[0001] La présente invention concerne une structure textile se comportant en capteur, et
plus précisément destinée à capter et convertir une variation de pression en un signal
électrique.
[0002] L'invention sera décrite et explicitée ci-après, par référence aux dispositifs de
détection de la présence ou du passage d'un intrus, et notamment aux systèmes de protection
et sécurité périphérique ou périmétrique ; mais il doit être entendu qu'il s'agit
là d'un domaine particulier d'application de l'invention, mais non exclusif, comme
l'énoncera la fin de la présente description.
[0003] Par variation de pression,on entend toute variation de presssion statique, causée
par exemple par une secousse, un choc, un ébranlement, ou toute autre forme de sollicitation
mécanique.
[0004] Une telle variation de pression peut être également causée par un bruit, un son,
générateur d'une différence de pression acoustique.
[0005] Selon le brevet EP-A-0146272, on connait déjà des capteurs du type piézo-électrique,
permettant de transformer une variation de pression en un signal électrique, et
agencés sous la forme d'un cable coaxial comportant :
- une âme interne conductrice, par exemple métallique, formant une électrode ;
- un tube intermédiaire, au contact de l'âme interne, fait en un matériau piézo-électrique,
par exemple un polymère piézo-électrique, par exemple du fluorure de polyvinylidène
;
- et une enveloppe externe conductrice, par exemple métallique, formant une contre-électrode,
au contact du tube intermédiaire.
[0006] Sous l'effet d'une variation de pression appliquée sur le cable coaxial défini précédemment,
on génère entre l'âme interne et l'enveloppe externe un signal électrique, que l'on
peut traiter à différentes fins, par exemple pour générer un signal d'alarme.
[0007] Un tel cable piézo-électrique est utilisé jusqu'à présent de manière unitaire, en
tant que capteur local et spécifique. Ainsi, en noyant un tel cable dans un sol, par
exemple dans la chaussée d'une route, on peut détecter de manière localisée le passage
d'un véhicule.
[0008] Une telle mise en oeuvre unitaire et localisée présente des inconvénients importants.
[0009] Si on couvre une zone de détection de surface importante, en distribuant dans cette
dernière une pluralité de cables piézo-électriques de captation, on obtient des signaux
électriques respectivement distincts et hétérogènes ; en effet, la réponse des différents
capteurs correspondants dépend de l'environnement propre à chacun d'entre eux. Le
traitement global, par exemple électronique, de ces différents signaux s'avère difficile,
voire impossible.
[0010] Et, pour une surface de détection importante, la distribution correspondante de différents
capteurs piézo-électriques filiformes s'avère incapable à compenser les hétérogénéités
du milieu ou de l'environnement dans lequel ces capteurs sont disposés.
[0011] La présente invention se propose de remédier aux inconvénients précités.
[0012] L'invention a pour objet un capteur du type piézo-électrique, permettant la détection
d'une variation de pression sur une surface relativement importante, en obtenant un
signal électrique relativement indépendant de l'hétérogénéité du milieu dans lequel
se trouve la surface de détection.
[0013] Selon la présente invention, le capteur consiste en une structure textile technique
comprenant, d'une part une nappe de fils de support mécanique, et d'autre part au
moins une pluralité de cables piézo-électriques du type coaxial défini précédemment,
disposé parallèlement et à distance les uns des autres selon au moins une direction
de captation de la nappe de support mécanique. Chaque cable piézo-électrique est
lié individuellement à la nappe de support mécanique. Et tous les cables piézo-électriques
sont connectés, ou agencés pour être connectés, notamment en parallèle, à un seul
et même collecteur d'un signal électrique.
[0014] La liaison de chaque cable piézo-électrique à la nappe de support peut être obtenue
de différentes manières. Il peut s'agir par exemple d'une liaison avec un adhésif,
ou d'un revêtement plastique global, mis en oeuvre en phase finale de fabriction,
et réalisant une intimité complète entre la nappe de support et les câbles coaxiaux.
[0015] Préférentiellement, mais de manière non exclusive, il s'agit d'une liaison obtenue
au cours du processus de fabrication du tissu piézo-électrique, avec des fils de liage,
distincts des fils de trame et/ou de chaine, plus fins que ces derniers, et n'ayant
aucune fonction mécanique de support.
[0016] Avec la structure textile technique selon l'invention, en liaison avec l'agencement
électrique en parallèle des différents cables coaxiaux piézo-électriques, on obtient
une réponse uniforme, relativement insensible aux différences locales ou ponctuelles
du milieu ou de l'environnement dans lequel se trouve le capteur surfacique selon
l'invention.
[0017] On a en outre découvert qu'un capteur selon l'invention apportait le résultat important
et inattendu suivant :
- compte tenu de la solidarisation entre les cables piézo-électriques et la nappe
de support mécanique, toute variation locale de pression se répercute de proche en
proche, c'est-à-dire de maille en maille du support, et par conséquent sur les cables
voisins
- on obtient donc une réponse, non seulement du cable soumis à une sollicitation ponctuelle
en pression, mais également des autres, et ce de manière omni-directionnelle ;
- on observe donc une véritable amplification de la sollicitation ponctuelle, répercutée
sur le collecteur du signal.
[0018] De plus, selon l'invention, comme les cables piézo-électriques sont en quelque sorte
posés sur la nappe de support, et donc non intégrés dans cette dernière, ils ne sont
soumis à aucune contrainte, telle que torsion ou allongement, susceptible de modifier
ou altérer leur réponse électrique. Les cables piézo-électriques du tissu selon l'invention
ont donc une réponse électrique directe, vis-à-vis des sollicitations en pression
reçues.
[0019] L'invention apporte aussi les avantages annexes suivants.
[0020] Une structure textile piézo-électrique selon l'invention, ayant sa propre résistance
mécanique, ne nécessite aucun support intermédiaire pour sa mise en oeuvre. Elle
peut par exemple être utilisée dans un sol naturel, sans préparation importante ;
un léger creusement du sol, correspondant à un nettoyage ou décapage en surface, suffit
pour enfouir cette structure au voisinage de ladite surface. De même, cette structure
peut être disposée directement sur un grillage de clôture.
[0021] L'absence d'un tel support intermédiaire accroît la sensibilité du capteur piézo-électrique
en surface selon l'invention.
[0022] Lorsqu'elle est enfouie dans un sol naturel, la perméabilité du tissu piézo-électrique
ne fait pas obstacle à l'écoulement des eaux, et ce tissu contribue à la retenue du
sol naturel.
[0023] Le mode de connexion électrique du capteur selon l'invention au système de traitement
du signal électrique est grandement simplifié, par rapport à une pluralité de capteurs
piézo-électriques, filiformes, distincts et locaux. Cette observation vaut également
dans le cas d'un capteur sectorisé, comme décrit ci-après.
[0024] Lorsque un capteur selon l'invention est enfoui dans le sol, il fait obstacle à tout
creusement de la part d'un intrus ou d'un animal, compte tenu de sa propre résistance
mécanique. On évite ainsi tout vide ou caverne en regard des cables coaxiaux, amortissant
voire annulant la réponse piézo-électrique recherchée.
[0025] La présente invention est maintenant décrite par référence aux dessins annexés, dans
lesquels :
- la figure 1 représente une vue éclatée en perspective d'un cable piézo-électrique,
tel qu'utilisé conformément à l'invention ;
- la figure 2 représente, en vue de dessus, une structure textile technique conforme
à l'invention, et le mode de connexion électrique de cette dernière ;
- la figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2, du
tissu représenté à cette dernière ;
- la figure 4 représente de manière schématique un dispositif de détection de la présence
ou du passage d'un intrus, assurant à la fois une protection périphérique et périmétrique,
et faisant usage et application d'une structure textile selon les figures 2 et 3 ;
-la figure 5 représente de manière schématique un tissu technique selon l'invention,
sectorisé, c'est-à-dire divisé en plusieurs zones distinctes de détection ;
- la figure 6 représente de manière schématique, en coupe, un dispositif de protection
périphérique selon l'invention, utilisé et intégré dans une toiture ou terrasse ;
- la figure 7 représente un exemple d'un système de traitement électronique du ou
des signaux électriques générés par un capteur piézo-électrique selon l'invention.
[0026] Conformément à la figure 1, un cable piézo-électrique (1) pouvant être utilisé selon
l'invention comprend :
- un âme (2) interne et conductrice de l'électricité, formant une électrode ;
- un tube intermédiaire (3) d'un matériau piézo-électrique;
- une enveloppe externe (4) conductrice de l'électricité, formant une contre-électrode.
[0027] L'âme interne, le tube intermédiaire, et l'enveloppe externe sont au contact les
uns des autres, de manière intime.
[0028] Conformément aux figures 2 et 3, une structure textile technique selon l'invention,
ayant un rôle à la fois de captation et conversion d'une variation de pression en
un signal électrique, comprend, d'une part une nappe de fils (6) et (7) de support
mécanique, par exemple en polyester,et d'autre part une pluralité de cables piézo-électriques,référencés
(1a, 1b, 1c...).
[0029] La nappe de support (5) comporte des fils de chaine (6 ) disposés sensiblement dans
un même plan, comme le montre la figure (3), et des fils de trame (7), disposés transversalement
et perpendiculairement sur les fils de chaine (6). Des fils de liaison (8) relativement
fins, continus, sont insérés dans la nappe (5), selon une direction de liage, identique
en l'occurrence à la direction de chaine. Chaque fil de liaison (8) relie, par un
mouvement à la fois de translation et rotation, un fil de trame (7) aux fils de chaine
(6) disposés au-dessous et transversalement. Ainsi, la nappe de support mécanique
posède une bonne cohérence et stabilité dimensionnelle.
[0030] Comme le montre la figure 2, la nappe de support (5) est ajourée, selon une contexture
du type grille, ce qui veut dire qu'il existe des vides entre les fils de chaine et
les fils de trame. Des nappes de support mécanique, telles que précédemment définies,
sont par exemple fabriquées et vendues par la Société française NOTEX, à Tarare dans
le Rhône.
[0031] Bien entendu, le mode de liaison décrit précédemment peut être réalisé en liant
les fils de chaine aux fils de trame, à l'inverse de la description précédente.
[0032] Les cables piézo-électriques (1) sont disposés parallèlement et à distance les uns
des autres, selon une direction de captation de la nappe, identique à la direction
des fils de trame selon les figures 2 et 3. Chaque cable piézo-électrique, par exemple
(1a), est lié individuellement à la nappe (5) de support mécanique, et plus précisémment,
selon les figures 2 et 3, à un fil de trame adjacent, par exemple (7a), et aux fils
de chaine (6) disposés au-dessous et perpendiculairement. Pour ce faire, un fil de
liage, par exemple (8a), identique aux fils de liaison (8) décrits précédemment, continu,
est inséré dans la nappe (5), selon la direction de capta tion, en l'occurrence la
direction des fils de trame. Chaque fil de liage tel que (8a) relie par un mouvement,
à la fois de translation et de rotation, un cable piézo-électrique (par exemple (1a))
ou fil de trame adjacent (par exemple (7a)), et aux fils inférieurs de chaine (6).
[0033] On obtient ainsi une véritable réticulation des cables piézo-électriques (1) avec
la nappe de support (5). La direction de captation, en l'occurrence celle des fils
de trame, correspond à la direction d'enroulement ou de déroulement de la structure
textile piézo-électrique.
[0034] Comme décrit précédement, la direction de liage de tous les fils de trame, qu'il
s'agisse de la trame proprement dite (7) ou des cables piézo-électriques (1), est
identique à la direction de captation, moyennant quoi, au niveau de la fabrication,
les fils de liaison de la nappe de support (5) ne sont pas différenciés, et servent
également de fils de liage des cables piézo-électriques (1).
[0035] Comme montré à la figure 2, tous les cables piézo-électriques (1) sont connectés,
en parallèle, à un seul et même collecteur (9) du signal électrique.
[0036] Le capteur décrit précédemment peut être agencé en capteur différenciel, et pour
ce faire :
- un cable de référence, par exemple (1a) est affecté à la captation des variations
de pression permanente de l'environnement ;
- et deux cables de mesure, (1b,1c) sont affectés à la captation des variations de
pression instantanées, et supérieures à celles de l'environnement ;
- le collecteur (9) du signal électrique est connecté entre le cable de référence
(1a) et les cables de mesure (1b) et (1c), eux-mêmes disposés en parallèle.
[0037] Conformément à la figure 5, seuls les cables piézo-électriques (1a) à (1d) ont été
représentés, à l'exception de la nappe de support décrite précédemment. Selon cette
même figure, le capteur décrit précédemment peut être sectorisé, ce qui veut dire
que les cables piézo-électriques sont répartis par exemple en deux secteurs distincts,
en l'occurrence (1a) et (1b) d'une part, et (1c) et (1d) d'autre part. La paire (1a/1b)
est reliée à son propre collecteur, et il en est de même pour la paire (1c/1d). La
référence (10) désigne un système de traitement des deux signaux électriques distincts,
collectés comme indiqué précédemment.
[0038] Conformément à la figure 4, une structure textile piézo-électrique telle que décrite
précédemment, est utilisée pour détecter la présence ou le passage d'un intrus, aussi
bien horizontalement que verticalement.
[0039] Selon cette figure, des poteaux (19) sont noyés dans une chappe de béton (18), elle
même enterrée dans un sol naturel (17). Tous ces poteaux (19) supportent un grillage
de cloture (20), délimitant d'un côté l'intérieur d'une enceinte (à gauche de la figure
4), et de l'autre côté l'extérieur de la même enceinte.
[0040] Une première structure piézo-électrique (11) est enterrée dans le sol naturel (17)
, à l'intérieur de l'enceinte, au voisinage de la cloture, pour générer un signal
électrique, capté en (12) ; un tel signal correspondra au passage d'un intrus vers
la cloture.
[0041] Une deuxième structure piézo-électrique (13) est disposée sur la cloture, de l'autre
côté du grillage (20), et épouse la forme développée de la même cloture. La structure
(13) est enterrée à sa partie inférieure dans le sol (17), et en particulier noyée
dans la chappe (18). En conséquence, en (14), on peut recueillir un signal détectant
l'escalade ou la tentative d'escalade d'un intrus venant de l'intérieur de l'enceinte.
[0042] Une troisième structure piézo-électrique est soutenue par le grillage (20), à l'extérieur
de la cloture,et est également noyée à sa partie inférieure dans le sol (17) et la
chappe (18).
[0043] En conséquence, en (16), on peut capter un signal électrique correspondant à la tentative
de franchissement d'un intrus venant de l'extérieur.
[0044] La figure 7 donne, à titre d'exmple indicatif, et nullement limitatif, un schéma
de principe d'une forme de réalisation possible d'un système électronique de traitement
des signaux émis par un capteur piézo-électrique selon la figure 5.
[0045] Les paires de fils piézo-électriques (1a)- (1b) et (1c) -(1d) sont reliés en parallèle
suivant deux domaines distincts et passent par des prises coaxiales (PC) sur des câbles
coaxiaux intermédiaires ordinaires (CO) pour entrer chacune sur la grille de transistors
à effet de champ d'entrée (TEC1) - (TEC2) dont la source est reliée à des filtres
de réjection sur 50 Hz (F1) et (F2). On considère que les domaines (D1) et (D2) des
paires de fils piézo-électriques ne peuvent être sollicités en même temps.
[0046] La sortie de chacun des filtres (F1) et (F2) est reliée en parallèle à chacune des
entrées d'un amplificateur (AE) à règlage de zéro (Z), dont la sortie est connectée
en série avec un autre filtre de réjection sur 50 Hz (F3) et un amplificateur adaptateur
(AA).
[0047] Un trigger de Schmitt (TS) branché à la sortie de l'amplificateur (AA), met en forme
les petites oscillations par l'intermédiaire d'un circuit écrêteur (E) pour alimenter
un signal lumineux (V1) et sonore (B1), en fonction de l'état passant d'une porte
(ET).
