FR3068132B1 - Dispositif pour determiner une valeur de contrainte correspondant a un pic de la contrainte et procede de determination de contrainte - Google Patents

Abstract

Le dispositif (1) comporte au moins un capteur de contrainte (2) comportant un élément piézorésistif (3) et un élément piézoélectrique (4) apte à générer un signal électrique lorsqu'une contrainte est appliquée au capteur de contrainte (2). Le dispositif (1) comporte un détecteur (5) configuré pour détecter un pic de la contrainte appliquée au capteur de contrainte (2) par traitement du signal électrique. Le dispositif (1) est configuré pour déclencher, lorsque le pic de la contrainte appliquée est détecté par le détecteur (5), une mesure d'une grandeur électrique représentative d'une résistance électrique de l'élément piézorésistif (3) du capteur de contrainte (2). Le dispositif (1) est configuré pour déterminer une valeur de la contrainte appliquée au capteur de contrainte (2) en utilisant la grandeur électrique mesurée.

Description

DISPOSITIF POUR DETERMINER UNE VALEUR DE CONTRAINTECORRESPONDANT A UN PIC DE LA CONTRAINTE ET PROCEDE DEDETERMINATION DE CONTRAINTE

Domaine de l’invention [001] Le domaine de l’invention concerne l’étude de contrainte. Plusgénéralement, l’invention est relative à un dispositif comprenant au moins uncapteur de contrainte.

Etat de la technique [002] Il existe de nombreuses solutions permettant de caractériser des contraintesexercées sur des capteurs de contrainte ou de pression.

[003] Dans le domaine particulier de la chaussure, il est possible d’utiliser descapteurs de pression judicieusement positionnés au sein d’une semelle pour, parexemple, déterminer les chocs subis par le corps humain lors de l’impact du piedet/ou par exemple mesurer différentes pressions appliquées par la voûte plantairedu pied sur la semelle.

[004] Un capteur de pression peut être formé par un élément piézorésistif qui secomporte comme une résistance variable dont la valeur dépend de la pressionappliquée au capteur de pression. Un tel capteur de pression présente l’avantagede permettre la détection de chocs ou autres phénomènes brefs, mais présentel’inconvénient de nécessiter l’utilisation d’une électronique de mesure à fréquenced’acquisition élevée de grandeurs électriques chacune représentative d’unerésistance électrique de l’élément piézorésistif et dépendante de la contrainteexercée pour tenter de mesurer une valeur représentative du pic de la contraintecorrespondant à l’une de ces grandeurs électriques. Une fréquence d’acquisitionélevée de l’électronique de mesure, notamment supérieure à 200Hz ou 300Hz, estconsommatrice en énergie. Une consommation en énergie trop élevée estincompatible avec des solutions embarquées qui utilisent généralement unebatterie pour fonctionner. Par ailleurs, un autre inconvénient est que, si la fréquenced’acquisition n’est pas suffisamment élevée, la précision du capteur n’est passatisfaisante car il est possible que la mesure assimilée à une correspondance aupic de la contrainte ne se fasse pas au bon moment.

[005] En ce sens, il existe un besoin de trouver une solution pour limiter laconsommation d’énergie nécessaire à la mesure de la grandeur électriquereprésentative de la résistance électrique correspondant à un pic de pressionexercée sur un capteur de pression utilisant la technologie piézorésistive.

[006] La demande de brevet CN104535229, ou encore le modèle d’utilitéCN204286650, cherchent à répondre à ce besoin en utilisant un capteur additionnelde pression de type piézoélectrique. Ce capteur additionnel sert de module deréveil de capteurs piézorésistifs formant chacun un capteur de pression. Le réveildes capteurs piézorésistifs est mis en œuvre dès qu’il est mesuré une valeur, àpartir du capteur piézoélectrique, qui dépasse un seuil prédéterminé. Cette solutionprésente l’inconvénient d’une consommation élevée simultanée des capteurspiézorésistifs dès que le seuil est atteint. Par ailleurs, cette solution présente aussil’inconvénient que le seuil puisse ne pas être atteint en cas de vieillissement ducapteur piézoélectrique, ou en cas d’application d’une contrainte trop faible. Eneffet, en fonction du vieillissement du capteur piézoélectrique, la tension qu’il vapouvoir générer va évoluer, et il se peut qu’il se retrouve dans une situation où il nepourra plus générer une tension suffisante pour que le seuil soit atteint.

Objet de l’invention [007] L’ invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients précités.

[008] A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif comportant au moins uncapteur de contrainte comportant un élément piézorésistif, le dispositif estcaractérisé en ce que : • le capteur de contrainte comporte un élément piézoélectrique apte à générerun signal électrique lorsqu’une contrainte est appliquée au capteur decontrainte, • ledit dispositif comporte un détecteur configuré pour détecter un pic de lacontrainte appliquée au capteur de contrainte par traitement du signalélectrique, • le dispositif est configuré pour déclencher, lorsque le pic de la contrainteappliquée est détecté par le détecteur, une mesure d’une grandeurélectrique représentative d’une résistance électrique de l’élémentpiézorésistif du capteur de contrainte, et • le dispositif est configuré pour déterminer une valeur de la contrainteappliquée au capteur de contrainte en utilisant la grandeur électriquemesurée.

[009] Le dispositif selon l’invention peut comporter une ou plusieurs descaractéristiques suivantes.

[0010] Selon une caractéristique du dispositif, le détecteur est configuré pourdétecter un extremum local du signal électrique de l’élément piézoélectriquecorrespondant au pic de la contrainte appliquée.

[0011] Selon une caractéristique du dispositif, le détecteur est configuré pourutiliser la dérivée du signal électrique pour détecter l’extremum local du signalélectrique.

[0012] Selon une caractéristique du dispositif, le détecteur comporte : • un dérivateur configuré pour déterminer la dérivée du signal électrique, • un comparateur configuré pour fournir en sortie un signal logique alternantentre deux niveaux, le passage à l’un des niveaux indiquant que le pic de lacontrainte appliquée est détecté, ledit comparateur étant configuré pourchanger le niveau du signal logique lors d’un passage par zéro de la dérivéedu signal électrique déterminée par le dérivateur.

[0013] Selon une caractéristique du dispositif, les deux niveaux du signal logiquecorrespondent respectivement à un premier niveau et à un deuxième niveau, et lecomparateur est configuré pour : • faire passer le signal logique du premier niveau au deuxième niveau lors d’unpassage par zéro de la dérivée du signal électrique déterminée par le dérivateurpour un maximum local du signal électrique, • faire passer le signal logique du deuxième niveau au premier niveau lors d’unpassage par zéro de la dérivée du signal électrique déterminée par le dérivateurpour un minimum local du signal électrique, l’extremum local du signal électrique étant le maximum local du signal électrique,le pic de contrainte est considéré comme détecté lors du passage du premierniveau au deuxième niveau, ou l’extremum local du signal électrique étant leminimum local du signal électrique, le pic de contrainte est considéré commedétecté lors du passage du deuxième niveau au premier niveau.

[0014] Selon une caractéristique du dispositif, l’élément piézorésistif et l’élémentpiézoélectrique du capteur de contrainte sont juxtaposés.

[0015] Selon une caractéristique du dispositif, l’élément piézoélectrique etl’élément piézorésistif du capteur de contrainte sont agencés de sorte que : • l’élément piézoélectrique entoure au moins partiellement l’élémentpiézorésistif, ou • l’élément piézorésistif entoure au moins partiellement l’élémentpiézoélectrique.

[0016] Selon une caractéristique du dispositif, le capteur de contrainte est tel quel’élément piézoélectrique et l’élément piézorésistif sont empilés.

[0017] Selon une caractéristique du dispositif, le dispositif adopte au moins enpartie la forme d’une semelle pour chaussure intégrant le capteur de contrainte.

[0018] L’ invention a aussi pour objet un procédé de détermination de contrainte àpartir d’un dispositif comportant au moins un capteur de contrainte comportant unélément piézorésistif. Ce procédé de détermination de contrainte vise aussiremédier à tout ou partie des inconvénients précités. Le procédé de déterminationde contrainte comporte une étape d’application d’une contrainte au capteur decontrainte, et ledit capteur de contrainte comportant un élément piézoélectrique,ledit procédé de détermination de contrainte comporte : • une étape de traitement d’un signal électrique généré par l’élémentpiézoélectrique en réponse à la contrainte appliquée au capteur decontrainte pour détecter un pic de la contrainte appliquée au capteur decontrainte, • une étape de mesure d’une grandeur électrique représentative d’unerésistance électrique de l’élément piézorésistif du capteur de contrainte,l’étape de mesure de la grandeur électrique de la résistance électrique del’élément piézorésistif étant déclenchée lorsque le pic de la contrainteappliquée est détecté, • une étape de détermination d’une valeur de la contrainte appliquée auditcapteur de contrainte en utilisant la grandeur électrique mesurée.

[0019] Le procédé de détermination de contrainte selon l’invention peut comporterune ou plusieurs des caractéristiques suivantes.

[0020] Selon une caractéristique du procédé de détermination de contrainte,l’étape de traitement comporte une étape de détection d’un extremum local dusignal électrique correspondant au pic de la contrainte appliquée.

[0021] Selon une caractéristique du procédé de détermination de contrainte,l’étape de détection de l’extremum local du signal électrique comporte une étapede détermination de la dérivée du signal électrique, et une étape de détection d’unpassage par zéro de la dérivée du signal électrique d’où il résulte que leditextremum local du signal électrique est détecté.

[0022] Selon une caractéristique du procédé de détermination de contrainte,l’étape de détection du passage par zéro de la dérivée du signal électrique est miseen œuvre par un comparateur du dispositif fournissant en sortie un signal logiquealternant entre deux niveaux, le pic de la contrainte appliquée étant détecté lorsquele signal logique en sortie du comparateur passe à l’un des niveaux du signallogique assimilé à un état détecté de l’extremum local du signal électrique.

[0023] Selon une caractéristique du procédé de détermination de contrainte, leprocédé de détermination de contrainte comporte une étape de détermination,selon une fréquence d’acquisition, d’une pluralité de grandeurs physiques chacunereprésentative de la résistance électrique de l’élément piézorésistif, et la détectiondu pic de la contrainte appliquée provoque l’augmentation de la fréquenced’acquisition pour déclencher l’étape de mesure de la grandeur électriquereprésentative de la résistance électrique de l’élément piézorésistif.

[0024] Selon une caractéristique du procédé de détermination de contrainte, leprocédé de détermination de contrainte comporte une pluralité de capteurs decontrainte comportant chacun un élément piézorésistif et un élémentpiézoélectrique, et les étapes d’application d’une contrainte, de traitement, demesure, et de détermination d’une valeur de la contrainte appliquée sont mises enœuvre pour chaque capteur de contrainte.

