COMPORTANT UN DISPOSITIF DE MESURE DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la pression à partir d'un objet souple ou pliable tel qu'un tissu par exemple, particulièrement adapté pour la mesure de pression afin de prévenir l'apparition de plaies de pression chez des personnes atteintes de maladies chroniques, d'une perte de mobilité ou de sensibilité par exemple.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

Il est bien connu que mesurer la pression, et de manière plus générale la distribution de forces sur une surface déterminée, peut être obtenue au moyen de capteurs de pression dits capacitifs. Lesdits capteurs de pression capacitifs comportent une ou plusieurs cellules capacitives qui sont positionnées de manière appropriée sur la surface de contact du capteur. Chaque cellule capacitive comprend une paire de panneaux obtenus dans un matériau électriquement conducteur et une couche d'un matériau isolant ou diélectrique positionnée entre les panneaux conducteurs.

La mesure de la pression agissant sur les cellules capacitives du capteur est obtenue en mesurant la variation de la capacitance des cellules capacitives produite par la variation de la distance entre les panneaux conducteurs sur lesquels une pression est exercée.

C'est le cas notamment de la demande de brevet européen EP 1211633 qui décrit un dispositif de mesure de la distribution de pression sur une surface.

On connaît également des dispositifs de mesure de la pression comportant des capteurs de pression dits résistifs.

C'est le cas notamment du brevet américain US 6,155,120 qui décrit un procédé et un appareil de mesure de la pression d'un pied au moyen de la variation de la piézo-résistance. Ledit appareil comporte une matrice rectangulaire de capteurs de force piézo -résistifs enfermés à l'intérieur d'une fine enveloppe polymère que l'on introduit à l'intérieur d'une chaussure, ou que l'on incorpore à une chaussette susceptible d'habiller un pied ou un sabot. La réalisation préférée de l'invention utilise des éléments piézo -résistifs de détection de pressions ou de forces normales, qui comportent un réseau polymère tissé imprégné de particules conductrices en suspension à l'intérieur d'un véhicule élastomère, de préférence du caoutchouc silicone. La couche piézo -résistive maillée est prise en sandwich entre une matrice de structures lamifiées constituées de bandes conductrices organisées en colonnes et en rangées, de préférence constituée d'un réseau en Nylon(R) imprégné de trajets métalliques imprimés. Dans une variation de la réalisation de base, chaque élément de détection des forces normales est bordé de paires d'éléments de détection des forces de cisaillement, disposées latéralement et longitudinalement, chacun des éléments de détection des forces de cisaillement comportant une paire de tampons piézo -résistifs élastiques adjacents qui possèdent des surfaces latérales longitudinalement en contact. Ces tampons peuvent se déplacer par glissement, et lorsqu'ils sont forcés à un contact plus ou moins rapproché en réponse à des forces de cisaillement dirigées perpendiculairement à leur plan de contact tangent, la résistance électrique entre les tampons varie de manière préétablie en fonction des forces de cisaillement.

On connaît également la demande de brevet américain US 2009/0128168 qui décrit des structures polymère conductrice multifonctionnelles et plus particulièrement l'utilisation de polymères conducteurs comme capteurs dans des systèmes de détection distribués, comme capteurs et éléments d'actionnement dans des dispositifs multifonctionnels, et pour des tissus multifonctionnels comprenant de tels polymères conducteurs pour contrôler l'humidité, la respiration, le rythme cardiaque, la pression sanguine, la température de la peau, le poids et les mouvements, dans un système de capteurs intégrés dans des vêtements, par exemple. Un tissu comprenant des fibres conductrices de polyaniline qui peuvent être utilisées aussi bien pour distribuer l'énergie dans un chauffage résistif que pour mesurer la température du tissu est décrit comme exemple d'un capteur multifonctionnel en tissu. Dans une variante d'exécution, il est décrit un tissu comportant des fibres de polyaniline pour la réalisation d'un capteur de pression, la pression étant déduite directement de la variation de la résistance des fibres de polyaniline.

