Brevet FR2869711A1 — publié le 20051104

L'invention concerne un capteur de localisation d'impact(s) et le procédé de localisation correspondant. Localiser un impact sur des surfaces qui peuvent être très diverses (en particulier une carrosserie de véhicule) pose des problèmes de mise en oeuvre, de fiabilité 5 (à la fois dans la mesure et dans le temps) et/ou de coût. Pour apporter une solution à tout ou partie de ces problèmes, l'invention propose, pour localiser I'(les) impact(s) concerné(s) de procéder comme suit: - on émet une lumière polychromatique dans un premier guide d'ondes, par diaphonie, l'impact fait passer une partie de cette lumière dans un second guide d'ondes, et - des moyens à filtre optique fréquentiel sensibles à la lumière émise étant disposés au moins en plusieurs endroits de la longueur du second guide d'ondes où ladite lumière peut passer d'un guide d'ondes à l'autre, sous l'effet d'un dit impact ces moyens à filtre optique fréquentiel retenant certaines fréquences lumineuses parmi celles contenues dans la lumière reçue, et les fréquences lumineuses qui sont passées dans le second guide d'ondes et qui ont traversé lesdits moyens à filtre optique fréquentiel sont reçues par des moyens photo récepteur qui, en fonction de la zone de passage de la lumière d'un guide d'ondes à l'autre et de la zone d'application de la force, la (les) fréquence(s) de lumière présente(s) dans le second guide d'ondes, après passage dans les moyens à filtre optique fréquentiel, est (sont) détectée(s) par les moyens photo détecteur. Ainsi, la localisation d'un impact est réalisée par la détection des composantes fréquentielles de la lumière reçue à la sortie du second guide d'ondes. Concernant le capteur en lui-même, l'invention conseille qu'il comprenne: - des moyens émetteur optique émettant une lumière polychromatique, 25 au moins deux guides d'ondes allongés, le premier guide d'ondes étant relié aux moyens émetteur optique et recevant la lumière émise, les deux guides d'ondes étant, sur une partie de leur longueur, disposés l'un par rapport à l'autre de manière qu'une partie au moins de la lumière reçue dans le premier guide d'ondes passe dans le second, lors de l'application d'une force induite par l'impact et tendant à rapprocher les deux guides d'ondes, sur une zone de cette longueur, - des moyens à filtre optique fréquentiel, sensibles à la lumière pouvant être reçue dans le deuxième guide d'ondes, et disposés au moins en plusieurs endroits de la longueur du second guide d'ondes où ladite lumière peut passer d'un guide d'ondes à l'autre, sous l'effet d'un dit impact ces moyens à filtre optique fréquentiel retenant certaines fréquences lumineuses parmi celles contenues dans la lumière reçue, - et des moyens photo détecteur reliés au second guide d'ondes, pour recevoir, parmi les fréquences lumineuses, celle(s) non retenues par l'un au moins des filtres fréquentiels et qui sont passées dans le second guide d'ondes, pour qu'en fonction de la zone de passage de la lumière d'un guide d'ondes à l'autre et de la zone d'application de la force, la (les) fréquence(s) de lumière présentes dans le second guide d'ondes, après passage dans les moyens à filtre optique fréquentiel, soi(en)t détectée par les moyens photo détecteur. On appelle ici "diaphonie" une influence mutuelle qu'exerce entre elles deux lignes (en l'espèce deux guides d'ondes) voisines, par: - couplage magnétique dû au champ magnétique d'une ligne sur l'autre par mutuelle inductance, -couplage capacitif dû à la présence de capacités entre les conducteurs des deux lignes. Ces couplages dépendent typiquement de la configuration géométrique des 15 conducteurs. Ils sont répartis plus ou moins de façon uniforme le long de la ligne. En conséquence, une partie des signaux transmis sur une ligne apparaît sur l'autre. L'un des deux guides d'ondes (le premier) va donc servir au transport de la lumière et le second va être traité sur plusieurs zones afin de constituer des filtres 20 fréquentiels. A priori, les deux guides d'ondes seront positionnés de manière à encourager ladite diaphonie, lors de l'application d'une pression (par exemple fibres tressées, lâches au repos et comprimées l'une contre l'autre lors de l'application d'une force induite par l'impact). La lumière ira donc en particulier du (premier) guide d'ondes et transport de lumière au (second) guide d'ondes traité qui est donc branché au photo détecteur capable