INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
où F est la force exercée sur la plaque, d eff une constante de la plaque piézoélectrique et C la capacité électrique de la plaque piézoélectrique.
La déformation de la plaque piézoélectrique causé par la force F peut être déterminée par :
où k est une constante de raideur de la plaque en court-circuit.
Afin d’illustrer le niveau des tensions qu’il est possible d’engendrer avec des transducteurs piézoélectriques et l’adéquation avec les spécificités de mesure de force dans le domaine de la préhension robotique, nous illustrons dans ce qui suit deux exemples impliquant l’utilisation de types de matériaux (PZT CTS 3203 HD et un monocristallin de type PMN-PT). La tension nominale obtenue pour une plaque piézoélectrique de type PZT CTS 3203 HD avec 1 cm 2 de surface et 1 mm d’épaisseur calculée sur la base d’un mode de sollicitation en d33 (6x10 -10 ) de capacitance de 3 nF est de 0,2 V/Kg. Une plaque piézoélectrique monocristalline de type PMN-PT sollicitée en mode en d33 (2,4x10 -9 ) de capacitance de 3,5 nF engendre un ratio de 0,68 V/Kg. Les niveaux de tension obtenus montrent qu’une plaque piézoélectrique de quelques cm 2 peut être utilisée pour mesurer les efforts de préhension ayant typiquement lieu lors d'une manipulation robotique.
Un contrôleur (60) est connecté à la plaque piézoélectrique et configuré pour détecter ladite tension électrique provoquée par la déformation de la plaque piézoélectrique. Comme sera détaillée par la suite, à partir de cette tension, le contrôleur peut mesurer une force (70) exercée sur l’élément transmetteur et détecter un glissement (90) d’un objet (80) sur l’élément transmetteur. Le contrôleur peut également détecter des ondes ultrasonores qui sont réceptionnées (150) à travers de l’élément transmetteur par la plaque piézoélectrique. Cette réception d’ondes ultrasonores peut être évaluée pour mesurer une distance (110) entre la plaque piézoélectrique et un objet.
La montre les mêmes éléments déjà décrites en combinaison avec la . De plus, la montre un objet (80) qui exerce une force sur l'élément transmetteur (50). La force (70) provoque une déformation de l'élément transmetteur (50) et de la plaque piézoélectrique. La tension électrique résultante est mesurée par le contrôleur afin de quantifier la force exercée par l’objet. Cette force sera appelée « force statique » parce qu’elle change avec une fréquence relativement lente, en fonction de la fréquence d’appui de l’objet sur l’élément transmetteur.
La montre le même capteur (10) déjà montré dans les figures 1 et 2. Les mêmes éléments sont désignés par les mêmes signes de référence. Dans cette figure, l'objet (80) glisse (90) sur l'élément transmetteur. Ce glissement (90) provoque aussi, comme la force statique, une déformation de la plaque piézoélectrique et ainsi une tension électrique mesurable par le contrôleur pour détecter le glissement. Le glissement de l'objet sur l'élément transmetteur provoque un phénomène de coller-glisser à sa surface. Ce phénomène (anglais : stick-slip) est, de façon générale, un mouvement saccadé observé lors du glissement relatif de deux objets. Il s'explique par les lois de Coulomb du frottement qui font intervenir le coefficient de frottement statique ou coefficient d'adhérence et le coefficient de frottement dynamique ou coefficient de frottement de glissement. La tension électrique associée présente une forme particulière avec le temps, qui peut être qualifiée de « bruit vibratoire ». Cette forme permet de différencier un glissement de la force statique. L’amplitude du bruit vibratoire renseigne sur l’amplitude du glissement. Une amplitude du glissement où une vitesse de glissement peut être classifiée en analysant le spectre fréquentiel du signal reçu. Par exemple, une occurrence de glissement peut être classifiée selon la catégorie « glissement faible », « glissement moyen » ou « glissement important ».
