Brevet FR2844595A1 — publié le 20040319

Procédé et dispositif pour la mesure de densité, notamment d'une personne La présente invention concerne un dispositif pour mesurer une densité d'un corps, notamment d'une personne humaine. Il existe des appareils permettant de déduire la densité du corps humain indirectement par une mesure de conductivité électrique, notamment utilisés par les diététiciens pour évaluer le taux de graisses. Cependant ces appareils sont trop imprécis pour certaines utilisations. Par exemple pour un nageur, il est utile de connaître la densité de son corps. En effet, le corps humain a une 1o densité proche de cette de l'eau. Ainsi, si le corps du nageur est particulièrement dense il va dépenser beaucoup d'énergie pour flotter et moins d'énergie sera disponible pour avancer. Ceci est donc particulièrement pénalisant pour un nageur de compétition. Un dispositif de mesure de la densité du corps d'un sportif, serait donc 15 utile pour connaître notamment ses dispositions à être un nageur de compétition. Le but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif adaptés à la mesure de la densité du corps, objet ou être vivant, notamment d'une personne. Selon l'invention, un tel procédé de mesure de la densité comprend une étape de mesure d'une masse réelle du corps dans une position émergée et une étape de mesure d'une masse résiduelle du corps dans une position immergée. Il peut en outre comprendre une étape pour déplacer le corps entre la position émergée et la position immergée. Selon un autre aspect de l'invention, un dispositif de mesure de la densité d'un corps caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour peser le corps dans une position émergée et des moyens pour peser le corps dans une position immergée. Un tel dispositif comprend avantageusement des moyens de support pour le corps. Il peut comprendre en outre des moyens pour 30 mesurer des charges qui sont transmises aux moyens de mesure par les moyens de support, et aussi des moyens pour calculer la densité du corps à - 2 partir des charges mesurées. Ces charges peuvent notamment comprendre le poids de la personne mesurée, et celui des moyens de support. Ce dispositif peut être adapté pour que le corps puisse être ou soit celui une personne humaine. Les moyens de support peuvent alors comprendre au 5 moins une marche pour les pieds de la personne et cette marche être une marche sensible, adaptée pour servir de capteur pour une présence de la personne sur cette marche sensible. Ainsi, les moyens de support peuvent être une échelle qui comprend une première marche sensible et une deuxième marche sensible, la première étant disposée de sorte que lorsque la personne io est sur cette marche, on peut peser son corps dans la position émergée, la deuxième marche étant disposée de sorte que lorsque la personne est sur cette deuxième marche on peut peser son corps dans la position immergée. Plutôt que ce soit la personne à peser qui se déplace sur une échelle, le dispositif peut avantageusement comprendre des moyens pour déplacer le is corps entre la position émergée et la position immergée. Si l'on immerge le corps dans l'eau, il peut être avantageux de prévoir des moyens de lest pour s'assurer que le corps reste immergé autant que nécessaire pour la mesure. Ces moyens de lests peuvent être compris dans les moyens de supports lorsque ceux-ci sont mobiles. Le dispositif peut aussi comprendre une borne de commande. La borne de commande peut notamment comprendre des moyens pour initialiser le dispositif, des moyens pour activer le dispositif, les moyens de calcul de la densité et/ou des moyens pour afficher la densité calculée. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de 25 la description ci-après, relative à des exemples non limitatifs. Aux dessins annexés - la figure i illustre un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif de mesure est quasi-statique - la figure 2 est un diagramme illustrant le mode fonctionnement du 30 dispositif de la figure 1, - les figures 3 et 4 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif de mesure est mobile; - la figure 5 est un diagramme illustrant le mode fonctionnement du dispositif des figures 3 et 4; et, - la figure 6 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention, voisin de celui de la figure 1. La figure 1 représente un dispositif 1 de mesure de la densité du corps d'une personne humaine 6. Ce dispositif est disposé au bord d'un bassin 3 contenant de l'eau 4. Ce bassin peut être une piscine. Le dispositif 1 comprend principalement des moyens de support 10 pour le corps à peser 1 0, des moyens pour guider le support 1 1, des moyens pour peser 12 et une borne de commande 13. Le support est une échelle 10 qui comprend deux montants crossés 104 chacun en forme d'un U inversé dont chacune des branches est verticale. 