de différencier les composantes fréquentielles de la lumière reçue, par exemple CCD couleur (CCD signifiant "Charge Coupled Device" en anglais, équivalent à un type de photo détecteur couleur). En fonction des composantes fréquentielles reçues par le photo détecteur, on 30 peut définir où a eu lieu la diaphonie, donc l'impact. Avantageusement, les moyens de filtre optique fréquentiel comprennent donc une série de filtres optiques fréquentiels échelonnés le long du second guide d'onde. Concernant la conception de ces filtres fréquentiels, on conseille qu'ils comprennent: - soit des moyens de blocage optique de certaines couleurs lors du passage de la lumière du premier guide d'ondes vers le second, la lumière variant suivant l'endroit de la longueur du second guide d'ondes où est situé le filtre fréquentiel concerné, de sorte que les moyens photo détecteur ne reçoivent pas la (les) couleur(s) qui ont été bloquées, lesdits filtres optiques fréquentiels comprenant alors de préférence des réseaux de Bragg, - soit des couches ayant des couleurs différentes suivant l'endroit de la longueur du second guide d'ondes où est disposé le filtre fréquentiel concerné. Dans le premier cas, on conseille ainsi d'imprimer un réseau de Bragg dans le guide d'onde qui sera alors a priori une fibre optique. Dans le second cas, on conseille que soit interposée, entre les deux guides d'ondes, une gaine colorée d'enrobage du second guide d'ondes, ou encore que les couches colorées consistent en une telle gaine de couleur spécifique. L'utilisation de fibres optiques comme guide d'ondes est de façon générale à privilégier. Pour adjoindre un capteur de forme au capteur de localisation lors d'un impact, on propose par ailleurs que: - vers l'extrémité opposée à celle où sont situés les moyens émetteurs optiques, que le premier guide d'ondes comprenne un photo détecteur additionnel pour la détection non seulement de la localisation dudit impact, mais également d'une zone de la courbure générée par cet impact sur l'un au moins des guides d'ondes, - et que ce premier guide d'ondes soit traité pour être sensible à ladite courbure sous l'effet de la force créée par l'impact, de préférence de sorte qu'il 20 comprenne des fenêtres diffusives l'entaillant localement. Ainsi, on pourra mieux appréhender l'importance de l'impact et détecter la courbure subie de ce fait par les guides d'ondes. En particulier, si on souhaite placer les moyens émetteurs optiques fréquentiels et les moyens photo détecteur dans un même boîtier, on conseille par ailleurs que l'extrémité de chaque guide d'onde qui n'est donc pas reliée aux moyens émetteurs optiques, ou aux moyens photo détecteurs considérés soit terminée par un piège de lumière ou par un miroir. Une description encore plus détaillée de l'invention suit, en référence aux dessins annexés présentant des exemples de réalisation et expliquant le principe de 30 fonctionnement de l'invention. - la figure 1 est un schéma général de réalisation d'un capteur d'impact conforme à l'invention, - les figures 2, 3 et 4 montrent trois variantes de réalisation des moyens à filtre optique fréquentiel utilisables avec un capteur conforme à l'invention, - la figure 5 est une variante, à plus petite échelle, de capteur de la figure 1, - la figure 6 illustre schématiquement un détail de l'un des guides d'ondes montrés en figure 5, - la figure 7 est un tableau schématisant le principe de fonctionnement du capteur de la figure 1, avec une structure de filtres comme sur les figures 3 ou 4. Sur la figure 1, le capteur optique 1 de localisation d'impact(s) comprend un émetteur polychromatique 3 couplé à un premier guide d'ondes 5. L'émetteur 3, par exemple une LED blanche (LED signifiant "Light Emitting Diode" en anglais, c'est à dire une diode à émission de lumière blanche) émet une lumière polychromatique dans le guide d'ondes 5 lequel est couplé optiquement avec un second guide d'ondes 7. Les deux guides d'ondes consistent ici en deux fibres optiques couplées par tressage, créant une tresse lâche au repos mais qui se resserre au moins localement lors de l'application de la force créée par l'impact (par exemple impact sur un bouclier avant d'automobile dans - ou derrière lequel est disposé le capteur, avec le guide d'ondes 5, 7 s'étendant le long de son bouclier). Les deux guides d'ondes 5, 7 sont situés à proximité l'un de l'autre et s'étendent globalement parallèlement l'un à l'autre pour que se