Avantageusement, une surface (100) de l’élément transmetteur comprend une structure mécanique présentant une rugosité (120), de préférence une structure de picots (130). Ladite rugosité peut également être procurée par une texture de surface autre. La texture de surface peut présenter un motif régulier. Ledit motif régulier peut comprendre des lignes parallèles, un quadrillage, des cercles concentriques, des ovales concentriques ou une spirale. La texture de surface peut aussi présenter des motifs irréguliers. Par exemple, la texture de surface peut comprendre des picots ou des grains de hauteur et d’espacement aléatoires. L’ordre de grandeur de la hauteur et/ou de l’espacement des motifs peut être de quelques centièmes de mm à quelques millimètres. Autrement dit, une distance entre structures du motif et une hauteur du motif peut être comprise entre 0.01 mm et 5 millimètres.
La présence de la rugosité augmente le signal produit par le glissement de l’objet à la surface de l’élément transmetteur. Ainsi, une précision de la mesure du glissement peut être améliorée.
La montre le capteur (10) déjà montré dans les figures 1, 2 et 3. Les mêmes éléments sont désignés par les mêmes signes de référence. La montre également des ondes à ultrason qui sont reçues (150) par la plaque piézoélectrique (20). On montre également des ondes à ultrason émises (140). Ces ondes à ultrason peuvent être émises par la plaque piézoélectrique elle-même ou par un deuxième élément piézoélectrique (160). Ce deuxième élément piézoélectrique est également connecté au contrôleur.
La plaque piézoélectrique (20) et le contrôleur peuvent être configurés pour émettre (140) et recevoir (150) lesdites ondes ultrasonores. De plus, le deuxième élément piézoélectrique et le contrôleur peuvent être configurés pour émettre des ondes ultrasonores. Dans ce cas, la plaque piézoélectrique et le contrôleur sont configurées pour recevoir aussi les ondes ultrasonores émises par le deuxième élément piézoélectrique.
Il est également possible que seulement le deuxième élément piézoélectrique est configuré pour émettre des ondes ultrasonores. Dans ce cas, la plaque piézoélectrique est configurée pour uniquement recevoir des ondes ultrasonores émises par le deuxième élément piézoélectrique.
Dans les deux cas, les ondes ultrasonores traversent l’élément transmetteur pour arriver à la plaque piézoélectrique. L’élément transmetteur est configuré pour permettre un passage d’ondes à ultrason. Dans la plaque piézoélectrique, les ondes ultrasonores réceptionnées causent une tension qui est détectée par le contrôleur.
L’émission et la réception des ondes ultrasonores permettent de mesurer une distance entre l’objet et la plaque piézoélectrique. Plus précisément, l’émetteur (la plaque piézoélectrique et/ou le deuxième élément piézoélectrique) émet des ondes ultrasonores qui parcourent dans l’air (ou dans un autre milieu) la distance les séparant de l'objet (80). Les ondes sont réfléchies par l’objet et une onde d’écho est renvoyée vers le récepteur (la plaque piézoélectrique (20)). La durée de l'aller-retour des ondes à ultrason est analysée par le contrôleur qui détermine ainsi la distance (110) de l’objet. Le temps entre l’émission et la réception de l’onde ultrasonore est proportionnel à la distance parcourue par l’onde.
La figure 5 montre une intensité d’onde ultrasonore émise par la plaque piézoélectrique et/ou par le deuxième élément piézoélectrique. Le faisceau ultrasonore est constitué d’un lobe principal formant un cône dans lequel la plus grande partie de l’énergie est concentrée. Le faisceau comprend également des lobes secondaires comprenant une énergie beaucoup plus faible. Le faisceau comprend aussi deux régions distinctes en dépendance de la distance (direction z) à l’émetteur (la plaque piézoélectrique ou le deuxième élément piézoélectrique). Une première zone est dénommée zone de Fresnel ou champ proche (220). Dans cette zone, le faisceau a majoritairement une forme cylindrique. Une seconde est appelée zone de Fraunhofer (ou champ lointain (230)). Dans cette zone une divergence du faisceau a lieu. Ladite divergence est caractérisée par un demi-angle par rapport à un axe z. La limite entre le champ proche (220) et le champ lointain (230) se situe à une distance où désigne un diamètre de l’émetteur ayant une forme de disque et λ une longueur d’onde dans le milieu de propagation. L’angle de divergence peut être calculé par la relation . Une intensité de l’onde à ultrason le long de l’axe z peut être déterminé par :
La illustre un schéma simplifié d’une architecture comportant une interface-stimulateur neuronal et un équipement électronique selon l’invention.