15 Une première branche 105 du U sert à la fixation de l'échelle dans la rive 31 du bassin 3. Une deuxième branche 106 du U plonge verticalement dans le bassin. Plusieurs marches 100 sont disposées à intervalles réguliers entre les deuxièmes branches 106 respectives des montants 104. Une première marche 101 parmi les marches 100 est disposée de sorte 20 qu'elle soit hors de l'eau. Ainsi, le corps d'une personne 6 debout sur cette marche, dans une position émergée 61, sera entièrement à l'air libre. Une deuxième marche 102 parmi les marches 100 est disposée sous l'eau 4 de sorte qu'une personne debout, ou au moins accroupie, sur cette marche soit totalement immergée, dans une position immergée 62. Les autres parmi les 25 marches 100 sont disposées au moins pour permettre d'atteindre la première marche 101 et la deuxième marche 102. Les moyens de guidage 11 sont scellés dans un logement 32, aménagé dans la rive 31 du bassin. Ils permettent le maintien partiel de l'échelle en reprenant des efforts horizontaux transmis par l'échelle 10 à la rive 31. Les 30 moyens de guidage permettent cependant le déplacement vertical, sans frottement, de l'échelle. Des moyens d'étanchéité 7 empêche la pénétration - 4 dans le logement 11 d'objets ou de matériaux susceptibles de gêner le fonctionnement du dispositif. Les moyens de pesée 12 sont disposés en fond du logement 32. Les premières branches 105 des montants 104 reposent sur les moyens de 5 pesée, de sorte que ceux-ci reprennent les efforts verticaux transmis par l'échelle 10 à la rive 1. Ces efforts sont les poids de l'échelle et de ce qui y est supporté, diminué de la poussée d'Archimède qui s'y applique. Les moyens de pesée sont ici constitués d'un capteur de compression. Le dispositif de mesure est dit quasi-statique car le déplacement vertical de 10 l'échelle, lors de la mesure, est imperceptible. En effet, la raideur des moyens de pesée est très grande et leur écrasement, sous les efforts verticaux, est infime. La première marche 101, la deuxième marche 102 et les moyens de pesée sont reliés électriquement à la borne 103 par un câblage 14. La borne 15 comprend des moyens d'initialisation 141, des moyens de calcul 142 (voir figure 2) et des moyens d'affichage 143. Un tel dispositif 1 peut être installé à poste dans une piscine publique et servir d'échelle pour l'accès au bassin 3. La borne peut alors comporter des moyens d'activation du dispositif 1 lorsque l'on veut effectuer une mesure. 20 Cette borne peut être installée dans un local non public, de sorte que l'échelle à un aspect identique à d'autres échelles d'accès qui ne feraient pas partie d'un tel dispositif de mesure de densité. Le bassin sera conçu ou choisi de sorte que le niveau de l'eau ne varie pas, ou varie seulement de façon négligeable, lorsque le corps y est immergé. 25 Ainsi, on pourra choisir un bassin de grandes dimensions ou bien l'équiper d'un trop plein permettant d'en réguler le niveau. On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif 1, particulièrement en référence à la figure 2. Une première étape consiste à initialiser le dispositif, et d'abord à le 30 tarer pour que le dispositif ne tienne compte pour la mesure de densité, que du poids du corps dont on souhaite connaître la densité, à l'exclusion de tout - 5 poids annexe, notamment du poids de l'échelle. Encore, pour initialiser le dispositif, on introduit dans une mémoire initiale 150 parmi le moyens de calcul 142, par exemple à l'aide d'un clavier 141, la densité Do de l'eau 4 dans le bassin 3. Cette densité peut varier, par exemple si l'on utilise de l'eau 5 douce ou de l'eau salée, ou en fonction d'additifs mélangés à l'eau, ou encore si l'on utilise un autre liquide que l'eau. L'initialisation peut être faite définitivement lors de l'installation du dispositif. Le dispositif est automatiquement désactivé après chaque mesure de densité, pour éviter un fonctionnement permanent inutile. Une deuxième 1o étape est donc l'activation A du dispositif. Une troisième étape est la mesure de la masse réelle M de la personne 6. la première marche 101 est une marche