Tous ces dispositifs comportant des capteurs capacitifs ou résistifs présentent l'inconvénient de présenter une faible souplesse limitant considérablement leur champ d'application, ces dispositifs procurant un confort insuffisant pour être utilisés dans des vêtements par exemple. Par ailleurs, ces dispositifs présentent des coûts de fabrication élevés, dus à l'utilisation de moyens de production spécifiques, incompatibles avec une diffusion de grande série et la pression mesurée par les capteurs capacitifs dépend des phénomènes ambiants tels que la température et/ou humidité.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de mesure de la distribution de la pression sur une surface souple ou pliable telle qu'un tissu par exemple, de conception simple, peu onéreuse et procurant une mesure de la pression indépendante des phénomènes ambiants tels que la température et/ou humidité régnant à la surface du tissu.

A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un dispositif de mesure de la pression et/ou de la traction exercée en différents points d'une matière textile souple, pliable et/ou extensible, apte à être utilisée comme vêtement, parement ou similaire ; ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte d'une part au moins un capteur obtenu à partir d'une seule couche constituée par un arrangement d'au moins trois types de fibres, des fibres piézo-résistives formant des zones piézo -résistives, des fibres conductrices formant des zones électriquement conductrices, et des fibres isolantes formant des zones électriquement isolantes, et d'autre part un circuit électronique apte à mesurer la variation de la résistance électrique des zones piézo-résistives soumises à une ou plusieurs forces.

Ladite couche est constituée d'au moins une zone piézo -résistive et d'au moins deux zones conductrices isolées l'une de l'autre par des zones isolantes en contact par paires avec la zone piézo-résistive, chacune desdites zones pouvant être constituées d'une ou plusieurs rangées de fibres.

De préférence, le dispositif suivant l'invention est constitué de plusieurs zones piézo- résistives, une zone conductrice commune connectant une grappe de zones piézo-résistives afin de diminuer le nombre de paires de zones conductrices.

Avantageusement, la couche constituée par les zones isolantes, piézo-résistives et conductrices est obtenue à partir de fibres textiles tricotés, tissés, non-tissés ou tressés.

Par ailleurs, le matériau piézo -résistif consiste dans un polymère conducteur intrinsèque (PCI) et/ou un métal organique, et de préférence dans de la polyaniline et/ou dans du polypyrrole, et/ou dans des nanotubes de carbone.

De plus, les fils conducteurs consistent dans des fils d'argent et/ou de nickel. Les rangées de fibres conductrices, de fibres isolantes et de fibres piézo -résistive s sont obtenues à partir des rangées du sens trame ou des rangées du sens chaîne du tissu, les zones pouvant être constituées d'une ou de plusieurs rangées de fibres.

Ledit circuit électronique comporte des moyens de mesure d'une variation de résistance électrique à partir du balayage de la grappe des capteurs, le balayage étant obtenu à partir de la sélection séquentielle d'une des électrodes composant la paire de zones conductrices, la lecture de la variation de résistance du capteur étant obtenue à partir d'un convertisseur analogique-numérique.

Accessoirement, le circuit électronique contient un processeur assurant l'analyse des pressions et incluant des méthodes permettant le traitement des applications, et des moyens permettant d'envoyer les données mesurées à partir des capteurs et le résultat des traitements.

Un autre objet de l'invention concerne un capteur pour la mesure d'une pression et/ou d'une traction apte à être connecté à un circuit électronique mesurant la variation de la résistance électrique lorsqu'une pression et/ou une traction est exercée sur ledit capteur, la pression et/ou la traction étant une fonction de la variation de la résistance ; ledit capteur est remarquable en ce qu'il est constituée par un arrangement d'au moins trois types de fibres ne formant qu'une seule couche, des fibres piézo-résistives formant des zones piézo- résistives, des fibres conductrices formant des zones électriquement conductrices, et des fibres isolantes formant des zones électriquement isolantes, et d'autre part un circuit électronique apte à mesurer la variation de la résistance électrique des zones piézo- résistives soumises à une ou plusieurs forces.

Ladite couche est constituée d'au moins une zone piézo -résistive et d'au moins deux zones conductrices isolées l'une de l'autre par des zones isolantes en contact par paires avec la zone piézo-résistive, chacune desdites zones pouvant être constituées d'une ou plusieurs rangées de fibres.