Une interface-stimulateur neuronal 1,21’ est apte à reproduire au moins un signal à reproduire avec plusieurs fréquences données distinctes : . Les fréquences données sont associées à des directions données distinctes de réglage d’un paramètre de commande pci (aussi notées ) d’un équipement électronique 2.
Par donnée est notamment entendu définie, fixée, déterminée. Eventuellement, une fréquence donnée f n et une direction de réglage donnée dr n correspondent respectivement à une fréquence, une direction de réglage choisie, par exemple par l’utilisateur U ou lors du montage de l’équipement électronique 2 et/ou de l’interface-stimulateur neuronal 1,21’, notamment lors de l’association de l’interface-stimulateur neuronal 1,21’ à l’équipement électronique 2 ou à un composant 20 d’équipement électronique.
Une direction de réglage d’un paramètre de commande peut aussi s’entendre, notamment, comme un sens de réglage d’un paramètre de commande. La direction de réglage d’un paramètre de commande est, par exemple, une direction parmi les suivantes : réglage vers des valeurs supérieures du paramètre de commande, réglage vers des valeurs inférieures du paramètre de commande, réglage vers une position du paramètre de commande plus à droite, plus à gauche, plus en haut, plus en bas…
Une fréquence donnée f n de reproduction d’un signal à reproduire par une interface-stimulateur neuronale 1 est associée à une direction de réglage dr n d’un paramètre pci de commande d’un équipement électronique 2.
En particulier, l’interface-stimulateur neuronal 1,21’ comporte un dispositif de reproduction 10 apte à reproduire le(s) signal(signaux) à reproduire avec les fréquences données f . Le dispositif de reproduction 10 est notamment un dispositif de reproduction visuel tel qu’un écran 2D, 3D, etc., (l’écran comportant au moins un pixel pouvant varier, notamment s’allumer ou s’éteindre, à au moins une fréquence prédéfinie) une ou plusieurs diodes électroluminescentes ou laser (notamment une mosaïque de diodes électroluminescentes), un holographe… ; un dispositif de reproduction audio 2D ou 3D spatialisée ou non comportant un ou plusieurs haut-parleurs, un dispositif stéréophonique, etc.
La diffusion d’un stimulus st, st n avec la fréquence donnée f n par l’interface-stimulateur neuronal 1,21’ résulte de la reproduction d’un signal à reproduire à reproduire sr, sr n avec une fréquence donnée f n . Ce stimulus st, st n avec la fréquence donnée f n induit dans le cerveau de l’utilisateur qui se concentre sur le stimulus st, st n avec la fréquence donnée f n , notamment que regarde le stimulus lorsque celui-ci est visuel, un potentiel évoqué, notamment visuel, dont la fréquence neuronale f ecg est fonction de la fréquence donnée f n .
L’interface-stimulateur neuronal 1,21’, en particulier le dispositif de reproduction 10, diffuse, notamment affiche, des stimuli avec les fréquences données : correspondant à la reproduction des signaux à reproduire avec les fréquences données . Les stimuli sont perceptibles, notamment visibles dans le cas de stimuli visuels ou audibles dans le cas de stimuli audio, par un utilisateur U.
En particulier, une relation d’ordre ro({f n } n ) entre les fréquences données (par exemple ro=f1>f2) est fonction d’une relation d’ordre ro({drn} n )entre les directions données de réglage (par exemple ro=dr1>dr2) associées aux fréquences données : ro({f n } n ) = f (ro({drn} n )).