Description sommaire des dessins [0025] D’autres avantages et caractéristiques ressortiront clairement de ladescription qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l’invention donnésà titre d’exemple non limitatifs et représentés sur les dessins annexés danslesquels : - La figure 1 représente deux courbes, l’une des courbes correspondant àl’évolution de la résistance électrique d’un élément piézorésistif au cours dutemps, et l’autre des courbes correspondant à l’évolution de la tensiongénérée au cours du temps par un élément piézoélectrique, - La figure 2 illustre un mode de réalisation particulier d’un dispositif à capteurde contrainte selon l’invention, - La figure 3 illustre de manière superposée l’évolution de signaux électriquesdonnés en volts en fonction du temps, - La figure 4 est un exemple de mise en œuvre d’un détecteur du dispositif, - La figure 5 illustre une vue de dessus d’une première réalisation d’un capteurde contrainte du dispositif, - La figure 6 est une vue en coupe selon A-A de la figure 5, ladite coupe étantperpendiculaire au plan de la figure 5, - La figure 7 illustre une vue de dessus d’une deuxième réalisation du capteurde contrainte du dispositif, - La figure 8 est une vue en coupe selon B-B de la figure 7, ladite coupe étantperpendiculaire au plan de la figure 7, - La figure 9 illustre une vue de dessus d’une troisième réalisation du capteurde contrainte du dispositif, - La figure 10 est une vue en coupe selon C-C de la figure 9, ladite coupeétant perpendiculaire au plan de la figure 9, et la figure 11 une vue en coupeselon C-C de la figure 9 selon une alternative à la figure 10, - La figure 12 illustre un exemple d’électrodes interdigitées pour élémentpiézorésistif, - La figure 13 illustre une mise en œuvre particulière du dispositif selonl’invention utilisé dans le domaine de la chaussure, - La figure 14 est un exemple de mise en œuvre d’un procédé dedétermination de contrainte à partir du dispositif comprenant le capteur decontrainte.

[0026] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner lesmêmes éléments.

[0027] Les éléments représentés aux figures ne sont pas nécessairement àl’échelle pour rendre les figures plus lisibles.

Description de modes particuliers de réalisation [0028] Dans la présente description, « à base de » correspond à « comportantmajoritairement ».

[0029] Un « élément piézorésistif », aussi appelé capteur piézorésistif, correspondà un élément ayant une résistance électrique variant en fonction de la contrainte àlaquelle il est soumis. Sur la figure 1, une courbe C1 montre l’évolution de larésistance électrique de l’élément piézorésistif en fonction du temps lorsd’application de contraintes successives à l’élément piézorésistif présentantchacune une valeur maximale aux instants indiqués par les lignes 11 et I2, ou d’unemême contrainte dont l’intensité varie de sorte à présenter localement deux valeursmaximales aux instants indiqués par les lignes 11 et I2.

[0030] Un « élément piézoélectrique », aussi appelé capteur piézoélectrique,correspond à un élément apte à générer un signal électrique en fonction de lacontrainte à laquelle il est soumis, par exemple ce signal électrique représentel’évolution d’une tension générée par l’élément piézoélectrique en fonction dutemps. Sur la figure 1, une courbe C2 montre l’évolution de la tension de l’élémentpiézoélectrique en fonction du temps lors d’application d’une ou de plusieurscontraintes telles que celles décrites en combinaison avec la courbe C1. Pourchaque pic de contrainte, le signal électrique présente un extremum local.L’extremum local peut être un maximum local ou un minimum local selon lebranchement de l’élément piézoélectrique. Sur la figure 1, les extremums locauxsont des valeurs maximales positives de tension visées par les références P1 etP2.

[0031] Par « extremum local d’un signal électrique », on entend que pour unepartie du signal électrique généré par l’élément piézoélectrique il existe une valeurde cette partie de signal qui peut être, le cas échéant, maximale ou minimale, et encette valeur, la dérivée de la partie du signal électrique est nulle (c’est-à-dire égaleà 0). Par dérivée, on parle ici de la dérivée temporelle première du signal électrique.[0032] Le dispositif et le procédé de détermination de contrainte décrits ci-aprèsproposent d’utiliser un capteur de contrainte comprenant à la fois un élémentpiézoélectrique et un élément piézorésistif. L’élément piézoélectrique comporte unmatériau actif apte à générer un signal électrique (par exemple une tensionélectrique) fonction de la contrainte appliquée sans être alimenté : la consommationpour générer le signal électrique est donc nulle. Ainsi, l’utilisation de l’élément piézoélectrique et l’utilisation de la tension qu’il génère lorsqu’il est sous contraintepour détecter un pic de contrainte consomme beaucoup moins d’énergie que lamesure continue de l’élément piézorésistif à fréquence élevée, notammentcomprise entre 200Hz et 20kHz. Cependant, l’élément piézoélectrique ne permetpas à lui seul d’obtenir une valeur précise de la contrainte car ce dernier sedécharge lorsqu’il est lu par une électronique basse consommation (c’est-à-direune consommation strictement inférieure à 10pW) du fait que l’impédance d’entréede cette électronique n’est pas infinie. Ainsi, pour une même valeur de contrainte,la tension aux bornes de l’élément piézoélectrique peut être différente en fonctionde la manière dont il a été lu. Dès lors, on préfère l’utilisation de l’élémentpiézorésistif à celui de l’élément piézoélectrique pour déterminer une valeur decontrainte de manière précise. C’est en ce sens que la présente invention proposed’utiliser l’élément piézoélectrique du capteur de contrainte pour détecter le pic dela contrainte appliquée au capteur de contrainte afin de déclencher une mesured’une grandeur électrique représentative d’une résistance électrique de l’élémentpiézorésistif à un moment opportun correspondant au pic de la contrainte appliquéeau capteur de contrainte. En comparaison avec la demande de brevetCN104535229, la consommation en énergie liée au fonctionnement de l’élémentpiézorésistif peut être limitée au plus proche du pic de la contrainte que l’on chercheà visualiser. Par ailleurs, le pic de contrainte provoquera toujours la présence d’unextremum local du signal électrique quel que soit l’état de vieillissement del’élément piézoélectrique.

[0033] Dans la présente description, un pic d’une contrainte appliquée au capteurde contrainte peut correspondre à un maximum local de la contrainte. En fait, ondistingue deux cas. Dans un premier cas, la contrainte est liée à un évènement brefoù elle est appliquée au capteur de contrainte, puis entièrement relâchée : elleprésente alors un unique maximum de contrainte. Dans un deuxième cas,l’intensité de la contrainte appliquée au capteur de contrainte peut varier, et elleprésentera alors des maximums locaux qui pourront adopter des valeurs identiquesou différentes. Dans le premier cas, l’élément piézoélectrique va générer un signalélectrique comportant un unique extremum local correspondant au pic, cetextremum local étant généré lorsque la contrainte appliquée au capteur decontrainte atteint son pic. Dans le deuxième cas, il sera possible de détecter à partirdu signal électrique généré par l’élément piézoélectrique plusieurs extremums locaux correspondant chacun à un pic de la contrainte, c’est-à-dire à une valeurmaximale locale de la contrainte. Autrement dit, une contrainte appliquée au sensde la présente description peut présenter un unique pic de contrainte, ou plusieurspics de contrainte, chaque pic de la contrainte appliquée au capteur de contrainteprovoque alors la présence d’un extremum local correspondant du signalélectrique. Un pic de contrainte peut être bref, c’est-à-dire que la contrainte diminueimmédiatement après que le pic ait été atteint, ou peut-être plus long de sorte quela contrainte est maintenue pendant un laps de temps.

[0034] Comme illustré en figure 2, il est à présent décrit un mode de réalisationparticulier dans lequel le dispositif 1, aussi appelé dispositif de détermination, oude mesure, de contrainte (en particulier d’au moins un pic de contrainte), comporteau moins un capteur de contrainte 2. Ce dispositif 1 peut comporter un ou plusieurscapteurs de contrainte 2, ce point sera détaillé par la suite. Le capteur de contrainte2 comporte un élément piézorésistif 3 et un élément piézoélectrique 4. Le dispositif1 est aussi appelé dispositif pour la détermination d’au moins une valeur decontrainte à partir de l’élément piézorésistif 3. L’élément piézoélectrique 4 est apteà générer un signal électrique lorsqu’une contrainte est appliquée au capteur decontrainte 2. Par la suite, la référence au signal électrique correspond à celuigénéré par l’élément piézoélectrique 4, aussi appelé signal électrique de l’élémentpiézoélectrique 4. Notamment, le signal électrique est un signal électrique detension représentant l’évolution de la tension électrique générée par l’élémentpiézoélectrique 4 en fonction du temps selon la contrainte appliquée au capteur decontrainte 2. Lorsqu’une contrainte est appliquée au capteur de contrainte 2,l’élément piézoélectrique 4 et l’élément piézorésistif 3 sont soumis à cettecontrainte. Par ailleurs, le dispositif 1 comporte un détecteur 5 configuré pourdétecter un pic de la contrainte appliquée au capteur de contrainte 2 par traitementdu signal électrique de l’élément piézoélectrique 4. Dans la suite de la descriptionpar « pic de la contrainte appliquée », on entend le pic de la contrainte appliquéeau capteur de contrainte 2. Par « traitement du signal électrique », on entend touteopération appliquée au signal électrique en vue de détecter le pic de la contrainteappliquée. Le cas échéant, pour une même contrainte, le détecteur 5 peut détecterun ou plusieurs pics de la contrainte appliquée. Par ailleurs, le dispositif 1 estconfiguré pour déclencher, lorsque ledit, et notamment chaque, pic de la contrainteappliquée est détecté par le détecteur 5, une mesure d’une grandeur électrique représentative d’une résistance électrique de l’élément piézorésistif 3 du capteurde contrainte 2. Ainsi, la détection du pic de la contrainte appliquée provoque ledéclenchement de la mesure de la grandeur électrique représentative de larésistance électrique de l’élément piézorésistif 3. Le dispositif 1 gagne donc enprécision puisqu’il sait quand mesurer la grandeur électrique représentative de larésistance électrique de l’élément piézorésistif 3 qui est alors elle aussireprésentative du pic de la contrainte appliquée. La mesure de la grandeurélectrique représentative de la résistance électrique de l’élément piézorésistif 3peut être réalisée en alimentant électriquement l’élément piézorésistif 3, et enmesurant la tension à ses bornes à l’aide d’un pont résistif par exemple, ou enmesurant le courant circulant dans une branche incluant l’élément piézorésistif 3.Cette grandeur électrique mesurée est dite représentative de la contrainteappliquée au capteur de contrainte 2, et plus particulièrement de la valeur du picde la contrainte appliquée, car elle peut être utilisée pour déterminer une valeur dela contrainte, c’est-à-dire élaborer une valeur de la contrainte, lorsqu’elle atteint unpic. Typiquement, la grandeur électrique mesurée est dite représentative de larésistance électrique de l’élément piézorésistif 3 car elle dépend de sa résistanceélectrique. La résistance électrique de l’élément piézorésistif 3 dans le cadre de laprésente description se traduit par la propriété de l’élément piézorésistif à s’opposerau passage d’un courant électrique, bien que l’unité de la résistance électrique soitl’ohm, la grandeur électrique mesurée peut être une tension, ou un courant, dont lavaleur dépend de la résistance électrique de l’élément piézorésistif, ou encoredirectement la résistance électrique. Par exemple, la grandeur électrique mesuréepeut être obtenue à partir de la mesure de la tension aux bornes de l’élémentpiézorésistif 3 alimenté au travers d’un pont résistif, qui permet ensuite de remonter,le cas échéant, de manière connue en soi par l’homme du métier, à la valeur de lacontrainte, cette dernière étant fonction de la résistance, elle-même fonction de latension. Par ailleurs, le dispositif 1 est configuré pour déterminer une valeur de lacontrainte appliquée au capteur de contrainte 2 en utilisant, c’est-à-dire à partir de,la grandeur électrique mesurée. Ainsi, la valeur de la contrainte déterminée,correspondant à la valeur du pic de la contrainte appliquée, peut être déterminéede manière fiable en limitant la consommation électrique du dispositif 1.