De préférence, le capteur est constitué de plusieurs zones piézo-résistives, une zone conductrice commune connectant une grappe de zones piézo-résistives afin de diminuer le nombre de paires de zones conductrices.

Par ailleurs, le matériau piézo -résistif consiste dans un polymère conducteur intrinsèque (PCI) et/ou un métal organique et de préférence dans de la polyaniline et/ou du polypyrrole, et/ou dans des nanotubes de carbone.

De plus, les fils conducteurs consistent dans des fils d'argent et/ou de nickel. Un dernier objet de l'invention concerne un procédé de fabrication d'au moins un capteur pour la mesure d'une pression et/ou d'une traction apte à être connecté à un circuit électronique mesurant la variation de la résistance électrique lorsqu'une pression et/ou une traction est exercée sur ledit capteur, la pression et/ou la traction étant une fonction de la variation de la résistance ; ledit procédé est remarquable en ce qu'il consiste à réaliser sur une seule couche un arrangement par tissage, tricotage ou tressage d'au moins trois types de fibres, des fibres piézo-résistifs, des fibres conductrices et des fibres isolantes, afin de former une couche textile comportant au moins une zone piézo-résistive, au moins deux zones électriquement conductrices, et au moins une zone électriquement isolante.

On observera que c'est la structure textile qui forme le capteur. Etant donné qu'il n'y a pas d'intégration d'un capteur externe contrairement à la plupart des dispositifs de l'art antérieur, la structure textile ne possède pas de surépaisseur. Ainsi, il est possible d'utiliser cette technique pour fabriquer par exemple des chaussettes aptes à mesurer des pressions sans gêne pour l'utilisateur et pouvant être portées en permanence.

De plus, comme la structure textile peut être fabriquée par les moyens traditionnels de l'industrie textile, le coût de fabrication est très bas. Il est possible de la sorte de fabriquer des chaussettes sur des métiers chaussants traditionnels.

Enfin, de par la structure textile du dispositif, ce dernier est avantageusement perméable à l'air.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS la figure 1 est une représentation schématique en perspective du dispositif de mesure de la pression conforme à l'invention,

- la figure 2 est une représentation schématique de dessus du dispositif de mesure de la pression suivant l'invention,

la figure 3 est une représentation schématique du circuit électronique du dispositif de mesure de la pression conforme à l'invention,

la figure 4 est une vue de dessus partielle du dispositif de mesure conforme à l'invention obtenue dans une maille cueillie, c'est-à-dire une maille tricotée dans le sens trame, la figure 5 est une vue en perspective partielle du dispositif de mesure conforme à l'invention obtenue dans une maille cueillie, c'est-à-dire une maille tricotée dans le sens trame, représentée sur la figure 4. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

En référence aux figures 1 à 3, le dispositif de mesure de la pression et/ou de la traction exercée sur une surface suivant l'invention est constitué d'une seule couche 1 constituée par un arrangement d'au moins trois types de fibres, des fibres piézo-résistives formant des zones piézo-résistives 2, des fibres conductrices formant des zones électriquement conductrices 3, et des fibres isolantes formant des zones électriquement isolantes 4.

Dans cet exemple particulier de réalisation, le dispositif est constitué de plusieurs zones piézo-résistives 2, une zone conductrice 3 commune connectant une grappe de zones piézo-résistives 2, chaque zone piézo -résistive formant un capteur, afin de diminuer le nombre de paires de zones conductrices.

Il va de soi que la couche 1 peut être constituée d'un nombre quelconque de zones piézo-résistives disposées de manière quelconque sur la couche 1, le nombre et la position desdites zones piézo-résistives dépendant de l'application envisagée, et de manière générale, la couche 1 est constituée d'au moins une zone piézo -résistive 2 et d'au moins deux zones conductrices 3 isolées l'une de l'autre par des zones isolantes 4 et en contact par paires avec la zone piézo -résistive 2, chacune desdites zones 2,3,4 pouvant être constituées d'une ou plusieurs rangées de fibres.

De manière avantageuse, la couche 1 constituée par les zones isolantes 4, piézo- résistives 2 et conductrices 3 est obtenue à partir de fibres textiles tricotés, tissés, non-tissés ou tressés.

