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I)étecteur de pression à fibre optique perfectionne
La présente invention se rapporte à un détecteur de pression à
fibre optique, comportant un tapis qui comprend deux feuilles
principales superposées entre lesquelles court une fibre optique suivant
un tracé sans croisement fibre contre fibre, à laquelle sont associés une
source de lumière et un photo-récepteur, ce dernier captant le flux
lumineux transmis par la fibre optique à partir de là source de lumière
afin de mettre en évidence les variations que subit celui-ci en raison de
la déformation de la fibre optique causée par l'application d'une force de
pression au tapis et, ainsi, de détecter cette force.
Un tapis détecteur de ce genre est connu, dans lequel la fibre
optique est directement interposée entre les deux feuilles principales,
dont l'une s~ffre un sillon de réception de la fibre optique, destiné à
guider celle-ci suivant le tracé qu'elle doit suivre.
Une telle structure est difficile à realiser et conduit à un coût de
production peu économique.
En outre, le tapis détecteur connu est conçu de façon que la fibre
optique ne soit nulle part en contact avec des éléments à arêtes vives et,
par suite, ne subisse que des déformations par incurvation de grand
rayon de courbure, supérieur de plusieurs ordres de grandeur au
diamètre de la fibre, mais non pas des déEormations par micro-courbure
sur de telles aretes vives, qui pourraient entamer l'intégralité de la fibre
~; optique. Or, si celle-ci se trouve ainsi préservée vis~à-vis d'attaques
mécaniques localisees risquant d'abréger sa durée de vie, c'est au prix
d'une moindre sensibilité en raison de l'absence de micro-courbures qui
ajouteraient leur contribution à la génération de variations du flux
lumineux. Ce tapis détecteur offre donc une sensibilité médiocre,
~- insuffisante pour déceler en toute sécurité des forces de pression faibles.
Afin de remédier à ces inconvénients, la fibre optique est, selon
` l'invention, montée sur un support constitué par une feuille mince, faite
" d'une matière relativement tendre, qu'elle traverse de loin en loin par des
trous de passage pour s'étendre alternativement sur une face et sur l'autre
face de cette feuille en prenant une configusation ondulée, ladite feuille,
,
, ~ , .
8 (~
munie de la fibrc optique, formant une feuille intermédiaire qui est prise
en sandwich entre les deux feuilles principales précitées.
Le montage de la fibre optique sur la feuille intermédiaire par
passage alterne (régulier ou non~ à travers celle-ci via les trous précités
S assure à la fibre une mise en place aisée et un guidage parfait le long du
tracé qui lui est assigné. En outre, la fibre optique subit des
déformations par micro-courbures contre les arêtes des trous sous l'effet
d'une force de pression, mais sans dommage pour elle en raison du choix
d'un rnatériau constitutif relativement tendre pour la feuille
10 intermédiaire. L'effet de ces micro-déformations s'ajoute celui des
déformations de grand rayon de courbure pour augmenter notablement la
sensibilité du tapis détecteur, tandis que l'absence d'éléments agressifs
au contact de la fibre confère à celle-ci, donc au tapis détecteur, une
durée de vie considérable.
Dans une forme de réalisation préférée, les deux r il]-s
principales du tapis détecteur sont solidarisées mutuellement par collage
à travers la euille intermédiaire uniquement dans des zones où ne passe
pas la fibre optique, sans que celle-ci soit en aucun point rendue
solidaire de l'une des feuilles principales. (:~ette disposition évite à la
fibre optique des contraintes néfastes qui ne participeraient d'ailleurs
probablement que fort peu à la génération de variations du flux
lumineux transmis par la fibre.
Dans un tel détecteur, l'une au moins des feuilles principales peut
etre faite d'un matériau souple ou d'une matière rigide. Autrement dit,
les feuilles prirlcipales peuvent être toutes deux souples, toutes deux
rigides ou l'une souple et l'autre rigide. D'une manière générale, I'usage
de feuilles souples convient pour la détection de pressions relativement
importantes, tandis que des feuilles rigides permettent de détecter des
pressions faibles.
On peut prévoir que le tapis composé des deux feuilles principales
et de la feuille intermédiaire munie de la fibre optique soit revetu, sur sa
face destinée à reccvoir l'application des forces de pression, d'une feuille
de couverture soit souple, soit rigide. Une feuille rigide accroit la
sensibilité de détection, spécialement lorsque le point d'application de la
force de pression est distant de la fibre optique. Une feuille souple sera
' ' ' ' . '
.
2 ~ 8 ~ :
sans effet sur la sensibilité, mais pourra offrir d'autres propriétés utiles
(protection contre les agressions chimiquPs, effet anti-dérapant, etc~.