Une relation d’ordre d’un ensemble de données est une relation qui compare les données de cet ensemble entre eux de manière cohérente. La relation d’ordre fournit des données ordonnées dans un ordre fonction de la comparaison effectuée, par exemple par ordre croissant, décroissant...
En particulier, un signal à reproduire avec une fréquence donnée est distinct d’un signal à reproduire avec une autre fréquence donnée : lorsque l’autre fréquence donnée f n est distincte de la fréquence donnée f j : .
En particulier, les signaux à reproduire comportent un premier signal à reproduire avec une première fréquence donnée sr 1 (f 1 ) et un deuxième signal avec une deuxième fréquence donnée sr 2 (f 2 ), le premier signal et le deuxième signal étant distincts sr 1 ≠ sr 2 .
Ainsi les deux stimulus sont non seulement distincts en fréquence mais aussi en raison de la nature des signaux à reproduire qui les ont générés. Par exemple, lorsque les signaux à reproduire sont visuels, le premier signal à reproduire peut avoir une couleur, une tonalité (plus claire, plus foncée)… distinct du deuxième signal à reproduire ; et lorsque les signaux à reproduire sont audio, le premier signal à reproduire peut avoir une un volume (plus fort, plus faible), une nuance (mezzo forte, forte, piano…) distinct du deuxième signal à reproduire ; etc.
L’étape (e 0 ) comprend de préférence les sous-étapes suivantes : (e 0 - 1 ) une sous-étape de préparation d’une solution aqueuse du premier silicate alcalin, et (e 0 - 2 ) une sous-étape de mélange du premier aluminosilicate sous forme de poudre avec la solution aqueuse de silicate alcalin préparée à la sous-étape i 01 ) précédente.
La solution aqueuse du premier silicate alcalin peut être préparée en mélangeant du dioxyde de silicium SiO 2 ou un silicate alcalin avec une base MOH dans laquelle M est K ou Na.
Le dioxyde de silicium SiO 2 peut être choisi parmi la fumée de silice (i.e. silice pyrogénée), le quartz, et leurs mélanges.
La sous-étape (e 0 - 1 ) peut être effectuée en dissolvant la base dans de l’eau, entraînant un dégagement de chaleur (réaction exothermique), puis en ajoutant la silice (ou le silicate alcalin). La chaleur dégagée accélère alors la dissolution de la silice (ou du silicate alcalin) lors de la sous-étape i 01 ), et du premier aluminosilicate lors de la sous-étape (e 0 - 2 ).
Lorsque le deuxième aluminosilicate et/ou le deuxième silicate alcalin tel(s) que défini(s) dans l’invention existe(nt), l’étape (e 0 ) de préparation de la composition géopolymère peut comprendre le mélange dudit premier aluminosilicate et éventuellement dudit deuxième aluminosilicate, avec ledit premier silicate alcalin, éventuellement ledit deuxième silicate alcalin, de l’eau, et éventuellement la base alcaline.
L’étape (e 0 ) comprend de préférence le mélange des premier et deuxième métakaolins, avec le premier silicate alcalin et éventuellement le deuxième silicate alcalin, de l’eau, et éventuellement une base alcaline.
Les premier et deuxième métakaolins et les premier et deuxième silicates alcalins sont tels que définis dans l’invention.
Selon une forme de réalisation préférée, l’étape (e 0 ) comprend les sous-étapes suivantes : (e 0 - a ) le mélange des premier et deuxième silicates alcalins, notamment sous agitation, (e 0 - b ) éventuellement l’ajout d’une base alcaline, notamment en maintenant l’agitation, et (e 0 - c ) l’ajout des premier et deuxième métakaolins, notamment en maintenant l’agitation.
À l’issue de l’étape (e 0 ), ou de la sous-étape (e 0 - 2 ) ou (e 0 - c ), on obtient préférentiellement une solution fluide et homogène.