En référence aux figures 4 et 5, la couche 1 est constituée par des zones piézo- résistives 2, conductrices 3 et isolantes 4 obtenue par tricotage à maille cueillie, c'est-à- dire une maille tricotée dans le sens trame, de fibres obtenues dans un matériau piézo- résistif, de fibres obtenues dans un matériau conducteur et respectivement de fibres obtenues dans un matériau isolant. Par exemple, le matériau piézo -résistif consiste dans un polymère conducteur intrinsèque (PCI) et/ou un métal organique, et de préférence dans de la polyaniline et/ou du polypyrrole, et/ou dans des nanotubes de carbone. Par ailleurs, les fils conducteurs consistent dans des fils d'argent et/ou des fïls de nickel. De plus, les fibres isolantes consistent dans des fibres de coton, de nylon ou toute autre fibre ou matériau présentant des caractéristiques d'isolant électrique, ou un mélange de telles fibres.

On observera que la déformation des fibres piézo-résistives lorsque qu'une traction est exercée sur la couche (figure 4) ou lorsqu'une pression est exercée sur ladite couche 1 (figure 5) procure une variation de la résistance électrique qui peut être mesurée pour déterminer la traction et/ou la pression exercée sur la couche 1 comme il sera détaillé plus loin.

Les rangées de fibres conductrices, de fibres isolantes et de fibres piézo-résistives sont obtenues à partir des rangées du sens trame ou des rangées du sens chaîne du tricot ou du tissu, les zones pouvant être constituées d'une ou de plusieurs rangées de fibres.

Il est bien évident que les différentes zones 2,3 et 4 peuvent être obtenues par tout type de tricotage tel qu'un tricotage à maille jetée, c'est-à-dire une maille tricotée dans le sens chaîne, ou à maille cueillie par tout type de tissage ou de tressage sans sortir du cadre de l'invention.

Par ailleurs, en référence à la figure 3, le dispositif suivant l'invention comporte un circuit électronique 5 apte à mesurer la variation de la résistance électrique des zones piézo-résistives soumises à une ou plusieurs forces. Ledit circuit électronique 5 comporte des moyens de mesure d'une variation de résistance électrique à partir du balayage de la grappe des capteurs, i.e. des zones piézo-résistives 2, le balayage étant obtenu à partir de la sélection séquentielle d'une des électrodes, i.e. d'une des zones conductrices 3, composant la paire de zones conductrices 3, la lecture de la variation de résistance du capteur étant obtenue à partir d'un convertisseur analogique-numérique.

Ainsi, des fils conducteurs des zones conductrices 3 en contact avec une zone piézo- résistive 2 sont connectés à une source d'alimentation 6 et les autres fils conducteurs 5 sont connectés à un bus 7 collectant sélectivement les charges créées par le matériau piézo- résistif dans les zones piézo-résistives 2 lorsqu'une pression et/ou une traction est exercée sur au moins l'une de ces zones. Ledit bus 7 est connecté à une interface analogique 8 connecté à un convertisseur A/D (Analogique/Digital) 9 pour permettre une exploitation des données mesurées.

Accessoirement, le circuit électronique 5 contient un processeur, tel que le processeur d'un ordinateur de type PC ou similaire, non représenté sur les figures, assurant l'analyse des pressions et incluant des méthodes permettant le traitement des applications, et des moyens permettant d'envoyer les données mesurées à partir des capteurs et le résultat des traitements. Lesdits moyens de transmission des données peuvent consister dans tous moyens de transmission fïlaire ou sans fil tel que des moyens de transmissions wi-fî, bluetooth, RFID ou similaire, bien connu de l'homme du métier. Du fait de la simplicité du montage électronique, le système peut être embarqué et fonctionner à partir d'une source d'alimentation électrique telle qu'une batterie ou une pile de petite taille de type pile au lithium par exemple.

Selon une variante d'exécution, en référence aux figures 1 à 3, le dispositif suivant l'invention est constitué d'au moins une zone de tissu 2 enduit d'un matériau piézo -résistif, de fils conducteurs 3 en contact avec ladite zone 1 et un circuit électronique 5 apte à mesurer la charge électrique crée dans ladite zone 2 par effet piézo -résistif lorsqu'une pression est exercée sur ladite zone 2, la pression étant proportionnelle à la charge électrique mesurée.