[0048] Un amplificateur comparateur (AC) à réglage de seuil (S), dont l'autre des entrées
est connectée à la sortie de l'amplificateur adaptateur (AA), délivre des tensions
résultant de grandes oscillations, considérées comme valables, à un amplificateur
intégrateur (AI), ainsi qu'à une bascule d'avertissement (BA1) qui alimente, par l'intermédiaire
d'un circuit clignoteur (CL1), un signal lumineux (V2) et, directement, un signal
sonore (B2).
[0049] La sortie de l'amplificateur intégrateur (AI) alimente un Vumètre (Vu) à contact
d'échelle (réglé en partie supérieure) à travers un circuit calibreur (CAL).
[0050] Le contact (CVu) du Vumètre est règlé sur de très grandes amplitudes et actionne
une bascule (BA2) alimentant par l'intermédiaire d'un circuit clignoteur, un signal
lumineux (V3) et directement un signal sonore (B3). Un bouton d'acquittement (ACQ)
agit sur les éléments concernés.
[0051] Conformément à la figure 6, une structure textile piézo-électrique (14) est intégrée
en surface,et à l'extérieur d'une construction, par exemple sur une terrasse ou un
toit. A cette fin, sur une chappe de béton (22), on dispose un tapis élastomère(23),
par conséquent élastique. Sur ce tapis élastomère est disposé ensuite un textile piézo-électrique
(21), tel que défini précédemment. Puis, on recouvre avec un matériau d'étanchéité
(24) le textile piézo-électrique (21). La couche d'étanchéité (24) est constituée
de dalles d'un matériau étanche soudées entre elles, par un joint représenté à la
référence (25).
[0052] La présente invention, selon la description précédente, a été appliquée d'une part
à un dispositif de protection périphérique, par enfouissement superficiel du tissu
piézo-électrique, ou intégration à une terrasse ou un toit, et d'autre part à un dispositif
de protection périmétrique, par application du tissu piézo-électrique sur un ou
les deux côtés d'un grillage vertical de clôture,ou d'un mur, moyennant quoi on peut
détecter toute escalade ou tentative d'escalade d'un intrus.
[0053] S'agissant des clôtures, par un choix approprié de fils de support mécanique particulièrement
résistants, le tissu piézo-électrique selon l'invention peut servir directement de
clôture sensible.
[0054] En ce qui concerne la sécurité des biens ou des personnes, la présente invention
peut recevoir bien d'autres applications :
- par intégration en surface du même tissu technique, dans des cloisons, des murs
ou des plafonds ;
- qu'il s'agisse de constructions ou infrastructures intérieures ou extérieures ;
- par disposition à la manière d'un filet,au-dessus d'un espace vide, comme une cour
intérieure ou extérieure.
[0055] Un tissu technique selon l'invention peut être immergé dans un milieu liquide, par
exemple de l'eau, et servir comme précédemment de capteur.
[0056] En dehors de la sécurité des biens et des personnes, l'invention peut être appliquée
à d'autres domaines, comme la détection sismique, la réception de signaux ultra-soniques
réfléchis par une cible, etc...
1/ Structure textile technique de captation et conversion d'une variation de pression
en un signal électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend , d'une part une nappe (5) de fils (6,7) de support mécanique,
et d'autre part au moins une pluralité de cables (1) piézo-électriques, disposés parallèlement
et à distance les uns des autres, selon au moins une direction de captation de la
nappe, et liés individuellement à la nappe de support mécanique, chaque cable piézo-électrique
comportant de manière connue en soi une âme interne (2) conductrice formant une électrode,
un tube intermédiaire (3) d'un matériau piézo-électrique, et une enveloppe externe
(4) conductrice formant une contre-électrode, tous les cables piézo-électriques étant
connectés ou étant agencés pour être connectés, à un seul et même collecteur (9) du
signal électrique.
2/ Structure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nappe (5) de support
mécanique est ajourée, notamment selon une contexture du type grille.
3/ Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque cable piézo-électrique
(la) est lié à la nappe (5) de support mécanique par un fil de liage (8a), continu,
lequel est inséré dans ladite nappe selon la direction de captation, et relie par
un mouvement à la fois de translation et rotation ledit cable à au moins un fil (7a)
de support adjacent.
