La présente invention est relative à un détecteur piézo-électriσue de mouvements d'un support sur lequel il est fixé, comprenant au moins un élément piézo-électriσue muni d'électrodes et solidaire d'une enceinte fermée et une masselotte enfermée de manière mobile dans ladite enceinte, masselotte qui en se déplaçant émet des chocs qui se transmettent à l'élément piézo-électriσue et produit des impulsions électriσues aux électrodes de ce dernier.

On connaît par la demande de brevet européen n°0171848 un dispositif détecteur de mouvements d'un support sur lequel est fixé ledit dispositif détecteur, σui comprend au moins un élément piézo-électrique muni d'électrodes et solidaire d'un récipient fermé et un grain enfermé de manière mobile dans ledit récipient.

Ce grain engendre des chocs sur les parois du récipient, σui se transmettent à l'élément piézo-électrique et produisent des impulsions électriσues sur les électrodes de l'élément piézo-électrique.

Dans ce dispositif connu, l'élément piézo-électrique est fixé à une paroi extérieure du récipient et "écoute" le

récipient de manière à ce que la déformation mécanique imprimée au récipient puisse être transférée à l'élément piézo-électriσue et faire apparaître des variations de charges électriques qui sont collectées par des électrodes.

Un tel détecteur est incapable de discerner deux directions perpendiculaires. Il ne se prête pas non plus à la miniaturisation en raison de l'inertie importante des pièces. En outre il requiert une électronique d'application et de filtrage.

La présente invention vise à remédier aux inconvénients susdits et propose un dispositif détecteur de mouvements d'un support sur leσuel il est fixé, comprenant au moins un élément piézo-électrique muni d'électrodes et solidaire d'une enceinte fermée et une masselotte enfermée de manière mobile dans ladite enceinte, masselotte qui en se déplaçant émet des chocs σui se transmettent à l'élément piézo- électreiσue et produit des impulsions électriques sur les électrodes de ce dernier. Le dispositif détecteur de mouvements est essentiellement caractérisé en ce que le ou les éléments piézo-électriques sont fixés à l'intérieur de l'enceinte et reçoivent l'impact de la masselotte.

La masselotte peut être une bille, un cylindre ou un prisme mobile qui en se déplaçant, percute le ou les éléments piézo-électriques qui délivrent une impulsion à chaσue percussion de la masselotte.

L'élément piézo-électrique est avantageusement du type de celui utilisé dans un haut-parleur piézo-électriσue.

Cette impulsion ou signal de sortie actionne une calculatrice sans, ou préférablement avec mémoire, et/ou alimentation solaire,- l'addition du nombre de contacts

établis ou d'impulsions ou signaux de sortie délivrés par le capteur est égale au nombre de mouvements de va-et-vient ou d'oscillations du corps en mouvement.

Suivant une particularité de l'invention, le détecteur est constitué d'un tube dans lequel coulisse librement une masselotte en forme de bille, de cylindre ou de toute autre forme appropriée qui à chaque mouvement de va-et-vient ou d'oscillation du corps en mouvement établit un contact électrique ou délivre une impulsion ou un signal de sortie.

Suivant une autre forme encore de réalisation de l'invention, le détecteur est un accéléromètre, par exemple à quartz.

D'autres détails et particularités de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante faisant référence aux dessins ci-annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes de réalisation de cette invention.

Dans ces figures :

la figure 1 est une vue éclatée d'un dispositif piézo- électrique selon l'invention, destiné à être adapté sur le manche d'une brosse à dents;

la figure 2 est une vue en perspective du dispositif illustré à la figure 1;

la figure 3 est une vue en perspective d'un élément piézo-électrique;

la figure 4 montre le schéma électrique de montage de l'élément piézo-électrique dans un circuit intégré d'un

microcalculateur;

la figure 5 illustre le programme d'enregistrement du nombre d'oscillations.

Dans ces figures, les mêmes signes de référence désignent des éléments identiques ou analogues.

EXEMPLE 1

Les brosses à dents perfectionnées mises au point jusqu'à ce jour reposent sur le principe de la mesure du temps de brossage, pour arriver à une reproductibilité et à une constance dans la qualité du brossage. La précision obtenue ainsi n'est pas très bonne car certains se brossent les dents vite, d'autres lentement. Or, il est tout aussi nuisible de se brosser les dents de trop car inévitablement la brosse inflige des microblessures à la gencive, blessures qu'il faut éviter. De plus, l'utilisation de poudre à récurer et d'acides dans les dentifrices qui se disent anti-tartre, a pour conséquence que tout coup de brosse inutile endommage l'émail.