Dans la suite de la description, on entend par tissu une surface souple et résistante constituée par un assemblage régulier de fils textiles entrelacés soit tissés soit maillés ou par un film synthétique ou un assemblage de films synthétiques. Par ailleurs, on entend par matériau piézo -résistif un matériau apte à procurer une variation de résistance dudit matériau lorsque le matériau est soumis à une contrainte mécanique telle qu'une pression par exemple.

Dans cet exemple particulier de réalisation, le dispositif suivant l'invention est constitué d'un tissu isolant 1, obtenu dans du coton, du nylon ou tout autre fibre ou matériau présentant des caractéristiques d'isolant électrique, ou un mélange de telles fibres, formant un support isolant et sur lequel un matériau piézo -résistif, de préférence un polymère conducteur intrinsèque (PCI) et/ou un métal organique tel que de la polyaniline (PANI) commercialisé par la société ORMECON™ par exemple et/ou du polypyrrole (PPY), par exemple, et/ou dans des nanotubes de carbone, est déposée dans plusieurs zones 2 de la face supérieure du tissu 4. Ces zones 2 présentent une forme géométrique quelconque tel qu'une forme rectangulaire, carré, ronde, etc .. Le nombre et la position de ces zones 2 sur la face supérieure du tissu isolant 1 dépendra notamment de l'application envisagée. On observera que ces zones 2 peuvent également être positionnées indifféremment sur la face supérieure et/ou inférieure du tissu isolant.

Il est bien évident que le matériau piézo-résistif pourra consister dans tout matériau piézo-résistif bien connu de l'homme sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Le matériau piézo -résistif est de préférence déposé dans les zones 2 par un procédé d'enduction bien connu de l'homme métier ; toutefois, le matériau piézo -résistif pourra être déposé dans lesdites zones 2 par tout autre moyen approprié tel que par projection par exemple sans sortir du cadre de l'invention.

Alternativement, le matériau piézo -résistif peut consister dans un tissu piézo-résistif apte à être solidarisé sur le tissu isolant 1 par tout moyen approprié tel que par collage, piqûre ou similaire.

Par ailleurs, le dispositif suivant l'invention comporte des fils conducteurs 3 connectés par paires à chacune desdites zones 2 enduites. Ces fils conducteurs 3 consistent par exemple dans des fils d'argent en contact avec deux cotés opposée de chaque zone enduite 2. Ces fils conducteurs 3 peuvent être mis en contact avec les zones 2 par tout moyen appropriés tel que par tissage dans la trame du tissu, par couture dans le tissu, par collage, etc...bien connu de l'homme du métier.

En référence à la figure 3, un des fils conducteurs 3 en contact avec une zone enduite 2 est connecté à une source d'alimentation 6 et les autres fils conducteurs 3 sont connectés à un bus 7 collectant sélectivement les charges créées par le matériau piézo-résistif dans les zones enduites 1 lorsqu'une pression est exercée sur au moins l'une de ces zones. Ledit bus est connecté à une interface analogique 8 connecté à un convertisseur A/D (Analogique/Digital) 9 pour permettre une exploitation des données mesurées.

On notera que le dispositif suivant l'invention trouvera un grand nombre d'applications pour des capteurs capables de se conformer à différentes formes. Leur souplesse et leur confort permettent une utilisation privilégiée dans la mesure des pressions autour du corps humain. Ils peuvent par exemple être utilisés pour mesurer des pressions excessives qui pourraient entraîner l'apparition de plaies de pression, particulièrement sur des surfaces molles telle que des coussins ou des lits d'hôpitaux ; mais aussi entre le corps et un corset pour les scolioses. Etant donné que ces textiles sensibles s'intègrent facilement aux vêtements, ils peuvent équiper un sous-vêtement ou un vêtement tel que des chaussettes, par exemple, sensibles à la pression qui analysent aussi bien les pressions plantaires que celles exercées autour du pied.

Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières, en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention.