Brevet FR3069945A1 — publié le 20190208

CAPTEUR PIEZOELECTRIQUE SPECIALEMENT CONCU POUR EQUIPER UNE BORNE DE DETECTION DE VEHICULE EN STATIONNEMENT ET BORNE DE DETECTION EQUIPEE D'UN TEL CAPTEUR L'invention se rapporte à un capteur piézoélectrique spécialement conçu pour équiper une borne de détection de véhicule en stationnement. L'invention concerne également une borne de détection équipée d'un tel capteur. Plus particulièrement, le capteur piézoélectrique comprend un transducteur piézoélectrique fixé à une membrane et un premier anneau, dit « intérieur fixé à la membrane et délimitant, en opposition à une face libre de la membrane, un logement recevant le transducteur piézoélectrique et des moyens de connexion électrique servant à lui appliquer une tension électrique pour exciter une fréquence de résonance dépendant de la membrane et de l'anneau intérieur, dite « fréquence de travail lors d'une impulsion et détecter une tension électrique à la fréquence de travail lors d'une réception d'échos. Un capteur piézoélectrique de ce type est connu notamment de la demande internationale WO 2015/193812 déposée par le demandeur. L'invention décrite dans cette demande apporte une réponse au problème du couplage entre la membrane et l'anneau à la fréquence de travail. Il est prévu d'une part de disposer un joint en matériau viscoélastique entre l'anneau et le logement du boîtier d'une borne de détection dans lequel le capteur piézoélectrique est logé. Le joint en matériau viscoélastique, encore appelé « isolant phonique », permet d'atténuer une transmission de la vibration de l'anneau au boîtier. D'autre part, le logement du boîtier possède un diamètre plus important que celui de l'anneau pour réduire encore cette transmission. Cette réponse est satisfaisante à la fréquence de travail. Toutefois, le demandeur a observé que des fréquences différentes, notamment plus basses que la fréquence de travail, excitées lors de l'émission de l'impulsion, n'étaient pas suffisamment atténuées au moment de la réception du premier écho reçu en présence d'un véhicule stationné devant la borne de détection. Le signal d'écho étant inférieur de plusieurs ordres de grandeur au signal de l'impulsion, il est nécessaire de l'amplifier. La présence dans le signal d'écho, de composantes dues aux vibrations de plus basse fréquence excitées au moment de l'impulsion conduit à une saturation, un « aveuglement », de la chaîne de mesure. L'un des buts de l'invention est de palier cet inconvénient. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur piézoélectrique spécialement 5 conçu pour équiper une borne de détection de véhicule en stationnement, comprenant un transducteur piézoélectrique fixé à une membrane et un premier anneau, dit « intérieur », fixé à la membrane et délimitant, en opposition à une face libre de la membrane, un logement recevant le transducteur piézoélectrique et des moyens de connexion électrique servant à lui appliquer une tension électrique pour 10 exciter une fréquence de résonance dépendant de la membrane et de l'anneau intérieur, dite « fréquence de travail », lors d'une impulsion et détecter une tension électrique à la fréquence de travail lors d'une réception d'échos, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième anneau, dit « extérieur», fixé de façon concentrique à l'anneau intérieur et délimitant avec lui un espace annulaire, fermé en direction de la 15 face libre de la membrane et occupé par un matériau viscoélastique pour découpler la fréquence de travail de l'anneau extérieur lors de l'impulsion ou de la réception des échos et atténuer des fréquences de résonance différentes de la fréquence de travail, dépendantes de la membrane et de l'anneau intérieur. Par cet agencement, la vibration de la membrane est découplée de celle de 20 l'anneau extérieur à la fréquence de travail et les vibrations mettant en jeu la membrane et l'anneau intérieur à des fréquences différentes de la fréquence travail, notamment à des fréquences plus basses, sont atténuées par le matériau viscoélastique occupant l'espace annulaire entre les deux anneaux. Cette atténuation permet de faire tendre vers zéro les signaux correspondant à ces 25 vibrations avant que la vibration de l'écho ne soit reçue par la membrane et convertie en signal d'écho par le transducteur piézoélectrique. On peut dès lors amplifier ce signal sans risquer une saturation de la chaîne de mesure. L'invention s'étend à une borne de détection de véhicule en stationnement, comprenant un boîtier pourvu d'un logement et un capteur piézoélectrique conforme 30 à l'invention, caractérisée en ce que le logement du boîtier possède un diamètre ajusté à celui de l'anneau extérieur du capteur piézoélectrique. Par cet agencement, on simplifie la conception du boîtier et on rend plus robuste la position du capteur piézoélectrique dans le logement. 