La supériorité de l'invention discutée dans ce brevet permet d'arriver à une précision et une reproductibilité meilleures, car le nombre de coups de brosse est mesuré au lieu d'un temps de brossage.

De plus , les mouvements étant détectés dans deux directions perpendiculaires, elles peuvent être totalisées séparément. Cette totalisation sélective est utilisée dans un des prototypes plus performants.

Pour que le brossage soit efficace, il faut qu'il atteigne une certaine valeur qui peut être mesurée par le

nombre de fois que la brosse est frottée sur les dents concernées .

Ce nombre est mesuré et contrôlé grâce à la brosse à dents conforme à l'invention qui permet de contrôler si le brossage a été bien conduit, le comptage des différents mouvements successifs de la brosse se faisant automatiquement par addition des mouvements et un dispositif est prévu pour signaler de façon sonore et/ou visuelle lorsque le nombre de mouvements est atteint.

Selon l'invention, la brosse à dents est équipée d'un détecteur qui peut pour simplifier la fabrication, être constitué d'un tube situé preférablement à l'extrémité du manche de la brosse et dans le prolongement de celui-ci, du côté opposé à la brosse, dans lequel tube coulisse librement une masselotte de forme et de dimensions appropriées permettant que s'établisse à chaque mouvement de la brosse un contact, ou qu'une impulsion ou un signal de sortie soit donné qui s'additionnent jusqu'à ce que le nombre de mouvements pré-déterminés réglable soit atteint, ce qui peut déclencher un signal informatif -sonore, lumineux ou autre annonçant à l'utilisateur de la brosse, que le brossage suffisant est atteint.

Lorsque la brosse est destinée à l'usage des enfants, il peut être judicieux de prévoir à l'exemple de la demande de brevet européen N° 0199158, que le compteur de la brosse émettra ou contrôlera l'émission de musique rythmique, pendant la durée du brossage, encourageant les enfants à effectuer scrupuleusement le brossage des dents nécessaire à leur bon entretien.

Etant donné que l'on peut être amené à donner à la brosse des mouvements dans des plans différents, il peut

être utile, selon l'invention, de placer deux ou de deux à plusieurs détecteurs disposés, par exemple, de façon orthogonale et dont les signaux de sortie peuvent s'additionner, permettant de contrôler ainsi des mouvements complexes ou variables de la brosse.

Le temps de mouvement de brossage des dents en va-et- vient nécessaire varie pratiquement entre une et cinq minutes, et le dentiste insiste sans cesse auprès de ses patients pour que le brossage des dents soit convenablement exécuté et mesuré, c'est-à-dire que l'on compte combien de fois on a brossé une surface donnée de dentition parce qu'il y a des personnes qui brossent leurs dents rapidement et d'autres lentement.

Dans une forme de réalisation particulière illustrée à la figure 1, le dispositif détecteur de mouvements selon l'invention, comprend un cadre d'affichage LCD 1, fixé par une bande adhésive double face 2, à un boîtier 3 de circuit électronique. Le boîtier 3 de forme tubulaire abrite un support de pile 4.

Un joint 0-ring 5 assure l'étanchéité du boîtier 3.

Un interrupteur de démarrage 6, maintenu par un ressort 7, permet d'enclencher le dispositif à l'aide d'une pile alcaline 8 de 1.5 V et 38mAH portée par un contact 9.

Des vis de fixation 10,21 permettent de maintenir en place un circuit imprimé 19 isolé par un joint d'étanchéité 11.

Le compartiment de la pile est obturé par un joint O- ring 12 permettant d'appliquer étanchément un clapet 13 maintenu par une vis 14. Un affichage 15 à cristaux

liquides est rendu plus visible par un réflecteur 16. Le dispositif comporte encore des zébra strips 17, un circuit intégré 18 du type LC 5732, un détecteur de mouvement piézo¬ électrique 20 et un haut-parleur 22.

Le dispositif détecteur de mouvements est relativement étanche, c'est-à-dire qu'il peut se trouver quelques minutes sous la douche. Sa solidité lui permet de résister aux chocs : chute de lm sur le sol dur.

Un des côtés du boîtier est un manchon 23 qui s'adapte sur le manche de la brosse à dents, éventuellement grâce à une pièce intermédiaire.

Le détecteur de mouvements utilise une galette piézo¬ électrique 24, telle qu'utilisée dans les haut-parleurs piézo-électriques. Cette galette 24 est illustrée à la figure 4. Elle est découpée en deux éléments 26, 27 montés à angle droit sous forme d'une équerre que l'on fixe aux parois orthogonales internes d'une cavité 31. Une masselotte constituée d'une petite bille 25 vient, du fait dé" son inertie, cogner une face 26 de l'élément piézo-électrique constituant le détecteur de mouvements, c'est-à-dire la face qui est perpendiculaire à la direction du mouvement, lorsque le détecteur est mu d'un mouvement de va-et-vient. L'arrangement de deux éléments 26, 27 à angle droit permet de détecter des mouvements de va-et-vient dans deux directions perpendiculaires.

Un tel détecteur fournit en l'absence de tout amplificateur, des variations de tension aux bornes des électrodes 28 de chaque élément piézo-électrique 26, 27 de l'ordre de plusieurs volts.

Le système informatique de la réalisation décrite ci-

avant est composé d'un microcalculateur CMOS programmé par masque de manière à compter les impulsions fournies par le ou les éléments piézo-électriques. Un affichage à cristaux liquides montre le nombre d'impulsions comptées à tout instant.

Le microcalculateur est constitué du circuit intégré 18 du type LC 5732 de SANYO de 4 bits programmé par masque.

Cette technologie CMOS permet d'arriver à une très faible consommation de courant. Ce circuit intégré et quelques autres de sa famille se prêtent le mieux à l'application.

Le circuit ne comporte pas de commutateur allumé- éteint, car la consommation du système en attente est infime (de l'ordre de 4 ^u A). Le dispositif détecteur comporte une horloge commandée par quartz. Le microcalculateur doit être suffisamment stable pour générer de la musique, et ce dans toute la gamme de températures de fonctionnement.

Le détecteur de mouvement se connecte directement sur une des portes d'entrée. Un circuit composé par une diode et une résistance maintient la tension d'entrée au LC 5732 dans une gamme acceptable. Il est ici également fait usage des diodes de protection des entrées, internes au LC 5732, les courants fournis par le détecteur de mouvements étant suffisamment faible pour ne pas les détruire. Le détecteur de mouvement fournit une tension alternative qui ressemble à la forme d'une décharge oscillante amortie, lorsqu'il est heurté par la masselotte. Pour éviter des comptages parasites (c'est-à-dire des pics ultérieurs au premier), le LC 5732 a été programmé, comme montré dans le diagramme de la figure 5, de manière à simuler un multivibrateur monostable d'une largeur d'impulsion de 20 millisec. Après la détection du premier pic, l'entrée est inactive et ne détecte rien pendant 20 millisecondes, temps suffisamment

long pour que les oscillations soient amorties, en dessous d'un seuil non détectable. Cette technique de simulation du hardware par du logiciel permet de réduire le nombre de composants du système, ainsi que son encombrement et son prix de revient.

L'affichage LCD multiplexe 15 est commandé par le microcalculateur 18. Le haut-parleur piézo-électrique 22 est lui attaqué par un transistor NPN qui est utilisé en régime saturé, comme amplificateur de courant.

Le détecteur de mouvement selon l'invention est un appareil paramédical qui apprend comment effectuer le brossage quotidien correct des dents. Une calculatrice micro-électronique digitale enregistre et additionne le nombre de brossages des dents nécessaires pour éliminer la plaque dentaire et toute substance nocive. Un son musical est la récompense pour le devoir accompli qui signale la fion du brossage correct. L'amplitude d'un mouvement de va- et-vient est d'environ 3-4 cm.

La longueur d'une mâchoire ou d'une arcade est d'environ 9-12 cm.

Une arcade se divise en 8 surfaces brossables

Postérieure Antérieure Postérieure

6. buccale 1. labiale 3. buccale 7. occlusale 2. palatinale, 4. occlusale linguale

8. palatinale 5. palatinale, linguale linguale

Les mouvements de brossage s'effectuent à la vitesse moyenne de 4 mouvements par seconde, d'où 400 mouvements en 100 secondes.

Pour éliminer les substances nocives, il faut brosser

25 fois une surface. La forme anatomique des dents exige un brossage horizontal, vertical et diagonal.

Le nombre de 400 coups actuellement utilisé est basé sur une mesure statistique en milieu hospitalier avec contrôle visuel et chimique (400 = 25 coups de brosse x 8 plans x 2 directions perpendicualaires ) .

Pour un contrôle plus précis, chaque 25ième mouvement est signalé pour permettre à l'utilisateur de changer de plan de brossage. Ces plans de brossage sont indiqués par une figure.