[0035] Comme illustré en figure 2, le dispositif 1 peut comporter un moduleélectronique 6 relié électriquement au capteur de contrainte 2. Le module électronique 6 peut comporter le détecteur 5 et des moyens nécessaires pourdéclencher et mettre en œuvre la mesure de la grandeur électrique représentativede la résistance électrique de l’élément piézorésistif 3. Le module électronique 6peut comporter une source d’alimentation électrique 7, comme par exemple unebatterie, ou être relié à une source d’énergie extérieure permettant d’alimenter lescomposants du module électronique 6. Le module électronique 6 peut aussicomporter des éléments nécessaires à réaliser des mesures à partir du capteur decontrainte 2, comme par exemple des mesures de grandeurs électriques del’élément piézorésistif 3 et des mesures de grandeurs électriques de l’élémentpiézoélectrique 4, ces grandeurs électriques variant selon la contrainte appliquéeau capteur de contrainte 2. Ainsi, le dispositif 1, et notamment le moduleélectronique 6 du dispositif 1, peut être configuré pour mettre en œuvre une étapede traitement du signal électrique, une étape de mesure de la grandeur électrique,et une étape de détermination de la valeur de la contrainte appliquée audit capteurde contrainte en utilisant la grandeur électrique mesurée telles quelles serontdécrites ci-après en combinaison avec le procédé de détermination de contrainte.[0036] Par exemple, pour mesurer la grandeur électrique représentative de larésistance électrique de l’élément piézorésistif 3, l’élément piézorésistif 3 estalimenté électriquement (flèche F1 de la figure 2) à l’aide d’un pont résistif (nonreprésenté) du module électronique 6, et la mesure est réalisée par lecture (flècheF2 de la figure 2) du point milieu du pont résistif, par exemple en utilisant unconvertisseur analogique-numérique (non représenté),aussi connu sous le sigle« ADC » pour l’anglais « Analog to Digital Converter », du module électronique 6.[0037] Par « contrainte », on entend par exemple une pression, ou un étirement,ou une force. De manière plus générale, une contrainte peut correspondre à touteforce extérieure exercée sur le capteur de contrainte 2 et qui tend à le déformer desorte que ce dernier peut fournir la grandeur électrique mesurée représentative dela résistance électrique de l’élément piézorésistif 3, et dépendante de ladéformation de l’élément piézorésistif 3. Le capteur de contrainte peut être uncapteur de force. Selon un exemple particulier, la contrainte appliquée au capteurde contrainte 2 peut être une pression appliquée au, ou plus particulièrement surle, capteur de contrainte 2 par un corps, par exemple une partie du corps humainou un organe d’une machine. Par exemple, la contrainte appliquée peut êtremesurée en kg/cm2 et la contrainte appliquée peut être comprise entre Okg/cm2 et 5kg/cm2, notamment dans le domaine de la chaussure où la contrainte appliquéesur le capteur de contrainte est provoquée par un pied.

[0038] Comme évoqué précédemment, le signal électrique généré par l’élémentpiézoélectrique 4 présente un extremum local lorsque la contrainte appliquée aucapteur de contrainte présente un pic. En ce sens, le détecteur 5 peut être configurépour détecter cet extremum local du signal électrique de l’élément piézoélectrique4, ledit extremum local du signal électrique correspondant au pic de la contrainteappliquée au capteur de contrainte 2. La détection de l’extremum local est facile àmettre en œuvre par traitement du signal électrique, et permet une détectionefficace du pic de la contrainte appliquée. Par « extremum local du signal électriquecorrespondant au pic de la contrainte appliquée au capteur de contrainte 2 », onentend que l’extremum local du signal électrique est généré par l’élémentpiézoélectrique 4 lorsque, c’est-à-dire au moment où, le capteur de contrainte 2 estsoumis au pic de la contrainte appliquée. Le détecteur 5 peut détecter, pour unecontrainte appliquée au capteur de contrainte 2, au moins un extremum local dusignal électrique, c’est-à-dire un extremum local ou plusieurs extremums locaux.Tout ce qui s’applique à la détection par le détecteur 5 de l’extremum local du signalélectrique généré par l’application de la contrainte au capteur de contrainte 2 peuts’appliquer à la détection par le détecteur 5 de plusieurs extremum locaux du signalélectrique générés par l’application d’une même contrainte, chaque extremum localdu signal électrique devant être détecté par le détecteur 5 correspondant à un piccorrespondant de la contrainte appliquée au capteur de contrainte 2. Ainsi, ledispositif 1, et plus particulièrement le module électronique 6 du dispositif, peut êtreconfiguré pour déclencher, lorsque l’extremum local du signal électriquecorrespondant au pic de ladite contrainte appliquée au capteur de contrainte 2 estdétecté par le détecteur 5, la mesure de la grandeur électrique représentative de larésistance électrique de l’élément piézorésistif 3 du capteur de contrainte 2.

[0039] L’ extremum local du signal électrique à détecter peut être un maximumlocal, par exemple une tension positive, ou un minimum local, par exemple unetension négative, selon le branchement de l’élément piézoélectrique 4. En ce sens,connaissant le type de contrainte qui sera appliquée au capteur de contrainte 2, etles caractéristiques de l’élément piézoélectrique 4, l’homme du métier est à mêmede savoir si un maximum local, ou un minimum local, du signal électrique est àdétecter en tant qu’extremum local du signal électrique.

[0040] On comprend de ce qui a été dit précédemment qu’il existe un besoin depermettre une détection précise de l’extremum local du signal électrique. Le signalélectrique présente une dérivée, notamment temporelle, et cette dérivée est nulle,c’est-à-dire égale à zéro, pour l’extremum local du signal électrique. Ainsi, ledétecteur 5 peut être configuré pour utiliser la dérivée du signal électrique pourdétecter l’extremum local du signal électrique. Autrement dit, la détection del’extremum local du signal électrique par le détecteur 5 est réalisée par la détectiond’un passage par zéro de la dérivée du signal électrique. Comme illustré en figure2, pour permettre la mise en œuvre cette détection précise, le détecteur 5comporte préférentiellement un dérivateur 8 (notamment un dérivateur 8 de tensionlorsque le signal électrique est un signal de tension) configuré pour déterminer ladérivée du signal électrique. En fait, le dérivateur 8 peut fournir en sortie la dérivéesous la forme d’un signal de dérivée du signal électrique. Le signal de dérivée dusignal électrique peut être un signal de tension représentant l’évolution de ladérivée du signal électrique au cours du temps. Ainsi, la dérivée du signal électriquepeut être formée par des valeurs de tension. Le dérivateur 8 peut être relié àl’élément piézoélectrique 4 qui lui fournit le signal électrique à dériver. Par ailleurs,le détecteur 5 comporte aussi un comparateur 9 configuré pour fournir en sortie unsignal logique alternant entre deux niveaux, par exemple entre 0 ou 1 (1représentant un niveau par exemple donné par la tension d’alimentation ducomparateur 9, et 0 représentant par exemple 0 volt). Le comparateur 9 peutcomporter un amplificateur opérationnel monté en comparateur ou un comparateurbasse consommation (par exemple inférieure à 5μΑ). Le passage à l’un desniveaux indique que l’extremum local du signal électrique, c’est-à-dire le pic de lacontrainte appliquée, est détecté. En ce sens, ledit un des niveaux indique l’étatdétecté de l’extremum local du signal électrique. Le comparateur 9 est configurépour changer le niveau du signal logique lors d’un, notamment lors de chaque,passage par zéro de la dérivée du signal électrique déterminée par le dérivateur 8.Autrement dit, le comparateur 9 est un comparateur à zéro. Cette solution à basedu dérivateur 8 et du comparateur 9 est préférée car elle participe à limiter laconsommation pour détecter le pic de la contrainte appliquée. De manièreclassique, le comparateur 9 peut comporter des moyens adaptés pour éviter lesfausses détections de l’extremum local du signal électrique, ces moyens, connusen soi par l’homme du métier, peuvent par exemple comporter des composants logiques tels que des bascules associées à la génération de constante de tempsou encore des cellules à retard dont l’utilisation peut être combinée à celle desbascules.

[0041] De manière générale, le module électronique 6 peut comporter un systèmeélectronique 10 dont une fonction peut être de déclencher la mesure de la grandeurélectrique représentative de la résistance électrique de l’élément piézorésistif 3 enparticulier lorsque le comparateur 9 a détecté l’extremum local du signal électrique,et donc le pic de la contrainte appliquée. Ce système électronique 10, alimenté parla source d’alimentation électrique 7, peut être un microcontrôleur présentantl’avantage d’une consommation électrique limitée. Le système électronique 10 peutêtre relié à la sortie du comparateur 9. Plus particulièrement, la sortie ducomparateur 9 est reliée à une entrée d’interruption du système électronique 10 desorte que le système électronique 10 génère une interruption déclenchant lamesure de ladite grandeur électrique représentative de la résistance électrique del’élément piézorésistif 3 lorsqu’il détecte le passage du signal logique qu’il reçoitsur son entrée d’interruption à un niveau qu’il assimile à un état détecté del’extremum local du signal électrique. L’avantage de l’utilisation d’unmicrocontrôleur tel que décrit est que ce dernier peut occuper un état d’attente danslequel sa consommation électrique est limitée. Cet état d’attente pouvant êtreinterrompu lors de la génération de l’interruption ou lorsqu’il est réalisé deslectures/déterminations de grandeurs physiques à une fréquence d’acquisitioncomme il le sera décrit ci-après.

[0042] Le niveau du signal logique indiquant que l’extremum local du signalélectrique a été détecté peut-être fixé par conception du dispositif, notamment enprenant en compte si l’extremum local du signal électrique à détecter est unmaximum local du signal électrique généré, ou un minimum local du signalélectrique généré. Le fonctionnement du comparateur 9 est aussi à prendre encompte pour considérer quel niveau du signal logique correspond à celui indiquantque l’extremum local du signal électrique a été détecté.