3 D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description de modes d'exécution illustrés par les dessins. La figure 1 est une vue en coupe radiale d'un capteur piézoélectrique selon un mode préféré de réalisation de l'invention. 5 La figure 2 est une vue de dessous du capteur piézoélectrique illustré par la figure 1. La figure 3 est un diagramme montrant la réponse en fréquence du capteur piézoélectrique en l'absence d'un matériau viscoélastique dans l'espace annulaire du capteur. lo La figure 4 est un diagramme montrant la réponse en fréquence du capteur piézoélectrique en présence d'un matériau viscoélastique dans l'espace annulaire du capteur. La figure 5 est une vue en coupe d'une borne de détection équipée d'un capteur piézoélectrique selon le mode préféré de réalisation de l'invention. 15 Selon le mode préféré de réalisation de l'invention, un capteur piézoélectrique comprend un transducteur piézoélectrique 1 fixé à une membrane 3 avec laquelle il forme un élément vibrant. Le transducteur piézoélectrique 1, qui est par exemple une pastille circulaire, est fixé par collage à la membrane 3. Un premier anneau 9, dit « intérieur », est fixé à la membrane 1 et délimite, en opposition à une 20 face libre 11 de la membrane, un logement 13. Le transducteur piézoélectrique 1 est reçu dans ce logement 13 avec des moyens 15 et 17 de connexion électrique à deux électrodes du transducteur piézoélectriques, non représentées. On se sert de ces moyens pour appliquer une tension électrique au transducteur piézoélectrique 1 et exciter une fréquence de résonance dépendant de la membrane 3 et de l'anneau 25 intérieur 9, dite « fréquence de travail », lors d'une impulsion puis détecter une tension électrique à la fréquence de travail lors d'une réception d'échos. Les échos utiles à la détection de véhicule sont ceux reçus par la face libre 11 de la membrane. Pour éliminer les échos qui seraient reçus par la face 19 de la membrane, opposée à la face libre 11, on dispose un matériau 21 atténuant la 30 propagation d'onde dans le logement 13. La fréquence de travail dépend de la membrane 3 et de l'anneau intérieur 9 et notamment du diamètre 4i de la membrane 3 correspondant au diamètre du 4 logement 13, de l'épaisseur El de la membrane et la hauteur H1 de l'anneau intérieur. Les grandeurs El et H1 se réfèrent à la direction axiale A du capteur piézoélectrique, perpendiculairement au plan de face libre 11 de la membrane. A titre d'exemple, la fréquence de travail est égale à 71 kHz pour un diamètre (1)i de la 5 membrane 3 égal à 10 mm, une épaisseur El égale à 1 mm et une hauteur H1 égale à 11,8 mm. Dans le mode de réalisation choisi pour illustré l'invention, le logement 13 possède un décrochement formé par un diamètre (1)2 plus grand que le diamètre (Pi correspondant au diamètre de la membrane 3. A la fréquence de travail égale à 71 kHz, ce diamètre (1)2 est égal à 13 mm. lo Le capteur piézoélectrique comprend un deuxième anneau 23, dit « extérieur», fixé de façon concentrique à l'anneau intérieur 9. Les deux anneaux 9 et 23 délimitent un espace annulaire 25, fermé en direction de la face libre 11 de la membrane mais ouvert dans la direction opposée. Autrement dit, l'espace annulaire 25 est borgne par le fait qu'un pont de matière 27 relie les deux anneaux 9 et 23. 15 Dans le mode de réalisation illustré, le pont de matière 27 s'étend dans le plan de la face libre 11 de la membrane. L'espace annulaire 25 est occupé par matériau viscoélastique 29. L'anneau annulaire 25 permet de découpler la fréquence de travail de l'anneau extérieur 23 lors de l'impulsion ou de la réception des échos. Autrement 20 dit, l'anneau extérieur 23 sert d'encastrement à l'ensemble vibrant formé de l'anneau intérieur 9 et de la membrane 3. Cet effet d'encastrement est d'autant plus élevé que l'épaisseur E2 du pont de matière 27 est plus faible ou que la hauteur H2 de l'anneau extérieur est plus grande. A titre d'exemple, l'épaisseur E2 du pont de matière 27 est égale à 4 mm et la hauteur H2 de l'anneau extérieur, égale à 11,8 25 mm. Ainsi l'espace intérieur possède une profondeur égale à 7,8 mm. Dans le mode de réalisation décrit, les deux anneaux 9 et 23 ont même hauteur : H1 est égale à H2. L'anneau extérieur a un grand diamètre égal à 45 mm et un petit diamètre égal à 32 mm. L'anneau intérieur a un grand diamètre égal à 24 mm et un petit diamètre égal à 13 mm. L'espace annulaire est compris entre le petit diamètre de l'anneau extérieur et le grand diamètre de l'anneau intérieur possède une largeur égale à 4 mm. Le matériau viscoélastique 29 disposé dans l'espace annulaire 25 permet d'atténuer des fréquences de résonance différentes de la fréquence de travail, 5 dépendantes de la membrane 3 et de l'anneau intérieur 9. Comme indiqué précédemment, l'atténuation de ces fréquences permet de faire tendre vers zéro leurs contributions respectives dans le signal transitoire détecté par le transducteur piézoélectrique 1 dès la fin de l'impulsion. En choisissant un matériau viscoélastique 5 particulièrement atténuant dans la gamme des fréquences rencontrées en pratique, soit entre 30 et 100 kHz, il devient possible d'éliminer toute contribution de ces fréquences avant la réception du premier écho. Il est exact que la fréquence de travail est elle aussi atténuée par la présence du matériau viscoélastique dans l'espace annulaire, mais cet inconvénient est largement compensé par la forte 10 atténuation des autres fréquences, voire leur l'élimination. Les figures 3 et 4 comparent la réponse en fréquence du capteur piézoélectrique qui vient d'être décrit, en l'absence et en présence d'un matériau viscoélastique dans l'espace annulaire du capteur piézoélectrique. La fréquence de travail est référencée Fl. La fréquence de résonance plus basse que la fréquence 15 de travail est référencée F2. La fréquence plus haute que la fréquence de travail est référencée F3. Ces diagrammes montrent clairement l'atténuation apportée par la présence du matériau viscoélastique dans l'espace annulaire du capteur piézoélectrique. Le découplage de la fréquence de travail vis-à-vis de l'anneau extérieur 23 20 rend le capteur piézoélectrique selon l'invention particulièrement bien adapté à équiper une borne de détection de véhicule en stationnement. Les figures 5 et 6 illustrent un mode de réalisation d'une telle borne comprenant un boîtier 31 pourvu d'un logement 33 dans lequel est disposé le capteur piézoélectrique. Le logement 33 possède un diamètre D ajusté à celui de l'anneau extérieur 23. Ce dernier est 25 fixé au boîtier 31 par collage. Une bague 35 est prévue pour garantir une répartition uniforme de la colle entre l'anneau extérieur 23 et le logement 33 du boîtier 31. Le capteur piézoélectrique comprend une vis de masse coopérant avec un filetage 37 formé dans l'anneau extérieur 23. Le capteur piézoélectrique est métallique, par exemple en aluminium. Le 30 matériau viscoélastique est par exemple un polysilane, introduit dans l'espace annulaire à partir d'un tube muni d'une buse et durci à température ambiante. Le boîtier de la borne de détection est en matière plastique, thermoplastique ou thermodurcissable. 6 Il convient de noter que la structure en deux anneaux, intérieur et extérieur, du capteur piézoélectrique selon l'invention a pour effet d'augmenter la fréquence de résonance, dite « de travail », par rapport à ce qu'elle est pour une structure ne comportant que l'anneau extérieur, les autres éléments étant identiques. A titre 5 d'exemple, la fréquence de travail de la structure ne comportant que l'anneau extérieur est égale à 62,7 kHz quand, comme indiqué précédemment, la fréquence de travail du capteur piézoélectrique selon l'invention est égale à 71,5 kHz. Pour comparer la fréquence de travail dans l'une et l'autre structure, on s'assure qu'elle REVENDICATIONS1. Capteur piézoélectrique spécialement conçu pour équiper une borne de détection de véhicule en stationnement, comprenant un transducteur piézoélectrique (1) fixé à une membrane (3) et un premier anneau (9), dit « intérieur », fixé à la membrane (3) et délimitant, en opposition à une face libre (11) de la membrane (3), un logement (13) recevant le transducteur piézoélectrique (1) et des moyens de connexion électrique (15, 17) servant à lui appliquer une tension électrique pour exciter une fréquence de résonance (F1) dépendant de la membrane (3) et de l'anneau intérieur (9), dite « fréquence de travail », lors d'une impulsion et détecter une tension électrique à la fréquence de travail lors d'une réception d'échos, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième anneau (23), dit « extérieur», fixé de façon concentrique à l'anneau intérieur (9) et délimitant avec lui un espace annulaire (25), fermé en direction de la face libre (11) de la membrane (3) et occupé par un matériau viscoélastique (29) pour découpler la fréquence de travail (F1) de l'anneau extérieur (23) lors de l'impulsion ou de la réception des échos et atténuer des fréquences de résonance (F2, F3) différentes de la fréquence de travail, dépendantes de la membrane (3) et de l'anneau intérieur (9). 2. Capteur piézoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau viscoélastique (29) est un polysilane. 3. Borne de détection de véhicule en stationnement, comprenant un boîtier (31) pourvu d'un logement (33) et un capteur piézoélectrique selon la revendication 1 ou 2 inséré dans le logement (33), caractérisée en ce que le logement (33) du boîtier (31) possède un diamètre (D) ajusté à celui de l'anneau extérieur (23) du capteur piézoélectrique.