Dans un tapis détecteur selon l'invention, la feuille intermédiaire
peut comporter au moins une autre fibre optique courant suivant un tracé
adjacent à celui de la fibre optique précitée, couplée comme celle-ci à
une source de lumière et à un photo-récepteur. Plusieurs variantes sont
alors possibles, suivant qu'à toutes les fibres optiques sont associés une
même source de lumière et un meme photo-récepteur, ou qu'à chaque
fibre optique sont associés un couple particulier de source de lumière et
de photo-récepteur ou qu'à chaque fibre optique est associée un photo-
récepteur particulier, toutes les fibres optiques étant éclairécs par une
source de lumière commune, ou encore qu'à chaque fibre optique est
associée une source de lumière particulière, toutes les fibres optiques
aboutissant à un photo-récepteur commun. Des configurations
correspondant à un panachage de ces diverses variantes sont également
envisageables. De telles dispositions permettent de doter un tapis
détecteur de plusieurs zones juxtaposées offrant des propriétés
différentes, par exemple des zones de sensibilité inégale.
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de
la description qui va suivre, en regard dles dessins annexés, d'exemples
de réalisation non limitatifs.
La figure 1 représente schématiquement, en plan et avec
arrachements, un tapis détecteur selon l'invention.
La figure 2 représente une coupe ~uivant la ligne II-II de la figure
1.
La figure 3 représente, en perspective éclatée,le tapis détecteur de
la flgure 1.
Les figures 4 à 6 représentent, en plan, différentes formes
d'exécution d'un tapis détecteur selon l'invention.
On voit sur la figure 1 un tapis détecteur de pression T, posé à
plat sur un sol S suffisamment dur pour lui fournir un ferme appui, tel
qu'une dalle de béton, un parquet ou une surface de terrc battue. Ce tapis
est composé (figures 2 et 3) d'une feuille in~érieure 1, d'une feuille
intermédiaire 2, d'une feuille supérieure 3 et d'une feuille de couverture
4. La feuille intermédiaire 2 est une feuille continue percée de plusieurs
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, .
8 ~
séries de trous S alignés, régulièrement répartis aux points d'intersection
des lignes d'un quadrillage imaginaire. Par ces trous est passée une fibre
optique 6, traversant la feuille 2 alternativement du bas vers le haut et du
haut vers le bas, prenant ainsi une configuration ondulée et s'étendant
S sur toute la feuille ~ suivant un tracé en méandres (figure 1). Cette `
feuille, ainsi équipée de la fibre optique 6, est prise en sandwich entre
les feuilles 1 et 3. Sur le tout est placée la feuille de couverture 4, dont
la présence est cependant facultative. Il peut s'agir soit d'une feuille
rigide7 qui modifie les propriétés mécaniques du tapis T, soit d'une
feuille souple, offrant par exemple des propriétés anti-dérapantes. A une
extrémité de la fibre optique, réalisée en silice ou en matière plastique,
est disposée une source de lumière 7 (telle qu'une diode photo-missive)
dont elle reçoit un flux lumineux; celui-ci, après avoir parcouru la fibre
optique, est recueilli par un récepteur photo-sensible 8 (tel qu'un pho~o-
transistor) placé à l'autre extrémité de la fibre optique.
Lorsqu'une force de pression F est appliquée à la surface du tapis
T, la fibre optique 6 subit des déformations qui modifient ses propriétés
de transmission optique et causent une baisse de l'énergie lumineuse à sa
sortie. La variation du flux lumineux correspondante, détectée par le
récepteur 8, révèle l'application de la force F au tapis. Dès que cette
force est supprimée, le tapis recouvre sa forme naturelle et la fibre
optique son état de repos, de sorte que le flu c lumineux de sortie reprend
son niveau initial.
Les déformations précitées, infligées à la fibre optique 6, sont de
deux sortes. Il y a d'une part une incurvation suivant une courbure de
grand rayon, spécialemen~ lorsqu'une feuille de couverture rigide 4 est
prévue. D'autre part, la fibre optique subit des déformations locales à
certains de ses points de passage à travers la feuille intermédiaire 2, qui
se manifestent par des micro-courbures de la fibre au contact des arêtes
des trous de traversée 5. Ces deux types de déformations angulaires
modifient sensiblement l'amplitude du flux lumineux transmis au
récepteur 8 par la fibre optique 6 à partir de la source de lumière 7.
On notera que les déformations par micro-courbure sont ici peu
contraignantes pour la fibre optique, car elles ne s'accs)mpagnent pas
d'agression par des arêtes vives, en raison du choix d'une consistance
- :
.
8 ~ ~
tendre pour la feuille intermédiaire, laquelle est réalisée en matière
plastique, par exemple en PVC, en polyéthylène ou en polypropylene.
Pour pouvoir être detectée par le tapis T, la force F doit être
appliquée au droit de la fibre optique 6 ou à proximité immédiate de
S celle-ci si la feuille supérieure 3 n'est pas recouverte d'une feuille rigide
4; si une telle feuille est présente, la force F peut etre appliquée à une
plus grande distance de la fibre optique 6, fonction des caractéristiques
mécaniques des matériaux constitutifs des différentes feuilles du tapis T.