crée une diaphonie lors de l'application d'une pression les contraignant l'un vers l'autre, transversalement à leur axe d'allongement, supposé globalement commun. Le second guide d'ondes 7 est couplé à un moyen photo détecteur 9 qui est adapté à distinguer les fréquences qu'il reçoit, ainsi qu'à des moyens à filtre optique 20 fréquentiel 1 1. Le moyen photo détecteur 9 consiste ici en un photo détecteur fréquentiel, tel qu'un CCD couleur. Sur la figure 2, les moyens à filtre optique fréquentiel 11 comprennent une succession de couches (ou feuilles) de matière colorée, telle que 13a, 13b, 13c échelonnées au moins sur la longueur de la fibre optique 7 où la lumière émise par l'émetteur optique 3 (non représenté sur la figure 2) peut passer du premier guide d'ondes 5 au second, 7. Les couleurs varient sur la longueur du guide d'ondes 7. Les couches colorées 13a, 13b, 13c s'étendent ici entre les deux guides 30 d'ondes pour être traversées par la lumière, en colorant donc la lumière reçue dans la fibre 7. Ainsi, suivant l'endroit où la lumière issue du photo émetteur 3 sera passé du premier dans le second guide d'ondes, les fréquences reçues par le photo détecteur 9 (figure 1) seront différentes et on pourra donc déterminer l'endroit où la pression ayant amené les deux guides d'ondes 5, 7 à travailler favorablement ensemble en diaphonie à été exercée. Sur la figure 3, les couches colorées, ici respectivement 15a, 15b, 15c, sont formées par un gainage du second guide d'ondes 7. Il peut en particulier s'agir d'une série de couches (ou d'une couche unique) recouvrant extérieurement une gaine de fibre optique ayant, par tronçon de la fibre 7, des couleurs différenciées pour obtenir le même effet que ci-avant lors de la détection de la lumière par le photo détecteur fréquentiel 9 (figure 1). Sur la figure 4, les moyens à filtre optique fréquentiel 11 se présentent comme un réseau de Bragg. Plus précisément, dans cette version, la fibre optique 7 est traitée longitudinalement (axe 8), à la fin de plusieurs zones, de manière à constituer des filtres optiques telles que 17a, 17b, 17c bloquant des fréquences différentes de la lumière reçue dans ce second guide d'ondes 7 ainsi traité. Sur la figure 5, en plus des éléments précités permettant de détecter la zone d'un impact ayant influencé le capteur en créant donc la diaphonie entre deux guides d'ondes 5, 7, on note que le capteur optique 20 comprend un photo détecteur additionnel 19 couplé à l'extrémité 5b du premier guide d'onde 5 opposée à celle 5a où est disposé l'émetteur optique 3. Le photo détecteur 19 est adapté pour définir un détecteur de forme, en fonction des fréquences lumineuses reçues. Le second guide d'ondes 7 est en outre traité de manière à être sensible à la courbure de ce guide d'ondes, laquelle courbure aura été générée localement par un choc qui aurait donc déformé localement les guides d'ondes et aura créée la diaphonie. Un tel traitement de la fibre optique 5 pourra en particulier consister dans la réalisation de fentes diffusives telles que 21a, 21b, 21c sur la figure 6, pouvant consister en des entailles dans la fibre. Sur les figures 1 et 5, on constate que le côté des fibres optiques (guides d'ondes) 5, 7 non-couplé peut être terminé par un moyen piège de lumière 23 (figure 1) sans préparation ou par un miroir 25. Le principe général de fonctionnement d'un capteur de localisation d'impact conforme à l'invention fonctionne comme suit, dans l'hypothèse de l'utilisation d'une série de filtres optiques fréquentiels fonctionnant comme des moyens de blocage optique de certaines couleurs lors du passage de la lumière, comme illustré en exemple sur les figures 3 et 4. Dans ce cas, comme schématisé sur la figure 7, on suppose que des moyens filtre fréquentiel sont donc échelonnés le long du second guide d'ondes (guide 7 sur les figures concernées) par exemple en zone A puis B puis C puis D sur la figure 7 (correspondant par exemple pour les trois premières aux zones successives 15a, 15b, 15c sur la figure 3 ou 17a, 17b, 17c sur la figure 4). Considérons le cas A ou une pression est appliquée dans la zone A. La lumière polychromatique contenue dans le premier guide d'ondes (5 sur les figures précédentes) est transférée vers le second guide d'ondes (7 sur les figures précédentes) et arrive donc sur le premier filtre optique (15a ou 17a sur les figures 3 ou 4) qui est (dans cet exemple) un filtre bloquant le rouge (environ 600 nm à 650 nm en fréquence), après quoi la lumière doit passer dans le filtre de la zone B (par exemple 15b ou 17b sur les figures 3 ou 4) que l'on peut supposer être un filtre bloquant les fréquences du jaune, après quoi la lumière poursuit son chemin dans la fibre en passant successivement dans le filtre de la zone C que l'on peut supposer bloquer la couleur verte, puis dans le filtre D qui bloque le bleu. De cette manière, la seule composante qui arrivera et sera donc détectée par le photo détecteur 9 sera le violet (V) pour cet exemple du cas A sur la figure 7. Cas B: une pression est supposée appliquée à nouveau dans la zone A, mais en aval du premier filtre. La lumière polychromatique contenue dans le premier guide d'ondes 5 arrive, après son transfert vers le second guide d'onde 7, sur le filtre de la zone B (par exemple 15b ou 17b sur les figures 3 ou 4) qui bloque donc le jaune, après quoi la lumière suivant son chemin dans le guide d'onde, arrive sur le filtre de la zone C qui bloque donc le vert, puis sur le filtre de la zone D qui bloque le bleu. Dans ce cas, les seules composantes arrivant dans le photo détecteur 9 et 20 détectées par lui sont donc le rouge et le violet (R et V sur la figure 7). On peut raisonner de la même manière pour les cas C et D illustrés sur la figure 7, avec les résultats affichés, selon la même symbolique. A cet égard, les couleurs rouge, jaune, vert, bleu et violet sont repérées respectivement R, J, VV, B, V. On notera par ailleurs que les zones A et C peuvent par exemple être touchées en même temps. La sortie (photo détecteur 9) sera alors rouge bleu et violet (R, B, V). Dans l'hypothèse d'un impact sensiblement simultané sur les zones A et B, le photo détecteur 9 détectera les couleurs vert bleu et violet (W, B et V). On aura compris que chaque code de couleur correspond à la localisation des points de pression ou impact. En terme d'avantage de cette solution de capteur de localisation d'impact (voire de capteur de courbure) propre à l'invention, on peut noter ce qui suit: capteur peu encombrant, principe physique déjà éprouvé (en particulier dans le cas d'un démultiplexage optique), compatibilité magnétique (guides d'ondes insensibles), coût peu élevé (peu de composants, traitement relativement aisé des guides d'ondes), poids peu important, facilité d'industrialisation (couplage aisé, principe de diaphonie maîtrisé, peu de fibres optiques), facilité de calibrage (principe fondé sur une approche oui/non). On notera par ailleurs que les filtres fréquentiels optiques sont encore peu utilisés, sauf typiquement dans le cadre du démultiplexage (optique) sur WDM (WDM signifiant 'Wavelength Division Multiplexing" en anglais, c'est à dire un multiplexage par division en longueur d'onde), en télécommunication. En outre, des moyens techniques comme l'impression dans une fibre de réseau(x) par ultraviolet (UV) permettent de créer un filtrage optique à tout endroit voulu dans la fibre. Par ailleurs, c'est couramment un tableau (série) de capteurs qui est utilisé pour la détection, alors que l'on peut ici ne prévoir qu'un seul élément sensible constitué 10 donc en l'espèce par le second guide d'ondes 7. Dans les domaines possibles d'application, outre la détection des chocs sur une structure de véhicule (porte, pare choc, bouclier...) on peut noter les boutons ou les poignées (application d'une pression en un endroit donné, avec un principe fondé sur ce que l'on a expliqué ci-avant, à savoir un code de couleur égal une fonction). A toutes fins utiles, on précisera encore qu'un (moyen A) filtre optique fréquentiel peut consister en un filtre interférentiel isolant une radiation monochromatique ou une bande spectrale plus ou moins large (couleur) dans le spectre de la source lumineuse. REVENDICATIONS 1.Capteur (1, 20) de localisation d'impact(s) comprenant: - des moyens (3) émetteur optique émettant une lumière polychromatique, - au moins deux guides d'ondes allongés (5, 7), le premier guide d'ondes (5) étant relié aux moyens émetteur optique (3) et 5 recevant la lumière émise, les deux guides d'ondes étant, sur une partie de leur longueur, disposés l'un par rapport à l'autre de manière qu'une partie au moins de la lumière reçue dans le premier guide d'ondes passe dans le second (7), lors de l'application d'une force induite par l'impact et tendant à rapprocher les deux guides d'ondes, sur une zone de cette longueur, - des moyens à filtre optique fréquentiel (11), sensibles à la lumière pouvant être reçue dans le deuxième guide d'ondes, et disposés au moins en plusieurs endroits de la longueur du second guide d'ondes (7) où ladite lumière peut passer d'un guide d'ondes à l'autre, sous l'effet d'un dit impact ces moyens à filtre optique fréquentiel retenant certaines fréquences lumineuses parmi celles contenues dans la lumière reçue, - et des moyens photo détecteur (9) reliés au second guide d'ondes, pour recevoir, parmi les fréquences lumineuses, celle(s) non retenues par l'un au moins des filtres fréquentiels et qui sont passées dans le second guide d'ondes, pour qu'en fonction de la zone de passage de la lumière d'un guide d'ondes à l'autre et de la zone d'application de la force, la (les) fréquence(s) de lumière présentes dans le second guide d'ondes (7), après passage dans les moyens à filtre optique fréquentiel (11), soi(en)t détectée (8) par les moyens photo détecteur (9). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que: - Les moyens filtre séquentiel comprennent plusieurs filtres optiques 25 fréquentiels (13a, 13b, 13c; 15a, 15b, 15c) échelonnés le long du second guide d'ondes (7). - et ces filtres optiques fréquentiels comprennent des couches ayant des couleurs différentes suivant l'endroit de la longueur du second guide d'ondes où est disposé le filtre fréquentiel concerné. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les couches (13a, 13b, 13c; 15a, 15b, 15c) sont interposées entre les deux guides d'ondes, ou consistent en une gaine colorée d'enrobage du second guide d'ondes. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - les moyens à filtre fréquentiel comprennent plusieurs filtres optiques 35 fréquentiels (11; 17a, 17b, 17c) échelonnés sur le second guide d'ondes (7), - lesdits filtres optiques fréquentiels comprennent des moyens (17a, 17b, 17c) de blocage optique de certaines couleurs lors du passage de ladite lumière du premier guide d'ondes (5) vers le second guide d'ondes (7), laquelle lumière varie suivant l'endroit de la longueur du second guide d'ondes où est situé le filtre fréquentiel concerné, de sorte que les moyens photo détecteur (9) ne reçoivent pas la (les) couleur(s) qui ont été bloquées, - et lesdits filtres optiques fréquentiels comprennent de préférence des réseaux de Bragg (17a, 17b, 17c). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les guides d'ondes comprennent des fibres optiques (5, 7). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: - vers l'extrémité (5b) opposée à celle (5a) où sont situés les moyens émetteur optique (3), le premier guide d'ondes (5) comprend un photo détecteur additionnel (19), pour la détection non seulement de la localisation de l'impact, mais également d'une zone de la courbure générée par cet impact sur l'un au moins des guides d'ondes, - et le premier guide d'ondes (5) est traité pour être sensible à la courbure sous l'effet de ladite force, de préférence de sorte qu'il comprenne des fenêtres diffusives (21a, 21b, 21c) l'entaillant localement. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité libre de chaque guide d'ondes qui n'est donc pas reliée aux moyens émetteurs optiques ou aux moyens photo détecteurs (9) considérés est terminée par un piège de lumière (23) ou par un miroir (25). 8. Procédé pour localiser au moins un impact, caractérisé en ce que: - on émet une lumière polychromatique dans un premier guide d'ondes (5), par diaphonie, l'impact fait passer une partie de cette lumière dans un second guide d'ondes (7), et - des moyens à filtre optique fréquentiel (11) sensibles à la lumière émise étant disposés au moins en plusieurs endroits de la longueur du second guide d'ondes (7) où ladite lumière peut passer d'un guide d'ondes à l'autre, sous l'effet d'un dit impact ces moyens à filtre optique fréquentiel retenant certaines fréquences lumineuses parmi celles contenues dans la lumière reçue, et les fréquences lumineuses qui sont passées dans le second guide d'ondes (7) et qui ont traversé lesdits moyens à filtre optique fréquentiel (11) sont reçues par des moyens photo récepteurs (9) qui, en fonction de la zone de passage de la lumière d'un guide d'ondes à l'autre et de la zone d'application de la force, la (les) fréquence(s) de lumière présente(s) dans le second guide d'ondes (7), après passage dans les moyens à filtre optique fréquentiel (11), est (sont) détectée(s) (8) par les moyens photo détecteurs (9).