Le programme représenté par le diagramme de la figure 5 a pour but de compter et d'enregistrer les impulsions fournies par le détecteur de mouvements piézo-électrique. Le programme utilise trois compteurs : un compteur de mouvement, un compteur d'attente et un compteur de mélodies. Si le seuil de 400 coups est atteint, une. sous-routine -de génération de musique est exécutée. En fin de musique, le système passe dans un état d'attente pendant lequel l'affichage 15 est éteint, de manière à réduire la consommation à un minimum. Le registre "compteur de mélodies" est initialisé à 1 lors de la première mise sous tension. Ce registre est incrémenté après chaque brossage terminé, quand la musique retentit. Si la valeur contenue dans ce registre est supérieur à 9 , il est remis à 1, car il y a neuf mélodies différentes dans cette forme de réalisation de l'invention. Lorsque l'appareil est au repos pendant plus d'une minute, c'est-à-dire que le détecteur de

mouvement n'envoie pas de signal, le système se met dans l'état d'attente pour éviter de gaspiller l'énergie des piles, jusqu'à la mise en marche suivante.

Le programme est résident en ROM, ainsi que les tables de mélodie. Il y en a 9. Les registres compteur de mélodies à une longueur de 4 bits , le compteur de mouvements a une longueur de 12 bits, le compteur d'inactivité a une longueur de 16 bits. La longueur de mot du LC 5732 est de 4 bits. -

Il est à remarquer que les paramètres de 400 et 25 coups de brosse mentionnés ci-avant sont parfaitement arbitraires et peuvent être changés suivant les besoins.

EXEMPLE 2

Le tennis. Le ou les détecteurs peuvent être incorporés ou adaptés dans ou sur la raquette; ils peuvent aussi être fixés sur le corps du joueur, par exemple au poignet actif du joueur, éventuellement un autre point du corps du joueur, par exemple à la cheville si le nombre de pas doit être compté.

On peut utiliser sur la raquette un, deux ou plus de deux groupes de capteurs, chaque groupe de capteurs comprenant au moins deux capteurs de sensibilités différentes telles que le premier capteur enregistrera le nombre de mouvements du bras du joueur, que la balle soit rattrapée ou non par lui, tandis que le second capteur, moins sensible, n'enregistrera que le nombre de balles renvoyées à l'adversaire.

Un filtrage effectué sur le signal électrique ou mécanique fourni par le capteur permet de sélectionner des réponses rapides ou lentes. Ce filtrage peut également être

effectué par un logiciel approprié dans le cas de l'utilisation d'un microcalculateur.

Les accéléromètres par exemple à quartz, délivrant un signal linéaire quantifiable par un convertisseur analogique-numérique (analog to digital eonverter), peuvent à l'aide d'un microcalculateur ( microcomputer ) convenablement programmé, servir à étudier les différentes contraintes (stresses), accélérations et chocs des articulations, os et membres. Ce genre d'étude intéresse la médecine sportive. Les entraînements intensifs peuvent également utiliser ces dispositifs pour quantifier les efforts et être alerté en cas de dépassement de certaines limites .

L'emploi de cellules photo-électriques, d'accéléromè¬ tres et capteurs à quartz, de pastilles piézo¬ électriques notamment, permet d'atteindre une gamme étendue de sensibilités, d'alléger les dispositifs et d'accroître la robustesse des réalisations.

EXEMPLE 3

Les sports. L'invention intéresse tant les sportifs que leurs entraîneurs, permettant de mesurer l'effort et par conséquent de le contrôler; les capteurs seuls ou l'appareil tout entier peuvent, dans le cas du cyclisme, être fixés à la jambe du cycliste ou au pédalier de la bicyclette.

Pour d'autres sports comme la natation, le jogging, l'escrime, la boxe, l'aviron et en général tout sport faisant fonctionner les membres, l'invention permet de mesurer l'effort par le comptage du nombre de mouvements et par un signal sonore ou autre , de permettre aux uns de poursuivre leur effort jusqu'à ce que retentisse ce signal.

tandis que que pour les autres, il les informera que l'effort à ne pas dépasser est atteint. Pour les convalescents, de telles informations sont utiles, voire indispensables et, en outre, un signal sonore assorti d'un signal lumineux pouvant être clignotant, peut faciliter la surveillance des patients par le personnel mécical et hospitalier.

Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et que bien des modifications peuvent être apportées au genre, au nombre, aux formes et aux dimensions des éléments intervenant dans sa réalisation, sans pour cela sortir du cadre des revendications suivantes.