sensible, c'est à dire qu'une fois le dispositif activé elle sert de capteur pour une présence d'une personne 6 à peser. Lorsque la présence de la personne est détectée, la première marche 15 active les moyens de pesée 12 et, en même temps, envoie un signal Xl pour indiquer aux moyens de calcul 142, que la mesure du poids d'une personne émergée 61 est en cours. Les moyens de pesée mesurent une charge P qui leur est appliquée par l'échelle et en transmettent la valeur aux moyens de calculs. A la réception du signal Xl et de la charge P, les moyens de calcul 20 déduisent le poids, puis la masse réelle de la personne 6, notamment en tenant compte du tarage, et inscrivent la valeur M de cette masse dans une première mémoire 1 51. Une quatrième étape est la mesure du volume de la personne 6. Pour cela on mesure le poids de la personne immergé 62, puis par différence avec 25 le poids émergé on en déduit un poids partiel de la personne immergé, donc une masse partielle M2, de sorte qu'en appliquant le principe d'Archimède le volume d'eau déplacé, donc le volume de la personne est égal à (M-M2) /Do. La première marche 101 est alors désactivée, ce qui a pour effet d'activer la deuxième marche 102, qui elle aussi est une marche sensible. Ainsi, la 3o deuxième marche sert à son tour de capteur pour une présence de la personne 6. Lorsque la présence de la personne est détectée, la deuxième 6 marche active les moyens de pesée 12 et, en même temps, envoie un signal X2 pour indiquer aux moyens de calcul 142, que la mesure de la masse M2 est en cours. Les moyens de pesée mesurent une charge P qui leur est appliquée et en transmettent la valeur aux moyens de calculs. A la réception 5 du signal X2 et de la charge P, les moyens de calcul en déduisent la masse M2 et inscrivent la valeur M2 dans une deuxième mémoire 152. Une cinquième étape est le calcul de la densité de la personne 6 à partir des données Do, M et M2, précédemment mises en mémoire, de sorte que la valeur recherchée de la densité de la personne est D avec D = M/((M-M2) /Do) 10 o M-M2/Do est égal au volume d'eau déplacé par la personne immergée. La valeur D est alors affichée sur les moyens d'affichage, ici un écran 143. Enfin, le dispositif est désactivé, dans l'attente d'une nouvelle activation A, préalable à une nouvelle mesure de densité. On va maintenant décrire un dispositif mobile de mesure de densité 2, 15 en référence aux figures 3. Ce dispositif est lui aussi prévu pour la mesure de la densité d'une personne humaine. Il ne sera décrit qu'en ce qu'il diffère de celui de la figure 1. Le dispositif mobile 2 comprend en tant que moyens de support une perche crossée 20, en forme de U inversé. Une première branche 205 du U 20 sert de tige à un vérin 40. Une deuxième branche du U plonge verticalement dans le bassin 3. Cette deuxième branche, dans une partie inférieure, comprend une marche 103 pour qu'une personne dont on veut mesurer la densité puisse y mettre les pieds tout en se tenant avec les mains à une partie supérieure de cette deuxième branche. Dans la configuration de la 25 figure 3, la marche se situe au-dessus du niveau de l'eau 4 dans le bassin 3, de sorte qu'une personne 6 debout sur la marche soit dans une position émergée 61, à peu près de niveau avec le bord 37 sur la rive 31 du bassin 3. Une plate-forme 70, appuyée sur le bord du bassin sert de base au dispositif et en outre de passerelle d'accès depuis le bord jusqu'à la marche 103. Le vérin est disposé verticalement dans le bassin de sorte qu'il repose par un pied 45, au moins indirectement, sur le fond 33 du bassin 3. Le vérin - 7 comprend une chemise cylindrique verticale 41 dans laquelle coulisse un piston 42. Le piston fait étanchéité entre un volume bas 43 du vérin et l'atmosphère. Le piston 42 est monté sur une extrémité inférieure 204 de la première branche 205, de sorte qu'ils se meuvent verticalement et 5 solidairement dans la chemise sous l'action d'un fluide 8 comprimé dans la le volume bas 43 du vérin 40, à une sous-face 421 du piston. Pour éviter de polluer l'eau du bassin on pourra avantageusement utiliser de l'air extrait de l'atmosphère en tant que fluide comprimé 8. Un compresseur 50 permet de comprimer le fluide 8 dans le vérin, et un manomètre 51 d'en mesurer la 10 pression. La tête du vérin est maintenue au travers de la plate-forme 70. A la figure 3, la tige 205 est essentiellement à l'extérieur et au-dessus de la chemise 41 du vérin 40. A la figure 4, la tige 205 est quasiment entièrement enfoncée verticalement à l'intérieur de la chemise 41 et la deuxième branche 206 de la perche est presque totalement immergée. La 15 course de la tige dans le vérin, donc la course de la perche 20 dont fait partie la tige du vérin, est choisie pour que, dans la configuration de la figure 4, une personne debout sur la marche 103 soit dans une position immergée 62. Ainsi, contrairement à l'exemple de la figure 2, c'est le dispositif qui déplace la personne et non la personne qui se déplace dans le dispositif, c'est 20 pourquoi le dispositif est ici dit mobile. On notera que la perche est prévu suffisamment lourde pour servir de lest, de sorte que la descente se fasse sous l'action de la pesanteur, bien que la densité de la personne soit voisine de celle de l'eau 4 dans le bassin 3, sans nécessiter que le vérin 40 soit à double effet. On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif mobile 2, particulièrement en référence à la figure 2. On notera que la première étape d'initialisation doit être complétée pour tenir compte, lors du tarage, du fait que la tare varie avec le volume immergé de la perche. En effet, le volume de perche immergé varie en fonction de 30 l'enfoncement de la tige 205 dans la chemise 41. - 8 Après la deuxième étape d'activation du dispositif, alors que le dispositif est dans une position initiale illustrée à la figure 3, la troisième étape consiste à mesurer la masse M de cette personne. La marche 103 est une marche sensible et envoie d'abord un signal X 5 aux moyens de calcul pour signaler la présence d'une personne dont on veut mesurer la densité. Les moyens de calcul relèvent une première pression Pl mesurée par le manomètre 51 et correspondant à une charge P sur le manomètre. Cette première pression est introduite dans la première mémoire 151, puis on déclenche la descente 153 de la perche 20 dans le bassin 1o jusqu'à une profondeur suffisante pour débuter la quatrième étape, tel qu'illustré à la figure 4. La quatrième étape a pour but la mesure du volume de la personne 6 dans sa position immergée 62. On mesure de nouveau une deuxième pression Pi correspondant à une charge résiduelle P sur le manomètre. Cette 15 deuxième pression est introduite dans la deuxième mémoire 1 52. Ensuite, on commande la remontée de la perche 20. La cinquième étape consiste au calcul de la densité D. Les masses M, M2 sont des fonctions linéaires f(P1), f(P2) des pressions mesurées par le manomètre, de la section horizontale de la chemise 41, et de la tare variable. 20 Ces fonctions sont déterminées par l'initialisation du dispositif, notamment, la valeur de la section est initialisé à la construction. Ainsi, on obtient la masse réelle M de la personne 6 et la masse résiduelle M2 respectivement à partir de la première pression Pl et de la deuxième pression P2. Lorsque l'on a obtenu la valeur de la densité D de la personne et que la 25 perche est revenue à sa position initiale de la figure 3, le dispositif 2 est désactivé. Le dispositif de la figure 6 est un mode réalisation voisin de celui de la figure 1. Il sera décrit en ce qu'il en diffère. Les deux montants crossés de l'échelle 10 de la figure 6 sont fixés, de manière amovible ou pas, dans la 30 rive 31 du bassin 3. La deuxième branche 106 de chaque montant comprend un mat 108 suspendu, par des moyens de pesée 9, à une crosse 107. Ladite - 9 crosse 107, le mat 108 et les moyens de pesée 9 constituent ensemble un montant de l'échelle. Chaque mat est rectiligne et plonge depuis les moyens de pesée dans l'eau 4 du bassin 3. Les marches 1 00 sont disposées entre les mats. Aucune des marches 5 du dispositif de la figure 6 n'est sensible. Ainsi, chaque mesure, de la masse réelle et de la masse résiduelle de la personne, doit être déclenchée par un opérateur depuis le bord du bassin. La borne 13 comprend un bouton 130 pour permettre le déclenchement de la mesure par l'opérateur. Ainsi, l'opérateur peut s'assurer, avant la mesure de la masse résiduelle, que la 1o personne est bien totalement immergée. A la figure 6, les moyens de pesée 9 des montants 1 04,sont des moyens pour mesurer la charge qui y est exercée en traction et qui y est suspendue. Cette charge est notamment constituée par la personne 6, les mats 108 et les marches 100. Bien sr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, un tel densimètre peut être utilisé pour d'autres sportifs que les nageurs, pour lesquels la densité peut avoir une incidence sur leur