4/ Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la nappe (5) de support
mécanique comporte des fils de chaine (6) disposés dans un même plan, et des fils
de trame (7) disposés transversalement sur les fils de chaine, tandis que des fils
de liaison (8), continus, sont insérés dans la nappe, selon au moins une direction
de liage, identique à la direction de trame ou de chaine, et relient chacun par un
mouvement à la fois de translation et rotation un fil de trame (7) ou de chaine (6)
aux fils de chaine (6) ou de trame (7) respectivement, disposés transversalement.
5/ Structure selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la direction
de liage est identique à la direction de captation, moyennant quoi les fils de liaison
(8) de la nappe de support (5) mécanique servent de fils de liage (8a) des cables
piézo-électriques (1).
6/ Structure selon la revendication 1, agencée en capteur différentiel, caractérisée
en ce qu'au moins un cable de référence (1a) est affecté à la captation des variations
de pression permanentes de l'environnement, et au moins un cable de mesure (1b,1c)
est affecté à la captation des variations de pression instantanées, et supérieures
à celles de l'environnement, le collecteur (9) du signal électrique étant connecté
entre le cable de référence et le cable de mesure.
7/ Structure selon la revendication 1, sectorisée, caractérisée en ce que les cables
piézo-électriques (1) sont répartis en secteurs distincts (1a,1b) (1c,1d) , reliés
respectivement à des collecteurs distincts.
8/ Dispositif de détection de la présence ou du passage d'un intrus, comportant une
structure textile selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en
ce qu'il comprend, d'une part un moyen de soutien (17,20) de la surface développée
de la structure textile piézo-électrique, et d'autre part un systême (10) de traitement
du signal électrique collecté, notamment pour générer une alarme.
9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure textile
piézo-électrique (11) est enterrée dans un sol (17) naturel, au voisinage de la surface
de ce dernier.
10/ Dispositif selon la revendication 8,caractérisé en ce que la structure textile
(21) piézo-électrique est intégrée en surface dans une construction (22) intérieure
ou extérieure.
11/ Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la structure (21)
textile piézo-électrique est disposée sur une terrasse (22) ou un toit, et est elle-même
revêtue par un matériau d'étanchéité (24).
12/ Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un tapis élastique
(23) est disposé entre la terrasse (22) ou le toit, et la structure textile piézo-électrique
(21).
13/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure textile
(15) piézo-électrique est disposée sur un grillage (20) de soutien, servant notamment
de clôture verticale.
14/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce
que le système de traitement du signal électrique collecté comprend essentiellement
au moins un circuit différentiel apte à agir sur des circuits amplificateur-compacteur
pour déclencher ou non, en fonction des variations de données préenregistrées correspondant
à différents états de sollicitation de la structure, des systèmes d'alarme.
15/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 14, caractérisé en
ce que les fils piézo-électriques de la structure sont reliés en parallèle suivant
deux domaines distincts pour attaquer le circuit différentiel.
16/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 et 15, caractérisé en
ce que le circuit différentiel comprend pour chaque domaine au moins un transistor
à effet de champ (TEC1)-(TEC2) dont la source est reliée par l'intermédiaire d'un
filtre à un amplificateur (AE), dont la sortie est connectée en série à un filtre
(F3) et un amplificateur-adaptateur (AA).
17/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14, 15 et 16, caractérisé
en ce qu'un circuit de mise en forme d'un trigger de Schmitt (TS) est branché à la
sortie de l'amplificateur (AA) pour alimenter ou non au travers d'un circuit écrêteur
(E), en fonction de l'état passant ou non d'une porte électronique (ET), un des sytèmes
d'alarme.
18/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14, 15 et 16, caractérisé
en ce que l'amplificateur-comparateur (AC) a l'une de ses entrées branchées à la
sortie de l'amplificateur-adaptateur (AA) et délivre des tensions à un amplificateur-intégrateur
(AI) et à une bascule (BA1) qui alimente un des sytèmes d'alarme, la sortie dudit
amplificateur-intégrateur (AI) alimentant un appareil de contrôle (Vu) dont un contact
est apte à actionner une bascule (BA2) assujettie à l'amplificateur-comparateur (AC)
pour alimenter un des autres systèmes d'alarme.