À l’issue de l’étape (e 0 ), la composition géopolymère peut comprendre de 35% à 80% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 40% à 70% en poids environ, de matières solides (silicate alcalin(s), aluminosilicate(s) et base alcaline), par rapport au poids total de ladite composition géopolymère.
Un tel rapport massique permet d’avoir une composition géopolymère assez fluide pour permettre sa manipulation, et dont la cinétique de solidification est assez lente pour permettre la formation d’une couche lors de l’étape (e1).
Le rapport massique matières solides/eau dans ladite composition géopolymère peut permettre de déterminer la cinétique de solidification de ladite composition géopolymère.
Après l’étape (e 0 ) de préparation de la composition géopolymère, et avant l’étape (e1), la composition géopolymère peut être chauffée, notamment à une température allant de 55°C à 95°C environ, et de façon particulièrement préférée de 70°C à 90°C environ. Cela permet ainsi de faciliter l’étape (e1).
Le matériau inflammable
Le matériau inflammable protégé par le revêtement opéré dans l’étape (e), qui peut avantageusement être le matériau constitutif d’au moins une couche électriquement isolante ou semi-conductrice du câble, est, selon un mode de réalisation intéressant, un matériau polymère inflammable.
A titre de polymère inflammable protégeables selon l’invention, on peut notamment citer le polychlorure de vinyle et les polyoléfines et notamment les polymères d’éthylène et de propylène. A titre d’exemple de polymères d’éthylène, on peut citer le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), le polyéthylène basse densité (LDPE), le polyéthylène moyenne densité (MDPE), le polyéthylène haute densité (HDPE), les copolymères d'éthylène et d’acétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), d'acrylate de méthyle (EMA), de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), les copolymères d’éthylène et d’alpha-oléfines tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO), les copolymères d’éthylène et de propylène (EPR), les terpolymères d’éthylène et de propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d’éthylène propylène diène monomère (EPDM) ou un de leurs mélanges.
Les substrats de Silicium sur Isolant pour Radiofréquences, également appelés substrats RF-SOI, permettent d'obtenir de hautes performances RF sur des films de silicium compatibles avec les procédés CMOS standard, une isolation RF et des signaux de puissance à haute linéarité, de faibles pertes RF, un traitement numérique et une intégration de la gestion de l'énergie.
À titre d'exemple, un substrat à intégrité de signal améliorée pour application RF comprend une couche de base comprenant du silicium à haute résistivité, une couche riche en pièges formée sur le dessus de la couche de base, un isolant enterré formé sur le dessus de la couche riche en pièges, et une couche supérieure formée sur le dessus de l'isolant enterré, dans lequel la couche supérieure comprend un monocristal. La résistivité de la couche de base est généralement supérieure à 3 kOhm.cm. L'épaisseur de la couche supérieure est typiquement comprise entre 50 nm et 200 nm. L'ajout d'une couche riche en pièges permet d'obtenir des performances RF exceptionnelles. Un tel substrat est particulièrement bien adapté à des dispositifs ayant des spécifications de linéarité contraignantes. Les applications visent par exemple typiquement les normes LTE-Advanced et 5G et répondent à des exigences de performances différentes. Par comparaison à un substrat de SOI à haute résistivité, un substrat à intégrité du signal améliorée présente une meilleure linéarité, de plus faibles pertes RF, une plus faible diaphonie, des facteurs de qualité améliorés pour les composants passifs, des tailles de puce plus petites et une meilleure conductivité thermique. Les substrats à intégrité de signal améliorée présentent en outre typiquement un facteur de qualité harmonique inférieur à -80 dBm.
Un autre exemple de RF-SOI comprend une couche de base comprenant du silicium à résistivité moyenne, une couche riche en pièges formée sur le dessus de la couche de base, un isolant enterré formé sur le dessus de la couche riche en pièges, et une couche supérieure comprenant un monocristal mince. Un tel substrat est particulièrement bien adapté par exemple à des dispositifs hautement intégrés sensibles aux coûts, et est particulièrement bien adapté par exemple aux spécifications des applications Wi-Fi, IoT et autres applications grand public.
