. La variation de la bande uassante étant fonction de plusieurs paramètres, la fonction de transfert Meut être calculée suivant une zone de travail définie. La zone idéale en rapport avec la bande de fréquences de filtrage doit correspondre à la zone de résonance de l'amortissement. Suivant la surface de contact de l'élastomère sur le disque piézoélectrique 26 43154 et sur la membrane, la réponse du filtre est différente. Un rapport des surfaces de contact K donnant généralement satisfaction s'établit aux environs de 0,2. Les cellules piézo-électrique du commerce ayant généralement un diamètre d'environ 40 mm, le diamètre de la pastille élastomère sera donc de 8 mm. Le fonctionnement du filtre dépend également de l'épaisseur de l'élasto- mère. Il a été choisi en raison de contraintes d'adopter une épaisseur de 0,5 mm, la tolérance pouvant atteindre + 10%. Sur le diagramme, on a représenté sur une échelle des duretés Shore une ordonnée correspondant à la dureté égale à 20. La zone de rapport de sur- faces. est représentée par un cône dont le rapport idéal est le segment Z. Les segments Zl et Z2 représentent respectivement les rapports 0,2 + 10%, tandis que le segment Zmax représente la valeur maximale du rapport pour une banGe passante de fréquences inférieure ou égale à 5Hz. Sur un axe d'ordonnées à gauche du diagramme se rapportant à K, on a repré- senté des fréquences F en log Hz. Sur un autre-axe d'ordonnées, on a représenté graphiquement la valeur de l'amortissement gradué, de bas en haut, en zone de réponse proportionnelle comprenant la zone de résonance et la zone de non réponse (filtrage) comprenant l'amortissement "satisfaisant", "bon" et "excellent". Cet abaque se lit de la façon suivante. Sur l'échelle de la dureté Shore, on prend la valeur théorique de 20. Cette dureté correspond à la plage de filtrage des fréquences désirées, étant donné le rapport des surfaces (ou des diamètres) établi (K = 0,2). Z1 représentant la tolérance K + 20%, le filtrage a été déterminé pour que ZI représente la tolérance maximum du filtre en fréquence. Donc, toutes variations de signal dont la fréquence est inférieure à 5 Hz donneront sur le tableau de gauche (zone de réponse de l'élastomère) une zone de résonance, c'est à dire de transmission intégrale du signal. On voit également à l'aide du graphique, que si la dureté Shore augmente, tout en ayant le rapport des surfaces constant, l'ensemble du cône se dé- place sur l'échelle vers le chiffre Shore 40. Les segments Z, Zl et Z2 restent parallèles à l'axe des abscisses. Si l'on désire que le filtre se maintienne dans la zone de résonance, c'est la fréquence qui sera modifiée et, dans ce cas, augmentée.-Inversement, si la dureté S'.ore diminue, la fréquence du filtrage diminue également. La mise en oeuvre du pont élastomère à partir de l'élastomère en silicone livré en tube étanche s'effectue en déposant une noix du produit calibré sur le disque piézo-électrique et de la colle ABS sur la membrane. On crée le filtre par écrasement de la noix de silicone entre les deux éléments pour lui donner une épaisseur de 0,5 mr- environ. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, elle est susceptible de nombreuses variantes à la portéede l'homme de l'art et en fonction de la valeur choisie de la bande passante. 26 4 3 1 5 4 REVENDICATIONS 1. Appareil de détection et de signalisation de l'immersion des corps dans l'eau comprenant une cellule piézo-électrique pour la détection d'ondes de fréquences inférieures ou égales à 5 Hz et comportant dans un boitier (1) un capteur composé d'une membrane (2) et d'une cellule piézo- électrique relié à un circuit d'amplification et de gestion du signal, dans lequel on réalise l'élimination des effets produits par les fréquences perturbatrices non représentatives des chutes des corps dans l'eau, caractérisé en ce que l'élimination des effets produits par les fréquences perturbatrices s'effectue par l'amortissement de ces fréquences lors de la transmission des vibrations de la membrane (2) à la plaque (4) de l'élément piézo-électrique par interposition entre la rembrane et la plaque d'un pont d'élastomère (11), dont les caracté- ristiques sont choisies en fonction de la bande passante désirée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur et la dureté de l'élastomère constituant le pont (11), ainsi que le rapport des surfaces de celle du pont d'élastomère et celle de la plaque (4) de l'élém:ent piézo-électrique constituent des paramètres de choix du filtrage souhaité. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport des surfaces de celle du pont (11) et celle de la plaque (4)-de l'élé- ment piézo-électrique est d'environ 0,2. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pont d'élasto- mère (11) est réalisé par une pastille d'environ 8 mm de diamètre et d'environ 0,5 mm d'épaisseur en élastomère de dureté Shore A d'environ 20. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la membrane (2) fait corps avec le boitier (1), tandis que les bords de la plaque (4) de l'élément piézo-électrique sont insérés solidement dans le corps du boitier (1), de sorte que le boitier constituant un pont acoustique transmet à l'ensemble des parties du capteur des vibra- tions reçues de sources extérieures autres que l'eau, la membrane (2) étant ainsi en équilibre statique ne transmettant aucune déformation à l'élément piézo-électrique.