[0043] Selon un exemple préféré permettant de détecter le pic de la contrainteappliquée, les deux niveaux du signal logique correspondent respectivement à unpremier niveau et à un deuxième niveau. Les premier et deuxième niveaux sontdifférents, et sont notamment chacun choisi parmi un niveau bas et un niveau haut,par exemple chacun associé à une tension électrique qui lui est propre, par exemple OV ou une tension d’alimentation du comparateur 9. Par ailleurs, lecomparateur 9 est configuré pour : • faire passer le signal logique du premier niveau au deuxième niveau lorsd’un passage par zéro de la dérivée du signal électrique déterminée par ledérivateur 8 pour un maximum local du signal électrique, par exemple pourune valeur positive de tension, • faire passer le signal logique du deuxième niveau au premier niveau lorsd’un passage par zéro de la dérivée du signal électrique déterminée par ledérivateur 8 pour un minimum local du signal électrique, par exemple unevaleur négative de tension.

On comprend alors que si l’extremum local du signal électrique à détecter par ledétecteur 5 est le maximum local du signal électrique alors le pic de contrainte estconsidéré comme détecté lors du passage du premier niveau au deuxième niveau.Inversement, si l’extremum local du signal électrique à détecter est le minimumlocal du signal électrique, alors le pic de contrainte est considéré comme détectélors du passage du deuxième niveau au premier niveau. Une telle méthode estavantageuse dans le sens où elle peut facilement être implémentée sansnécessiter une consommation en énergie importante. Alternativement, bien quecela nécessite une consommation électrique plus importante, le microcontrôleurévoqué précédemment peut être configuré pour détecter le pic de la contrainte,déclencher la mesure de la grandeur électrique, et déterminer la valeur de lacontrainte. Il est à présent décrit une application concrète de l’exemple préféré. Surla figure 3, il est représenté, lors de l’application d’une contrainte variant dans letemps au capteur de contrainte, l’évolution de signaux de tension S1, S1 ’, SL enfonction du temps représentant respectivement le signal électrique S1, la dérivéeS1’ du signal électrique et le signal logique SL. Le signal SL varie entre 0 et unetension d’alimentation du comparateur 9. Selon cette application concrète, lecomparateur 9 permet de comparer la dérivée S1’ du signal électrique S1 à zéro,par exemple à un potentiel électrique nul, notamment la masse. Ici, le comparateur9 prend en entrée des valeurs de tension correspondant chacune à une valeur dela dérivée S1’ du signal électrique. Par ailleurs, le comparateur 9 est configuré desorte que si la tension correspondant à la dérivée du signal électrique à son entréeest une tension différente de zéro et positive, alors le niveau du signal logique est haut, et de sorte que si la tension correspondant à la dérivée du signal électrique àson entrée est une tension négative différente de zéro, le niveau du signal logiqueest bas. Dans ce cas, lorsque la dérivée ST du signal électrique devient nulle, celas’accompagne ensuite d’un changement de signe de la dérivée ST du signalélectrique. Par exemple, si l’extremum local du signal électrique à détecter est unmaximum local du signal électrique S1, par exemple une tension positive, la dérivéeST du signal électrique sera positive avant d’atteindre l’extremum local du signalélectrique, puis négative après avoir atteint l’extremum local du signal électrique :il en résulte que l’extremum local du signal électrique peut être détecté suite à lagénération en sortie du comparateur 9 d’un front descendant pour passer du niveauhaut au niveau bas du signal logique SL. Au contraire, si l’extremum local du signalélectrique est un minimum local du signal électrique S1, par exemple une tensionnégative, la dérivée ST du signal électrique sera négative avant d’atteindrel’extremum local du signal électrique à détecter, puis positive après avoir atteintl’extremum local du signal électrique à détecter : il en résulte que l’extremum localdu signal électrique peut être détecté suite à la génération en sortie du comparateur9 d’un front montant pour passer du niveau bas du signal logique SL au niveau hautdu signal logique.

[0044] Plus particulièrement, la sortie du comparateur 9 fournissant le signallogique peut être reliée à l’entrée d’interruption du système électronique 10. Ainsi,le système électronique 10 génère une interruption déclenchant la mesure de lagrandeur électrique représentative de la résistance électrique de l’élémentpiézorésistif 3 lorsque ledit système électronique 10 détecte le passage du signallogique qu’il reçoit sur son entrée d’interruption à un niveau qu’il assimile à l’étatdétecté de l’extremum local du signal électrique. Bien entendu, selon laprogrammation du système électronique, un inverseur de signal logique pourra êtreplacé entre la sortie du comparateur 9 et l’entrée d’interruption du systèmeélectronique 10 : tout dépendra de comment le système électronique 10 interprètele signal logique se présentant à son entrée d’interruption en fonction del’interprétation du signal logique en sortie du comparateur 9.

[0045] Comme illustré en figure 4, le dérivateur 8 peut être un circuit RC enconfiguration série. Dans le domaine, un circuit RC est un circuit qui comporte uncomposant résistif 8a et un condensateur 8b. La figure 4 illustre un exempleparticulier de mise en œuvre du dérivateur 8 comportant une entrée En8 reliée à l’élément piézoélectrique et une sortie S8 reliée au comparateur 9. Lecondensateur 8b du dérivateur 8 est relié à la sortie S8 et à l’entrée En8 dudérivateur 8. Par ailleurs, le composant résistif 8a du dérivateur 8 est relié, d’unepart, à la masse, et, d’autre part, à un lien électrique reliant le condensateur 8b àla sortie S8 du dérivateur 8. L’avantage d’un tel dérivateur est qu’il consomme peud’énergie et prend très peu de place sur la carte électronique (deux composants).La capacité du condensateur 8b est comprise entre 1pF et 100pF, et la résistanceélectrique du composant résistif 8a est comprise entre 1ΜΩ et 100ΜΩ, et ce pourne pas influer sur la tension de sortie de l’élément piézoélectrique dont la capacitésera typiquement comprise entre 100pF et 10nF.

[0046] Comme illustré en figure 4, le comparateur 9 peut comporter une premièreentrée notée « + » et une deuxième entrée notée « - ». La première entrée « + »est reliée à la sortie S8 du dérivateur 8 et la deuxième entrée « - » est reliée à lamasse de sorte à permettre la comparaison à zéro. La sortie S9 du comparateur 9permet de fournir le signal logique évoqué précédemment par comparaison desdonnées fournies aux première et deuxième entrées du comparateur 9. Le niveaudu signal logique correspondant à l’état détecté du pic de la contrainte appliquéedépendra notamment du branchement des entrées du comparateur 9 au dérivateur8 et à la masse.

[0047] Comme illustré en figures 5 à 11, le dispositif peut comporter un substrat11 sur lequel est agencé le capteur de contrainte 2. Le substrat 11 peut être fin etsouple pour autoriser sa déformation lorsque la contrainte est appliquée au capteurde contrainte 2. Le substrat 11 peut aussi à l’opposé être rigide. Le substrat 11 peutêtre choisi de telle sorte à pouvoir être découpé, par exemple au format d’unesemelle, pour être inséré dans une chaussure. Le substrat 11 peut être en plastiquede type PEN (pour poly(naphtalate d'éthylène)), PET (pour poly(téréphtalated'éthylène)), PC (pour Polycarbonate), Polymide (par exemple du Kapton®) ouautre. Typiquement, le substrat 11 présente une épaisseur pouvant être compriseentre 100pm et 200pm. L’épaisseur du substrat 11 donnée ci-avant et combinée àun module d’Young du matériau du substrat 11 par exemple compris entre 0,5GPaet 10GPa correspond à la définition de substrat 11 fin et souple. Alternativement,le substrat 11 peut aussi être du papier, du textile, du métal, ou d’un autre typeadapté à l’application souhaitée. La gamme d’épaisseur donnée en relation avec les différents exemples du substrat 11 permet d’obtenir une souplesse suffisantedu substrat pour les applications dans le domaine de la semelle de chaussure.[0048] Comme représenté en figures 5 à 11, l’élément piézoélectrique 4 peutcomporter un empilement comprenant deux électrodes 41, 42 (aussi appeléespremière électrode 41 et deuxième électrode 42 de l’élément piézoélectrique 4)séparées par une couche en matériau piézoélectrique 43, par exemple une coucheen matériau diélectrique présentant des propriétés piézoélectriques. Les électrodes41, 42 de l’élément piézoélectrique 4 peuvent adopter la forme de couchesempilées avec la couche en matériau piézoélectrique 43 située entre lesdites deuxélectrodes 41, 42. Les couches formant les électrodes 41, 42 de l’élémentpiézoélectrique 4 peuvent présenter chacune une épaisseur comprise entre 0,5nmet 500nm pour des électrodes réalisées par dépôt chimique en phase vapeur etentre 0,5pm et 5pm pour des électrodes réalisées par impression. La couche enmatériau piézoélectrique 43 peut présenter une épaisseur comprise entre 0,5pm et50pm suivant la force souhaitée du signal en tension généré par l’élémentpiézoélectrique 4. L’épaisseur de la couche en matériau piézoélectrique a uneinfluence sur la tension générée par l’élément piézoélectrique : plus l’épaisseur estimportante plus la tension du signal électrique généré par l’élément piézoélectrique4 sera importante. Les électrodes 41, 42 de l’élément piézoélectrique 4 peuventcomporter du métal (par exemple de l’argent sous la forme de particules, denanoparticules ou de nanofils), ou un polymère conducteur électronique commepar exemple le PEDOT-PSS ou la polyaniline. Les électrodes 41, 42 de l’élémentpiézoélectrique 4 peuvent être obtenues par impression à partir d’une encrecomportant le métal précité, ou le polymère conducteur électronique précité.Alternativement, les électrodes 41, 42 de l’élément piézoélectrique 4 peuvent êtreobtenues par utilisation d’un procédé de dépôt sous vide comme par exemple unprocédé CVD (pour l’anglais « chemical Vapor déposition » ou dépôt chimique enphase vapeur en français) ou un procédé PVD (pour l’anglais « Physical vapordéposition » ou dépôt physique en phase vapeur en français). Les deux électrodes41, 42 de l’élément piézoélectrique 4 peuvent être réalisées dans des matériauxidentiques ou différents. Le PEDOT-PSS aussi noté PEDOT:PSS est un sigledésignant un mélange de deux polymères, le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) et le poly(styrène sulfonate) de sodium (PSS).Le PEDOT est un polymère conjugué dérivé du polythiophène dont une fraction des atomes de soufre est protonée avec une charge positive, tandis que le PSS estun polystyrène sulfoné chargé négativement dont une fraction desgroupes sulfonate SC>3_ porte un ion sodium Na+. La couche en matériaupiézoélectrique 43 peut comporter des particules inorganiques piézoélectriquescomme des particules de titano-zirconate de plomb (aussi connu sous ladénomination PZT), ou de titanate de baryum (comme par exemple BaTiOs), ouencore comporter un polymère électro-actif tel que du poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) (aussi connu sous la dénomination P(VDF)-TrFE). La couche enmatériau piézoélectrique 43 peut être réalisée par dépôt d’une encre comportantles particules inorganiques ou le polymère électro-actif.

[0049] Comme représenté en figures 5 à 11, l’élément piézorésistif 3 peutcomporter deux électrodes 31, 32 imbriquées l’une dans l’autre sous forme d’unpeigne : il s’agit d’électrodes interdigitées 31, 32 (aussi appelées premièreélectrode 31 et deuxième électrode 32 interdigitées de l’élément piézorésistif 3)comme par exemple illustrées en figure 12 qui représente un exemple d’électrodes31,32 interdigitées. Chacune de ces électrodes 31,32 interdigitées peut présenterune épaisseur, donnée orthogonalement par rapport au plan où elles sontinterdigitées, comprise entre 1pm et 15pm (bien que des valeurs supérieurespuissent être aussi possibles), et préférentiellement entre 7pm et 8pm. L’électrode31 peut comporter des doigts 31a et l’électrode 32 peut comporter des doigts 32a,les doigts sont interdigités de sorte que chaque doigt 31a d’une des électrode 31de l’élément piézorésistif 3 est séparé d’un doigt 32a de l’autre électrode 32 del’élément piézorésistif 3 d’une distance comprise entre 100pm et 1000pm. Lalargeur des doigts interdigités parallèlement au plan où ils sont interdigités peut êtrecomprise entre 100pm et 1000pm. Selon un exemple non limitatif, la largeur desdoigts est de 500pm, et l’espacement entre deux doigts adjacents est de 500pm.Chacune des électrodes interdigitées peut par exemple comporter huit doigts(figure 12). Les dimensions des doigts interdigités, leur espacement et leur nombresont choisis en fonction de la contrainte que l’on souhaite mesurer et de lasensibilité souhaitée du capteur de contrainte. Ces électrodes 31, 32 de l’élémentpiézorésistif 3 peuvent comporter du métal (par exemple de l’argent sous la formede particules, de nanoparticules ou de nanofils), ou un polymère conducteurélectronique comme par exemple le PEDOT-PSS ou la polyaniline. Les électrodes31, 32 de l’élément piézorésistif 3 peuvent être réalisées par impression à partir d’encres comportant les matériaux décrits ci-dessus, ou être formées en utilisantun procédé de dépôt sous vide, par exemple par CVD ou par PVD. Une couche enmatériau piézorésistif 33, notamment d’épaisseur comprise entre 5pm et 25pm estmaintenue en regard des électrodes par un élément d’entretoisement 34 aussiappelé espaceur. Plus particulièrement, la couche en matériau piézorésistif 33 estformée sur un support 35 fixé à l’élément d’entretoisement 34. Le matériaupiézorésistif être du FSR (pour l’anglais « Force Sensing Resistor »). Le matériaupiézorésistif peut comporter au moins l’un des matériaux choisis parmi : desparticules de carbone, des nanotubes de carbone, du graphène et des particulesde métal, mélangé à un liant élastomère. Le matériau piézorésistif peutalternativement être formé par un polymère électriquement conducteur (parexemple la polyaniline, le polypyrrole ou le polyacétylène). L’élémentd’entretoisement 34 peut être un adhésif en acrylique ou en silicone. Le support 35peut être en polypropylène (PP), polyéthylène (PE), ou polyuréthane (PUR) etnotamment adopter la forme d’une couche d’épaisseur comprise entre 25pm et200pm. L’élément d’entretoisement 34 est agencé de sorte à ce que l’élémentpiézorésistif 33 reste à distance, par exemple 50pm, des électrodes lorsqu’aucunecontrainte à déterminer n’est appliquée au capteur de contrainte 2. Par ailleurs,lorsqu’une contrainte à déterminer est appliquée au capteur de contrainte 2, celapeut déformer la couche en matériau piézorésistif 33 qui vient en contact avec lesélectrodes interdigitées 31, 32 : il en résulte qu’il est possible d’alimenter l’élémentpiézorésistif 3 pour en mesurer une tension (permettant le cas échéant de remonterà la résistance électrique de l’élément piézorésistif 3) représentative de ladéformation de la couche en matériau piézorésistif 33, cette tension pouvant êtreensuite corrélée à une valeur de contrainte, comme une pression. On comprendalors que l’élément d’entretoisement 34 est dimensionné en fonction descontraintes que l’on souhaite déterminer.

[0050] Lorsque le capteur de contrainte n’est pas sollicité, les couches enmatériau piézoélectrique et en matériau piézorésistif sont préférentiellementparallèles entre elles. Le dispositif est notamment agencé de sorte que la contraintesoit appliquée parallèlement à la direction de l’empilement formant le capteurpiézoélectrique, cette direction d’empilement étant perpendiculaire au plan dusubstrat 11.

[0051] Afin d’améliorer le fonctionnement du capteur de contrainte 2, il estpréférable que l’élément piézoélectrique 4 et l’élément piézorésistif 3 soient le plusproche possible l’un de l’autre. Cette proximité recherchée permet que le pic de lacontrainte vue par l’élément piézoélectrique 4 et par l’élément piézorésistif 3 soitdétectée par l’élément piézoélectrique 4 puis mesurée par l’élément piézorésistifau même point ou quasiment au même point, améliorant ainsi la précision globaledu capteur de contrainte 2.

[0052] Selon une première réalisation du capteur de contrainte 2 illustrée enfigures 5 et 6, l’élément piézorésistif 3 et l’élément piézoélectrique 4 du capteur decontrainte 2 sont juxtaposés, et notamment disposés côte à côte sur le mêmesubstrat 11. L’élément piézorésistif 3 comporte les électrodes interdigitées 31, 32,notamment en contact avec le substrat 11, et la couche en matériau piézorésistif 33 formée sur le support 35 séparé du substrat 11 par l’élément d’entretoisement 34 reliant le substrat 11 audit support 35. L’élément piézoélectrique 4 comporte lacouche en matériau piézoélectrique 43 située entre ses deux électrodes 41,42 dontl’une 41 est proximale du, et notamment en contact avec le, substrat 11. Cettesolution présente l’avantage d’être facile à réaliser, mais présente l’inconvénientd’un décalage latéral entre les éléments piézorésistif 3 et piézoélectrique 4. Cedécalage limite la précision du capteur de contrainte 2 lorsque la contrainte estappliquée orthogonalement au plan de la figure 5 car la détection du pic de lacontrainte à partir de l’élément piézoélectrique 4 et la mesure de la grandeurélectrique représentative de la résistance électrique de l’élément piézorésistif 3 seferont en deux points proches mais distincts.

[0053] On comprend qu’il existe une problématique d’amélioration de la précisiondu capteur de contrainte 2. Les deuxième et troisième réalisations du capteur decontrainte 2 décrites ci-après permettent de répondre à cette problématiqued’amélioration de la précision.

[0054] Selon la deuxième réalisation du capteur de contrainte 2 illustrée en figures7 et 8, l’élément piézoélectrique 4 et l’élément piézorésistif 3 du capteur decontrainte 2 sont agencés de sorte que l’élément piézoélectrique 4 entoure, enparticulier au moins partiellement, l’élément piézorésistif 3 ou inversement. On ditque l’élément piézoélectrique 4 et l’élément piézorésistif 3 peuvent êtreconcentriques. Par exemple, comme illustré en figure 7, l’élément piézoélectrique4 adopte une forme annulaire. L’élément piézoélectrique 4 peut former un anneau ouvert ou fermé selon les besoins technologiques. En figure 7, l’élémentpiézoélectrique 4 est disposé autour de l’élément piézorésistif 3, selon une autreformulation l’élément piézoélectrique 4 est disposé latéralement à l’élémentpiézorésistif 3 de sorte à l’entourer. Selon cette deuxième réalisation, l’élémentpiézoélectrique 4 et l’élément piézorésistif sont formés sur le substrat 11 à lamanière telle que décrite en relation avec la première réalisation. Cette deuxièmeréalisation permet d’améliorer la précision du capteur de contrainte 2 en améliorantla localisation de la contrainte relativement aux éléments piézoélectrique 4 etpiézorésistif 3.

[0055] Selon la troisième réalisation illustrée en figures 9 à 11, le capteur decontrainte 2 est tel que l’élément piézoélectrique 4 et l’élément piézorésistif 3 sontempilés, notamment cet empilement est réalisé sur le substrat 11. Cette réalisationest préférée, notamment lorsque la contrainte appliquée au capteur de contrainte2 est parallèle, ou sécante mais non orthogonale, à la direction d’empilement del’empilement comportant l’élément piézoélectrique 4 et l’élément piézorésistif 3.Selon cette troisième réalisation, on obtient un capteur de contrainte 2 compact etprécis puisque tout effort appliqué parallèlement à la direction d’empilement peutêtre vu de manière similaire par les éléments piézoélectrique 4 et piézorésistif 3.Sur les figures 10 et 11, l’élément piézorésistif 3 est formé sur l’élémentpiézoélectrique 4. L’élément piézoélectrique 4 est formé quant à lui le substrat 11qui le porte. Sur la figure 11, on retrouve successivement depuis le substrat 11, unempilement comportant l’une des électrodes 41 de l’élément piézoélectrique 4, lacouche en matériau piézoélectrique 43, l’autre des électrodes 42 de l’élémentpiézoélectrique 4, un élément en matériau diélectrique 12 (se présentant parexemple sous la forme d’une couche formée sur la deuxième électrode 42), puisles électrodes interdigitées 31, 32 de l’élément piézorésistif 3 formées sur l’élémenten matériau diélectrique 12. L’élément en matériau diélectrique 12 peut avoir uneépaisseur comprise entre 1pm et 10pm, et être en poly(fluorure devinylidène) (PVDF). La couche en matériau piézorésistif 33 est disposée en vis-à-vis des électrodes interdigitées 31, 32, et est maintenue à distance desditesélectrodes interdigitées 31, 32 via l’élément d’entretoisement 34 qui peut être fixé,d’une part, sur l’élément en matériau diélectrique 12 ou encore sur le substrat 11et, d’autre part sur le support 35 sur lequel est formée la couche en matériaupiézorésistif 33 orientée vers les électrodes interdigitées 31, 32. Selon une alternative illustrée en figure 10, l’élément en matériau diélectrique 12 n’est pasnécessaire, dans ce cas l’électrode 42 de l’élément piézoélectrique 4 la plusdistante du substrat 11 peut être formée par l’une des électrodes 32 interdigités del’élément piézorésistif 3 alors disposées sur la couche en matériau piézoélectrique43, ceci présente l’avantage de limiter le nombre de couches et la quantité dematériaux utilisés : le capteur de contrainte 2 peut alors être plus compact et doncplus précis.

[0056] De manière préférée, l’une des électrodes de l’élément piézoélectrique 4et l’une des électrodes de l’élément piézorésistif 3 sont reliées électriquement entreelles, ceci permet de limiter le nombre de pistes électriques à réaliser pourconnecter les éléments piézoélectrique 4 et piézorésistif 3 au module électronique,et de limiter le nombre de pistes à former sur une même face du substrat 11 en vued’éviter des chevauchements de pistes qui seraient à isoler électriquement. Pourles réalisations du capteur de contrainte 2 des figures 6 et 8, il est possible de relierl’électrode de l’élément piézoélectrique 4 la plus proche du substrat 11 à l’une desélectrodes de l’élément piézorésistif 3. Sur la figure 10, l’élément piézoélectrique4 et l’élément piézorésistif 4 comportent une électrode commune, ce qui permet defaciliter la fabrication du dispositif.

[0057] Les différentes réalisations du capteur de contrainte 2 décritesprécédemment sont tout particulièrement adaptées au dispositif tel que décrit.Cependant, un tel capteur de contrainte 2 peut être utilisé de manière indépendantedans tout type de système qui cherche à obtenir des informations sur une contrainteappliquée à un capteur de contrainte 2 sans pour autant se limiter à l’application audispositif tel que décrit. En effet, les données issues de l’élément piézoélectrique 4et de l’élément piézorésistif 3 peuvent être utilisées de manière complémentairepour caractériser une contrainte appliquée au capteur de contrainte.

[0058] Le capteur de contrainte 2 décrit peut être en tout ou partie obtenu parimpression de matériaux adaptés comme évoqué ci-dessus. L’impression peut êtreréalisée par sérigraphie, par pulvérisation aussi connue sous la dénominationanglaise « spray-coating », ou par jet d’encre. L’avantage de l’utilisation del’impression dans la réalisation d’un capteur de contrainte 2 tel que décrit est qu’ilest ainsi possible de déposer les matériaux selon un motif adapté ne nécessitantpas de gravure et donc la perte de matière. Le capteur de contrainte 2 peut ainsi être fabriqué à moindre coûts, sur de grandes surfaces et sur des substratsflexibles.

[0059] Il est à présent décrit un procédé de fabrication du capteur de contrainte 2tel qu’illustré selon ses différentes réalisations en figures 5 à 11. Les matériauxutilisés dans le présent procédé de fabrication peuvent être ceux décritsprécédemment en lien avec la description de l’élément piézoélectrique et del’élément piézorésistif. Un tel procédé de fabrication comporte une étape deformation de l’élément piézoélectrique 4 et une étape de formation de l’élémentpiézorésistif 3. Comme on le verra par la suite ces deux étapes de formationpeuvent être totalement indépendantes, ou peuvent comporter des étapestechnologiques communes. Les épaisseurs décrites ci-avant sont donnéesorthogonalement au plan du substrat pour ce qui est formé à partir du, ou au-dessusdu, substrat, ou le cas échéant du support pour la couche en matériau piézorésistifformée sur le support.

[0060] Le procédé de fabrication peut comporter une étape de fourniture dusubstrat 11 tel que décrit précédemment.

[0061] Avant de mettre en œuvre les étapes de formation des élémentspiézoélectrique 4 et piézorésistif 3, le procédé de fabrication peut comporter uneétape de nettoyage du substrat 11 par exemple à l’éthanol, ou à l’acétone, ou partraitement plasma. Le but de ce nettoyage est d’obtenir un état de surfacereproductible du substrat avant de former le capteur de contrainte.

[0062] Il résulte de ce qui est représenté en figures 6, 8, 10 et 11 que l’étape deformation de l’élément piézoélectrique 4 peut comporter les étapes suivantes : uneétape de formation de la première électrode 41, dite électrode inférieure, del’élément piézoélectrique 4, notamment sur le substrat 11; une étape de formationde la couche en matériau piézoélectrique 43 sur la première électrode 41 ; uneétape de formation de la deuxième électrode 42, dite électrode supérieure, del’élément piézoélectrique 4 sur la couche en matériau piézoélectrique 43.

[0063] L’étape de formation de la première électrode 41 de l’élémentpiézoélectrique 4 est notamment telle que la première électrode 41 de l’élémentpiézoélectrique 4 peut être réalisée par impression (par exemple par sérigraphie),sur le substrat 11, d’une encre métallique (par exemple à base d’argent ou decuivre), ou d’une encre polymère (par exemple à base de PEDOT-PSS oupolyaniline), ou peut être réalisée par dépôt sous vide par exemple par PVD ou CVD. Lorsque la première électrode 41 de l’élément piézoélectrique 4 est réaliséepar impression d’une encre, l’encre imprimée est séchée puis recuite. Le recuit peutavoir lieu dans une étuve à une température comprise entre la températureambiante (25°C°) et 200°C selon la nature du substrat 11 et du matériau utilisé pourformer la première électrode 41 de l’élément piézoélectrique 4.

[0064] De manière générale, le séchage d’une encre permet une évaporation dessolvants qu’elle contient à température douce, typiquement comprise entre latempérature ambiante et 60°C, le recuit de l’encre permet quant à lui d’évaporer lereste de solvant de l’encre mais de donner à l’encre au terme du recuit certainesdes propriétés souhaitées de l’élément à former à partir de l’encre.

[0065] L’étape de formation de la couche en matériau piézoélectrique 43 estnotamment telle que la couche en matériau piézoélectrique 43 peut être réaliséepar impression (par exemple par sérigraphie), sur la première électrode 41 del’élément piézoélectrique 4, d’une encre comprenant ledit matériau piézoélectrique.Pour cela, on dit que le matériau piézoélectrique est dispersé et dissous dansl’encre. Alternativement, le matériau piézoélectrique choisi pour former la coucheen matériau piézoélectrique 43 peut être déposé sous vide, par exemple par PVDou CVD. Lorsque la couche en matériau piézoélectrique est réalisée parimpression, l’encre imprimée est séchée puis recuite. Le recuit peut avoir lieu dansune étuve à une température comprise entre la température ambiante (25°C) et200°C selon la nature du substrat 11 et du matériau utilisé pour former la coucheen matériau piézoélectrique 43. Le recuit est notamment mis en œuvre à unetempérature permettant au matériau piézoélectrique de se cristalliser sous uneforme lui donnant ses propriétés. Le séchage peut être réalisé ici dans une chambresous vide à température ambiante, ou sur une plaque chauffante, ou en étuve àtempérature inférieure à 60°C.

[0066] L’étape de formation de la deuxième électrode 42 de l’élémentpiézoélectrique 4 est notamment telle que ladite deuxième électrode 42 peut êtreréalisée de la même manière que la première électrode 41 de l’élémentpiézoélectrique 4 à la différence que son impression ou son dépôt se fait sur lacouche en matériau piézoélectrique 43.

[0067] Il résulte de ce qui est représenté en figures 6, 8, 10 et 11 que l’étape deformation de l’élément piézorésistif 3 peut comporter les étapes suivantes : uneétape de formation des première et deuxième électrodes 31, 32 interdigitées de l’élément piézorésistif 3 (par exemple comme sur la figure 12) ; une étaped’association de la couche en matériau piézorésistif 33 aux première et deuxièmeélectrodes interdigitées 31, 32.

[0068] L’étape de formation des première et deuxième électrodes interdigitées 31,32 peut comporter un dépôt par impression (par exemple par sérigraphie) d’uneencre (telle que décrite dans le cadre de l’élément piézorésistif) selon un motifadapté aux formes souhaitées des première et deuxième électrodes interdigitées31, 32. Alternativement les première et deuxième électrodes interdigitées 31, 32peuvent être obtenues à d’un dépôt de matériau adapté, notamment par techniquePVD ou CVD. En particulier, les première et deuxième électrodes 31, 32 del’élément piézorésistif 3 peuvent être formées simultanément à la deuxièmeélectrode 42 de l’élément piézoélectrique 4 de telle sorte que la deuxième électrode42 de l’élément piézoélectrique 4 soit reliée électriquement à l’une 32 des premièreet deuxième électrodes 31, 32 de l’élément piézorésistif 3, ou, le cas échéant quela deuxième électrode 42 de l’élément piézoélectrique 4 soit commune à l’une despremière et deuxième électrodes 31, 32 de l’élément piézorésistif 3 (figure 10).Lorsqu’elles sont réalisées par impression, les première et deuxième électrodes31, 32 de l’élément piézorésistif 3 sont séchées, puis recuites par exemple dansune étuve à la manière telle que décrite précédemment dans le cadre de laformation de la première électrode 41 de l’élément piézoélectrique 4.

[0069] L’étape d’association de la couche en matériau piézorésistif 33 auxpremière et deuxième électrodes interdigitées 31, 32 peut comporter une étapeformation de l’élément d’entretoisement 34 autour des première et deuxièmeélectrodes interdigitées 31, 32. L’étape de formation de l’élément d’entretoisement34 peut être réalisée par impression d’un matériau adaptée comme une résine ouune colle, ou par laminage d’un film adhésif. L’étape d’association peut ensuitecomporter une étape de montage de la couche en matériau piézorésistif 33 àl’élément d’entretoisement 34 après sa formation. La couche en matériaupiézorésistif 33, peut être formée sur le support 35, par exemple par impression.Ce support 35 peut être du même type que le substrat 11 décrit précédemment, etest collé sur l’élément d’entretoisement 34.

[0070] Par exemple, pour mettre en œuvre le premier ou le deuxième mode deréalisation du capteur de contrainte 2, l’étape de formation des première etdeuxième électrodes interdigitées 31, 32 de l’élément piézorésistif 3 peut être telle que ces première et deuxième électrodes interdigitées 31, 32 sont formées sur lesubstrat 11, et que cette étape de formation des première et deuxième électrodesinterdigitées 31, 32 de l’élément piézorésistif 3 est réalisée de manière simultanéeà l’étape de formation de la première électrode 41 de l’élément piézoélectrique 4,ou à l’étape de formation de la deuxième électrode 42 de l’élément piézoélectrique4. L’avantage de la formation simultanée est d’améliorer la cadence de fabricationpar exemple en diminuant le temps de fabrication grâce à l’utilisation de moins deniveaux à imprimer, ou en diminuant le nombre de masques de sérigraphie àutiliser.

[0071] Par exemple, pour mettre en œuvre le troisième mode de réalisation ducapteur de contrainte 2 (figures 10 et 11), l’étape de formation de la premièreélectrode 41 de l’élément piézoélectrique est telle que ladite première électrode 41est formée sur le substrat 11. Par ailleurs, les première et deuxième électrodesinterdigitées 31, 32 de l’élément piézorésistif 3 peuvent être formées sur l’élémenten matériau diélectrique 12 servant de séparation (figure 11 ) formé sur la deuxièmeélectrode 42 de l’élément piézoélectrique avant de mettre en œuvre l’étape deformation de l’élément piézorésistif sur cet élément en matériau diélectrique 12.Alternativement (figure 10), toujours selon le troisième mode de réalisation, l’étapede formation des première et deuxième électrodes interdigitées 31, 32 de l’élémentpiézorésistif 3 peut être réalisée simultanément à l’étape de formation de ladeuxième électrode 42 de l’élément piézoélectrique 4 d’où il résulte que ladeuxième électrode 42 de l’élément piézoélectrique 4 et l’une des première etdeuxième électrodes interdigitées 31, 32 de l’élément piézorésistif 3 forment uneunique électrode commune à l’élément piézoélectrique 4 et à l’élément piézorésistif3, ceci permet de limiter la quantité de matériau utilisé.

[0072] En particulier, le procédé de fabrication du capteur de contrainte peut êtreune étape d’un procédé de fabrication du dispositif tel que décrit.

[0073] Le dispositif 1 peut comporter un ou plusieurs capteurs de contrainte 2 telsque décrits. Sur la figure 13, le dispositif 1 adopte au moins en partie la forme d’unesemelle pour chaussure intégrant le, ou le cas échéant les, capteurs de contrainte2. Ceci présente l’avantage de pouvoir mesurer des contraintes, notamment leurspics, liées à la marche d’un individu lorsqu’il porte une chaussure équipée dudispositif.

[0074] En particulier, comme illustré sur la figure 13 le dispositif 1 comporte unepluralité de capteurs de contrainte 2, tout ce qui a été décrit en relation avec uncapteur de contrainte 2 peut s’appliquer à chaque capteur de contrainte 2 dudispositif 1. Sur l’exemple de la figure 13, onze capteurs de contrainte 2 sontrépartis sur le substrat 11 adoptant la forme d’une semelle de chaussure. Ainsi,lorsque le dispositif 1 comporte une pluralité de capteurs de contrainte 2, chaquecapteur de contrainte 2 comporte un élément piézorésistif 3 et un élémentpiézoélectrique 4 apte à générer un signal électrique lorsqu’une contrainte estappliquée audit capteur de contrainte 2 (sur la figure 13, les élémentspiézoélectriques 4 et les éléments piézorésistifs 3 des capteurs de contrainte 2sont, à titre d’exemple, représentés empilés à la manière de la figure 9). En figure13, le dispositif 1 comporte une pluralité de détecteurs 5 schématisés en ligne dansle cadre correspondant au module électronique 6. Chaque capteur de contrainte 2est associé à un des détecteurs 5, c’est-à-dire qu’il est relié à un des détecteurs 5.Notamment, chaque détecteur 5 et chaque élément piézorésistif 3 est relié ausystème électronique 10. Par ailleurs, pour chaque capteur de contrainte 2 : • le détecteur 5 associé audit capteur de contrainte 2 est configuré pourdétecter un pic de la contrainte appliquée audit capteur de contrainte 2 partraitement du signal électrique de l’élément piézoélectrique 4 dudit capteurde contrainte 2, • le dispositif est configuré pour déclencher, lorsque ledit pic de contrainte estdétecté par ledit détecteur 5, une mesure de la grandeur électriquereprésentative de la résistance électrique de l’élément piézorésistif 3 duditcapteur de contrainte, • le dispositif 1 est configuré pour déterminer une valeur de la contrainteappliquée audit capteur de contrainte 2 en utilisant la grandeur électriquemesurée.

Ici, on comprend que le dispositif présente l’avantage de permettre la détection depics de contraintes appliquées en plusieurs endroits distincts du dispositif 1, cescontraintes étant alors préférentiellement associées à un même évènement commepar exemple un appui d’un pied sur les capteurs de contrainte 2. Par exemple, dansune application d’une semelle sportive (figure 13), le dispositif 1 peut comporter lesubstrat 11 adoptant la forme d’une semelle de chaussure, ledit substrat 11 présentant une face où sont agencés les capteurs de contrainte 2 de la pluralité decapteurs, cette face étant destinée à être orientée vers la plante du pied.

[0075] Comme illustré en figures 2 et 13, le dispositif 1 peut comporter un modulede détermination 13 de la valeur de la contrainte (notamment de la valeur de pic dela contrainte appliquée), par exemple intégré au système électronique 10, utilisantla grandeur électrique mesurée à partir de l’élément piézorésistif 3 du capteur decontrainte 2. Ceci peut être mis en œuvre de manière connue en soi par l’hommedu métier, par exemple par lecture d’une table de correspondance du module detraitement 13 associant des valeurs de contraintes à des grandeurs électriquesreprésentatives de la résistance électrique de l’élément piézorésistif 3.

[0076] L’ invention est aussi relative à un procédé de détermination de contrainte(notamment d’au moins une valeur de contrainte appliquée à un capteur decontrainte 2 du dispositif 1) à partir du, c’est-à-dire en utilisant le, dispositif 1comportant ledit au moins un capteur de contrainte 2 comportant l’élémentpiézorésistif 3 et l’élément piézoélectrique 4, notamment le dispositif peut être telque celui décrit précédemment. Notamment, les avantages liés à ce procédé dedétermination de contrainte découlent de ceux décrits ci-dessus dans le cadre dudispositif 1. Le procédé de détermination de contrainte comporte (figure 14) : • une étape E1 d’application de la contrainte au capteur de contrainte 2, • une étape de traitement E2 du signal électrique généré par l’élémentpiézoélectrique 4 en réponse à la contrainte appliquée au capteur decontrainte 2 pour détecter le pic de la contrainte appliquée au capteur decontrainte 2, • une étape de mesure E3 de la grandeur électrique représentative de larésistance électrique de l’élément piézorésistif 3, l’étape de mesure E3 de lagrandeur électrique représentative de la résistance électrique de l’élémentpiézorésistif 3 étant déclenchée lorsque le pic de la contrainte appliquée estdétecté, • une étape de détermination E4 de la valeur de la contrainte appliquée auditcapteur de contrainte 2 en utilisant la grandeur électrique mesuréereprésentative de la résistance électrique de l’élément piézorésistif 3.

Ainsi, c’est la détection du pic de contrainte qui provoque le déclenchement del’étape de mesure E3. L’enchaînement de ces différentes étapes présente l’avantage de déclencher la mesure de la grandeur électrique représentative de larésistance électrique de l’élément piézorésistif 3 au moment opportun, cecipermettant le cas échéant de limiter la consommation globale liée aufonctionnement de l’élément piézorésistif 3 et/ou de réaliser la mesure de lagrandeur électrique représentative de la résistance électrique de l’élémentpiézorésistif 3 au moment où la contrainte appliquée au capteur de contrainte 2présente un pic que l’on cherche à déterminer à partir de ladite grandeur électriquemesurée. Ainsi, la mesure de la grandeur électrique représentative de la résistanceélectrique de l’élément piézorésistif 3 est telle que la grandeur électrique mesuréeest représentative de la valeur du pic de la contrainte appliquée. En particulier,l’étape de traitement E2 peut être mise en œuvre par le détecteur 5, l’étape demesure E3 peut être déclenchée par le système électronique 10, et l’étape dedétermination E4 peut être mise en œuvre par le système électronique 10. L’étapede détermination E4 de la valeur de la contrainte appliquée, notamment la valeurdu pic de la contrainte appliquée, audit capteur de contrainte 2 à partir de lagrandeur électrique mesurée est connue en soi de l’homme du métier : du momentqu’il dispose de la grandeur électrique mesurée, il peut remonter à la valeurcorrespondante de la contrainte, comme par exemple une valeur de pressionappliquée.

[0077] En particulier, l’étape de traitement E2 du signal électrique comporte uneétape de détection E2-1 de l’extremum local du signal électrique correspondant aupic de la contrainte appliquée. Ledit extremum local du signal électrique est générépar l’élément piézoélectrique 4 au moment où le capteur de contrainte 2 est soumisau pic de la contrainte appliquée audit capteur de contrainte 2. Ainsi, il résulte dela détection de cet extremum local du signal électrique, une détection précise dupic de la contrainte appliquée.

[0078] Selon une mise en œuvre particulière, l’étape de détection E2-1 del’extremum local du signal électrique comporte une étape de détermination E2-1-1de la dérivée du signal électrique, et une étape de détection E2-1-2 d’un passagepar zéro de la dérivée du signal électrique, c’est-à-dire de la dérivée déterminée,d’où il résulte que ledit extremum local du signal électrique est détecté. L’étape dedétection E2-1-2 du passage par zéro consiste à détecter la présence d’un pointdu signal électrique pour lequel la dérivée déterminée du signal électrique en cepoint est nulle. L’étape de détermination E2-1-1 de la dérivée peut être mise en œuvre par le dérivateur 8, et l’étape de détection E2-1-2 du passage à zéro peutêtre mis en œuvre par le comparateur 9.

[0079] L’étape de détection E2-1-2 du passage par zéro de la dérivée du signalélectrique, c’est-à-dire de la dérivée déterminée, peut être mise en œuvre par lecomparateur 9 du dispositif 1 fournissant en sortie le signal logique alternant entredeux niveaux, le pic de la contrainte appliquée étant détecté lorsque le signallogique en sortie du comparateur 9 passe à l’un des niveaux du signal logiqueassimilé à un état détecté de l’extremum local du signal électrique. Ici, lecomparateur 9 du dispositif 1 permet de comparer la dérivée du signal électrique àune valeur de référence nulle (égale à zéro). Notamment, l’étape de traitement E2comporte une étape de changement du niveau du signal logique du comparateur 9à chaque fois que la dérivée devient nulle.

[0080] Selon une réalisation du procédé de détermination de contrainte, l’élémentpiézorésistif 3 peut être utilisé pour déterminer, de préférence à intervallesréguliers, des grandeurs physiques représentatives chacune d’une résistanceélectrique correspondante de l’élément piézorésistif 3 à partir desquelles il estpossible de connaître des valeurs d’éventuelles contraintes appliquées au capteurde contrainte 2 à des instants différents. En ce sens, le procédé de déterminationde contrainte peut comporter une étape de détermination E5, selon une fréquenced’acquisition, d’une pluralité de grandeurs physiques chacune représentative d’unerésistance électrique de l’élément piézorésistif 3. Cette fréquence d’acquisitionutilisée au cours de l’étape de détermination E5 est, de préférence, comprise entre10Hz et 20Hz pour limiter la consommation électrique nécessaire pour déterminerces grandeurs physiques. La détection du pic de la contrainte appliquée provoquel’augmentation de la fréquence d’acquisition pour déclencher l’étape de mesure E3de la grandeur électrique représentative de la résistance électrique de l’élémentpiézorésistif 3. Autrement dit, la détection du pic de la contrainte appliquéeinterrompt temporairement l’étape de détermination E5 des grandeurs physiquesle temps de mesurer la grandeur électrique représentative de la résistanceélectrique de l’élément piézorésistif 3 alors représentative de la valeur du pic de lacontrainte appliquée. Cette augmentation est notamment telle que la fréquenced’acquisition au cours de l’étape E2 est alors comprise entre 200Hz et 2kHz, maispeut se limiter à un, cinq voire dix points de mesure avant de revenir comprise entre10Hz et 20Hz pour continuer la mise en œuvre de l’étape de détermination E5 des grandeurs physiques. L’obtention de plusieurs points de mesure de grandeursélectriques chacun représentatif d’une résistance électrique correspondante del’élément piézorésistif 3 à des instants différents permettant de caractériser plus endétails le pic de la contrainte appliquée, par exemple pour savoir s’il s’agit d’unappui bref ou court sur le capteur de contrainte 2. Autrement dit, l’obtention deplusieurs points de mesure au niveau du moment où le pic de la contrainte estprésent permet d’obtenir des informations supplémentaires quant au pic de lacontrainte appliquée. L’étape E5 présente l’avantage de suivre l’évolution d’une ouplusieurs contraintes appliquées au capteur de contrainte 2 : il est alors possibled’obtenir des informations sur une ou des contraintes statiques ou dynamiques horsd’un ou des pics de contrainte.

[0081] Bien entendu, si le dispositif 1 comporte une pluralité de capteurs decontrainte 2 comportant chacun un élément piézorésistif 3 et un élémentpiézoélectrique 4 apte à générer un signal électrique lorsqu’une contrainte estappliquée audit capteur de contrainte 2, les étapes d’application d’une contrainteE1, de traitement E2, de mesure E3, et de détermination E4 d’une valeur de lacontrainte appliquée peuvent être mises en œuvre pour plusieurs, et notammentchaque, capteur de contrainte 2. Bien entendu, pour chaque capteur de contrainte,la contrainte appliquée peut être différente. Ici, chaque capteur de contrainte 2 estindépendant dans le sens où la mesure de l’élément piézorésistif 3 aura lieu lorsquele pic de la contrainte appliquée aura été détecté à partir du signal électrique del’élément piézoélectrique 4 du capteur de contrainte 2 : la consommation électriqueliée à l’utilisation de chaque capteur de contrainte 2 est alors limitéeindépendamment à celle des autres capteurs de contrainte 2. Dès lors, le procédéde détermination de contrainte peut comporter une étape de génération d’unecartographie des valeurs de contrainte subies en différentes zones du dispositif 1,chaque zone étant associée à un des capteurs de contrainte 2 qui se situe dansladite zone.

[0082] Par ailleurs, l’élément piézoélectrique 4, bien que judicieusement utilisépour déclencher la mesure de la grandeur électrique représentative de la résistanceélectrique de l’élément piézorésistif 3 au moment où le pic de la contrainte estappliqué au capteur de contrainte 2, peut aussi être utilisé pour mesurer desdonnées liées à la contrainte appliquée, par exemple des données d’effort encisaillement, ou pour mesurer un complément d’information quant au pic de la contrainte appliquée. C’est en ce sens que sur la figure 2, l’élément piézoélectrique4 est relié via la flèche F3 au système électronique 10 qui peut, via un ADC,mesurer une valeur, par exemple de tension, de l’élément piézoélectrique 4 lorsquele pic de la contrainte appliquée au capteur de contrainte 2 est détecté.

[0083] Selon une variante (non représentée), le capteur de contrainte peut aussicomporter plusieurs éléments piézorésistifs, et lorsque le pic de la contrainte estdétecté à partir de l’utilisation de l’élément piézoélectrique du capteur de contrainte,cela déclenche, pour chaque élément piézorésistif du capteur de contrainte, unemesure d’une grandeur électrique représentative d’une résistance électrique. Ceciprésente l’avantage d’avoir localement au capteur de contrainte plusieursinformations caractérisant la contrainte.

[0084] Les applications industrielles de la présente invention sont nombreuses. Ledispositif, et donc le procédé de détermination de contrainte, peuvent être utilisésdans tout type d’application pour laquelle on souhaite disposer d’une valeurmaximale d’une contrainte exercée tout en limitant la consommation électriquepermettant d’obtenir cette valeur maximale. Une application décrite concerne celuidu sport dans le sens où le dispositif peut comporter une semelle permettant deconnaître les pressions exercées par le pied d’un coureur par exemple pouranticiper ses blessures. Dans le domaine médical, la présente invention peut aussis’appliquer pour détecter les zones de pression du corps d’un patient diabétique.L’invention peut aussi s’appliquer aux écrans tactiles, aux pneus pour véhicule, àla robotique, aux membres artificiels, aux gants, à des chaussures de sécurité, ouencore aux ailes d’avions dont on cherche à connaître les contraintes endéformation subies au cours du vol de l’avion.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif (1) comportant au moins un capteur de contrainte (2) comportantun élément piézorésistif (3), caractérisé en ce que : • le capteur de contrainte (2) comporte un élément piézoélectrique (4) apte àgénérer un signal électrique lorsqu’une contrainte est appliquée au capteurde contrainte (2), • ledit dispositif (1) comporte un détecteur (5) configuré pour détecter un picde la contrainte appliquée au capteur de contrainte (2) par traitement dusignal électrique, • le dispositif (1 ) est configuré pour déclencher, lorsque le pic de la contrainteappliquée est détecté par le détecteur (5), une mesure d’une grandeurélectrique représentative d’une résistance électrique de l’élémentpiézorésistif (3) du capteur de contrainte (2), et • le dispositif (1) est configuré pour déterminer une valeur de la contrainteappliquée au capteur de contrainte (2) en utilisant la grandeur électriquemesurée.
2. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledétecteur (5) est configuré pour détecter un extremum local du signal électrique del’élément piézoélectrique (4) correspondant au pic de la contrainte appliquée. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur (5) estconfiguré pour utiliser la dérivée du signal électrique pour détecter l’extremum localdu signal électrique. 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que le détecteur (5) comporte : • un dérivateur (8) configuré pour déterminer la dérivée du signal électrique, • un comparateur (9) configuré pour fournir en sortie un signal logique alternantentre deux niveaux, le passage à l’un des niveaux indiquant que le pic de lacontrainte appliquée est détecté, ledit comparateur (9) étant configuré pour changer le niveau du signal logique lors d’un passage par zéro de la dérivéedu signal électrique déterminée par le dérivateur (8).
3. 5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deuxniveaux du signal logique correspondent respectivement à un premier niveau et àun deuxième niveau, et en ce que le comparateur (9) est configuré pour : • faire passer le signal logique du premier niveau au deuxième niveau lors d’unpassage par zéro de la dérivée du signal électrique déterminée par le dérivateur(8) pour un maximum local du signal électrique, • faire passer le signal logique du deuxième niveau au premier niveau lors d’unpassage par zéro de la dérivée du signal électrique déterminée par le dérivateur(8) pour un minimum local du signal électrique, et en ce que : • l’extremum local du signal électrique étant le maximum local du signalélectrique, le pic de contrainte est considéré comme détecté lors du passagedu premier niveau au deuxième niveau, ou • l’extremum local du signal électrique étant le minimum local du signalélectrique, le pic de contrainte est considéré comme détecté lors du passagedu deuxième niveau au premier niveau.
4. 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que l’élément piézorésistif (3) et l’élément piézoélectrique (4) ducapteur de contrainte (2) sont juxtaposés. 7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ceque l’élément piézoélectrique (4) et l’élément piézorésistif (3) du capteur decontrainte (2) sont agencés de sorte que : • l’élément piézoélectrique (4) entoure au moins partiellement l’élémentpiézorésistif (3), ou • l’élément piézorésistif (3) entoure au moins partiellement l’élémentpiézoélectrique (4).
5. 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ceque le capteur de contrainte (2) est tel que l’élément piézoélectrique (4) et l’élémentpiézorésistif (3) sont empilés. 9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu’il adopte au moins en partie la forme d’une semelle pourchaussure intégrant le capteur de contrainte (2). 10. Procédé de détermination de contrainte à partir d’un dispositif (1 ) comportantau moins un capteur de contrainte (2) comportant un élément piézorésistif (3), leditprocédé de détermination de contrainte comportant : • une étape d’application (E1) d’une contrainte au capteur de contrainte (2),caractérisé en ce que ledit capteur de contrainte (2) comportant un élémentpiézoélectrique (4), ledit procédé de détermination de contrainte comporte : • une étape de traitement (E2) d’un signal électrique généré par l’élémentpiézoélectrique (4) en réponse à la contrainte appliquée au capteur decontrainte (2) pour détecter un pic de la contrainte appliquée au capteur decontrainte (2), • une étape de mesure (E3) d’une grandeur électrique représentative d’unerésistance électrique de l’élément piézorésistif (3) du capteur de contrainte(2), l’étape de mesure (E3) de la grandeur électrique de la résistanceélectrique de l’élément piézorésistif (3) étant déclenchée lorsque le pic de lacontrainte appliquée est détecté, • une étape de détermination (E4) d’une valeur de la contrainte appliquéeaudit capteur de contrainte (2) en utilisant la grandeur électrique mesurée.
6. 11. Procédé de détermination de contrainte selon la revendication précédente,caractérisé en ce que l’étape de traitement (E2) comporte une étape de détection(E2-1) d’un extremum local du signal électrique correspondant au pic de lacontrainte appliquée. 12. Procédé de détermination de contrainte selon la revendication précédente,caractérisé en ce que l’étape de détection (E2-1) de l’extremum local du signalélectrique comporte : • une étape de détermination (E2-1-1) de la dérivée du signal électrique, et • une étape de détection (E2-1-2) d’un passage par zéro de la dérivée dusignal électrique d’où il résulte que ledit extremum local du signal électriqueest détecté.
7. 13. Procédé de détermination de contrainte selon la revendication précédente,caractérisé en ce que l’étape de détection (E2-1-2) du passage par zéro de ladérivée du signal électrique est mise en œuvre par un comparateur (9) du dispositif(1) fournissant en sortie un signal logique alternant entre deux niveaux, le pic de lacontrainte appliquée étant détecté lorsque le signal logique en sortie ducomparateur (9) passe à l’un des niveaux du signal logique assimilé à un étatdétecté de l’extremum local du signal électrique. 14. Procédé de détermination de contrainte selon l’une quelconque desrevendications 10 à 13, caractérisé en ce qu’il comporte une étape dedétermination (E5), selon une fréquence d’acquisition, d’une pluralité de grandeursphysiques chacune représentative de la résistance électrique de l’élémentpiézorésistif (3), et en ce que la détection du pic de la contrainte appliquéeprovoque l’augmentation de la fréquence d’acquisition pour déclencher l’étape demesure (E3) de la grandeur électrique représentative de la résistance électrique del’élément piézorésistif (3). 15. Procédé de détermination de contrainte selon l’une quelconque desrevendications 10 à 14, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de capteursde contrainte (2) comportant chacun un élément piézorésistif (3) et un élémentpiézoélectrique (4), et en ce que les étapes d’application d’une contrainte (E1), detraitement (E2), de mesure (E3), et de détermination (E4) d’une valeur de lacontrainte appliquée sont mises en œuvre pour chaque capteur de contrainte (2).