Un autre exemple de RF-SOI appelé SOI haute résistance vise par exemple des dispositifs ayant des spécifications de linéarité et des spécifications 2G et 3G moins contraignantes. Un tel substrat comprend une couche de base comprenant du silicium à haute résistivité, un isolant enterré formé sur le dessus de la couche de base et une couche supérieure comprenant un monocristal mince.
Les substrats de Silicium sur Isolant de puissance répondent aux exigences d'intégration, par exemple, de fonctions à haute tension et analogiques dans des circuits intégrés de puissance intelligents, économes en énergie et de grande fiabilité, pour les marchés automobile et industriel. Ils offrent une excellente isolation électrique et conviennent parfaitement à l'intégration de dispositifs fonctionnant sur différentes tensions, de quelques volts à plusieurs centaines de volts, tout en réduisant la superficie de la puce et en améliorant la fiabilité. Ces substrats sont idéaux pour des applications telles que des émetteurs-récepteurs CAN/LIN, des alimentations à découpage, des circuits d'attaque de moteurs sans balais, des circuits d'attaque de LED, etc. Un SOI de puissance comprend une couche de base comprenant du silicium, un isolant enterré formé sur le dessus comprenant de l'oxyde, et une couche supérieure comprenant du silicium. L'épaisseur de l'isolant enterré est typiquement comprise entre 0,4 µm et 1 µm et l'épaisseur de la couche supérieure est typiquement comprise entre 0,1 µm et 1,5 µm.
Les substrats de Silicium sur Isolant pour la photonique répondent à l'exigence d'intégration de fonctions optiques, par exemple sur une puce CMOS, pour des émetteurs-récepteurs optiques de faible coût et à grande vitesse. Ces substrats comprennent une couche de base comprenant du silicium, un isolant enterré formé sur le dessus de la couche de base et comprenant de l'oxyde, et une couche supérieure formée sur le dessus de l'isolant enterré et comprenant du silicium monocristallin. L'épaisseur de l'isolant enterré est typiquement comprise entre 0,7 µm et 2 µm et l'épaisseur de la couche supérieure est typiquement comprise entre 0,1 µm et 0,5 µm. La couche de silicium cristallin sur isolant peut être utilisée pour fabriquer par exemple des guides d'ondes optiques et d'autres dispositifs optiques, passifs ou actifs, par exemple par le biais d'implantations appropriées. L'isolant enterré permet par exemple la propagation de lumière infrarouge dans la couche de silicium sur la base d'une réflexion interne totale. La surface supérieure des guides d'ondes peut être soit laissée non recouverte et exposée à l'air, par exemple pour des applications de détection, soit recouverte d'un revêtement, par exemple constitué de silice.
Du point de vue de la fabrication, les substrats SOI sont compatibles avec la plupart des procédés de fabrication classiques. De manière générale, un procédé à base de SOI peut être mis en œuvre sans équipement spécial ni rééquipement important d'une usine existante. Parmi les défis propres au SOI figurent de nouvelles exigences en matière de métrologie pour tenir compte de l'isolant enterré et de préoccupations liées à la contrainte différentielle dans la couche supérieure comprenant du silicium.
Selon des exemples de mode de réalisation, une concentration en dopant de type n de la couche supérieure se situe dans la plage de 1.10 15 cm -3 à 5.10 15 cm -3 .
Ainsi, le dopage de type n de la couche supérieure du substrat de Silicium sur Isolant compense et équilibre la concentration en éléments du Groupe III qui diffuse depuis les couches épitaxiales vers la couche supérieure du substrat de Silicium sur Isolant.
Selon des modes de réalisation donnés à titre d'exemple, l'épaisseur de la couche supérieure est comprise entre 50 et 200 nm. En variante, l'épaisseur de la couche supérieure est inférieure à 100 nm.