En jouant sur la rigidité et l'épaisseur des feuilles 1 et 3 entre
10 lesquelles ondule la fibre optique 6, ainsi que de la feuille intermédiaire
2 qui lui sert de support, ou encore sur le pas des points de traversée de
la fibre d'une face à l'autre de la feuille 2, il est possible de moduler la
plage de sensibilité du tapis capteur de pression et, en cas de besoin, de
`~ lui donner une sensibilité élevée permettant la détection de très faibles
15 forces de pression. A titre indicatif, le pas des ~ro~s 5 de la feuille
intermédiaire peut etre de 3 cm environ, et l'épaisseur de celle-ci peut
avoisiner 0,5 mm.
Dans le tapis r décrit, il importe que les feuilles 1 et 3 soient liées
entre elles, mais non pas à la fibre optique 6, avec laquelle elles doivent
~0 être seulement en contact. Ce résultat peut être obtenu en découpant
dans la feuille intermédiaire ~ des ouvertures 9 situées entre les
méandres de la fibre op~ique, ainsi qu'urle zone marginale 10 sur tout
son pourtour. C'est dans ces ouvertures et dans cette zone marginale que
~` les feuilles 1 et 3 sont solidarisées, par exemple par collage, sans que
25 ces liaisons interagissent sur la fibre optique elle-même.
Dans le cas d'un tapis T de faible largeur, la fibre optique peut
~; être disposée non pas suivant un tracé sinueux, mais suivant un tracé
rectiligne tfigure 4) coïncidant avec l'axe longitudinal du tapis, cette
fibre zigzaguant toujours de part et d'autre de la feuille intermédiaire via
30 des trous de passage 5. On obtient ainsi un tapis linéaire,
- particulièrement bien adapté au comptage des véhicules circulant sur une
- chaussee. - -
Lorsqu'on désire réaliser un tapis détecteur de petites dimensions,
vn peut lui donner la forme d'un carré ou d'une disque (figure 5), la fibre
35 optique 6 y étant disposée suivant une simple boucle circulaire, avec par
~' ' ~ .'
. .
. , - .
.
.
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exemple seulement deux trvus de passage 5 à travers la feuille
intermédiaire.
En pratique, la source de lumière 7 et le photo-récepteur 8
peuvent être soit intégrés au tapis détecteur, soit disposés extérieurement
S à une distance compatible avec l'atténuation linéique de la fibre optique
6.
Revenant au cas d'un tapis détecteur rectangulaire, de grandes
dimensions, il est encore possible de le réaliser d'une manière dérivée de
la structure de la figure 4, en y prévoyan~ plusieurs fibres optiques
10 distinctes 6a, 6b ,... dispos6es suivant des tracés juxtaposés sinueux ou,
comme dans l'exemple de la figure 6, rectilignes et parallèles, entre un
dispositif 17 émetteur de lumière et un dispositif 18 récepteur de
lumière. Erl ce qui concerne ces derniers, le disposltif émetteur 17 peut
etre constitué soit par un groupe d'émetteurs distincts en nombre égal
15 aux -fibres optiques 6a, 6b, ..., chacun d'eux étant affecté à une fibre
particulière, soit par un groupe d'émetteurs distincts en nombre inférieur
aux fibres optiques, chacun d'eux étant affecté à une ou à plusieurs
fibres optiques, soit par un unique émetteur éclairant en commun toutes
les fibres optiques. Il en va de mêrne du dispositif récepteur, qui peut
20 semblablement comprendre un ou plusieurs groupes de récepteurs
distincts ou un unique récepteur commun. On conçoit qu'il est ainsi
possible de créer, dans Ull même tapis détecteur, plusieurs zones
sensibles distinctes. Un tel tapis détecteur peut être utilisé par exemple
` pour assurer la sécurité au voisinage d'une machine dangereuse, offrant
25 des zones successives qui correspondent à des niveaux de securité
croissants et que doit franchir en marchant sur le tapis une personne
s'approchant de la machine.
Le récepteur 8 ou chacun des récepteurs d'un dispositif 18 est
couplé à un circuit électronique qui compare le signal de sortie qu'il
30 délivre à une valeur de seuil. Ce signal est, au repos, supérieur à la
valeur de seuil, et s'abaisse au-dessous de celle-ci lorsqu'une ~orce de
pression F est appliquée au tapis T, ce qui declenche la délivrance par le
circuit électronique d'un signal manifestant l'application de la force F.
En variante, le circuit électronique peut être conçu pour délivrer son
35 signal lorsque le signal de sortie d'un récepteur 8 associé au tapis,
2ql9:L~80 :'
normalement inférieur à la valeur de seuil du fait de l'application
permanente d'une force F, franchit cette valeur en augmentant du fait de
la réduction ou de la disparition de la force F. Cette dcrnière disposition
permet de détecter l'enlevement d'un objet qui reposait sur le tapis, par
exemple en cas de vol de cet objet. Le circuit électronique peut aussi : .
comporter plusieurs seuils permettant de distinguer la plus ou moins
grande intensité de la force F appli~quée au tapis.
. .
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~ ~ :