capacité à 20 exercer un sport donné. Il peut aussi être utilisé pour des nécessités médicales, et par exemple être installés dans des centres de cure ou de balnéothérapie. Dans le cas d'un dispositif mobile, la course peut en être choisie en fonction de la taille de la personne mesurée. Le dispositif peut aussi être 25 adapté pour qu'au lieu d'être debout, la personne soit assise ou accroupie, ce qui permet d'utiliser un bassin moins profond et/ou une course moins importante, dans le cas d'un dispositif mobile. L'utilisation n'en est pas seulement limitée à une personne humaine, mais peut être étendue à l'étude des animaux, par exemple pour mieux 30 comprendre certaines de leurs capacités. Ainsi pour un animal, il peut être utile de munir un dispositif mobile d'une cage et/ou de moyens d'attache, - 10 pour permettre l'immersion de l'animal. Le dispositif peut aussi être adapté pour la mesure de densité d'un corps inerte, notamment d'un objet dont le volume ne peut être calculé de manière simple. Une personne humaine, ou un animal, peut être équipée d'un dispositif 5 adapté, pour respirer sous l'eau, dont on tiendra compte dans le tarage du dispositif. Plutôt que d'initialiser la densité Do du liquide dans le bassin à l'aide d'un clavier, cette densité peut être mesurée automatiquement dans le liquide, à chaque fois que nécessaire. Les moyens d'affichage peuvent comprendre une imprimante, afin de conserver une trace écrite de la mesure. Dans une version simplifiée d'un dispositif selon l'invention, seuls les masses réelles et résiduelles du corps pesé peuvent s'afficher, le calcul de la densité étant effectué manuellement. Au lieu que les mesures de masse soient automatisées ou déclenchées 15 par un opérateur, des moyens pour déclencher une mesure peuvent être disposés à la portée d'une personne qui mesure sa propre densité, depuis les moyens de support. De préférence on mesurera d'abord la masse réelle du corps, puis sa masse résiduelle. En effet, si le corps est encore mouillé après la mesure de 20 la masse résiduelle, l'eau à la surface ou à l'intérieur du corps est susceptible d'affecter la précision de la mesure de sa masse réelle. - 11 REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la densité d'un corps, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure d'une masse réelle dudit corps dans une 5 position émergée et une étape de mesure d'une masse résiduelle dudit corps dans une position immergée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déplace le corps entre la position émergée et la position immergée. 3. Dispositif de mesure de la densité d'un corps, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour peser le corps dans une position émergée et des moyens pour peser le corps dans une position immergée. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de support pour le corps. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour mesurer des charges qui sont 20 transmises audits moyens de mesure par les moyens de support. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour calculer la densité du corps à partir des charges mesurées. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il est adapté à la mesure de la densité d'une personne humaine. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les 30 moyens de support comprennent au moins une marche pour les pieds de la personne. - 12 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins une marche sensible, adaptée pour servir de capteur pour une présence de la personne sur ladite marche sensible. 10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de support comprennent une échelle qui comporte une première marche sensible et une deuxième marche sensible, la première marche étant disposée de sorte que lorsque la personne est sur la première 10 marche, on peut peser son corps dans la position émergée, la deuxième marche étant disposée de sorte que lorsque la personne est sur la deuxième marche on peut peser son corps dans la position immergée. 11. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce 15 qu'il comprend en outre des moyens pour déplacer le corps entre la position émergée et la position immergée. 12. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour lester le corps immergé. 13. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une borne de commande. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la borne 25 de commande comprend en outre des moyens pour initialiser le dispositif.