FR3066814A1 - Capteur de deformation monobloc et procede de mesure de la deformation d'une surface d'un solide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un capteur de déformation comprenant au moins un élément (12) sensible dont une caractéristique électrique varie en fonction de sa déformation, appliqué sur une face, dite face (14) de support, d'une pièce (11) de film. La face (20) de fixation du capteur est entièrement constituée par une face libre de la pièce de film. Un enrobage (17) est fixé rigidement de façon inamovible à ladite face de support, s'étend entièrement à l'opposé de la face de fixation, sur une épaisseur supérieure à celle de ladite pièce de film.

Description

CAPTEUR DE DÉFORMATION MONOBLOC ET PROCÉDÉ DE MESURE DE LA DÉFORMATION D’UNE SURFACE D’UN SOLIDE L'invention concerne un capteur de déformation apte à mesurer la déformation d’une surface d’un solide, et un procédé de mesure de la déformation d’une surface d’un solide à l’aide d’un tel capteur de déformation.

La mesure de la déformation de surface des solides est utile dans de très nombreuses applications pour le contrôle du comportement mécanique des solides par exemple à des fins de prévention, de conception, de maintenance, de métrologie, pour les automatismes... La mesure de la déformation de surface d’un solide permet non seulement de déterminer la déformation subie en surface par le solide, mais également de déterminer les efforts et/ou contraintes subis par le solide sous l’effet de sollicitations de toutes natures : traction et/ou compression et/ou flexion, torsion et/ou cisaillement.

Pour mesurer la déformation en surface d’un solide, on applique au moins un élément sensible, ou au moins un capteur de déformation intégrant au moins un tel élément sensible sur la surface du solide. Un tel élément sensible, généralement qualifié de façon impropre de « jauge de contraintes » (la terminologie «jauge de déformation » étant plus appropriée mais moins courante) présente au moins une caractéristique électrique (en général la résistance ou la capacité) qui varie en fonction d’un état de déformation de la surface du solide. Les jauges de contraintes traditionnelles connues depuis plus d’une cinquantaine d’années sont formées de films flexibles portant une piste de matériau conducteur (alliage métallique) disposée en serpentin. On connaît également des jauges de contraintes piézoélectriques à base de matériaux semi-conducteurs qui présentent une meilleure sensibilité mais une moins bonne linéarité et une plus grande sensibilité aux variations de température. On connaît également des jauges de contraintes à base de nanoparticules, par exemple des nanoparticules métalliques, notamment d’or ou de carbone, assemblées par dépôt sur un film flexible, qui présentent l’intérêt d’un facteur de jauge très élevé, d’une large plage de déformation et d’une faible consommation électrique (cf. notamment « High- sensitivity strain gauge based on a single wire of gold nanoparticles fabricated by stop-and-go convective self-assembly » Cosmin Farcau et al, ACS Nano, 2011, 5 (9), pp 7137-7143, DOI: 10.1021/nn201833y ; ou «Influence of the Humidity on Nanoparticle-Based Résistive Strain Gauges » Lucas Digianantonio et al, J. Phys. Chem. C, 2016, 120 (10), pp 5848-5854, DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b00822 ; US7116209). L’utilisation de telles jauges de contraintes pose de nombreuses difficultés pratiques.

Tout d’abord, la liaison entre le film flexible de l’élément sensible et la surface du solide doit être parfaite, c’est-à-dire en théorie présenter une rigidité infinie, de telle sorte que toute déformation de la surface du solide puisse être répercutée sur l’élément sensible. Les liaisons par assemblage mécanique (vis, boulons, rivets, soudures...) sont très longues et coûteuses et maintenant abandonnées dans la plupart des applications. Dans la plupart des cas lorsque la surface de l’objet solide s’y prête, les jauges de contraintes sont collées par des colles rigides telles que des colles cyanoacrylates ou époxy sur la surface du solide. Néanmoins, cette opération de collage est en pratique extrêmement délicate, relativement longue (typiquement de plusieurs dizaines de minutes) et nécessite un savoir-faire important que peu d’opérateurs maîtrisent de façon complète.

Il a été proposé par le passé d’intégrer un ou plusieurs éléments sensibles dans un boîtier lui-même fixé rigidement à la surface du solide ce qui facilite leur maintien en place pendant le durcissement de la colle et ultérieurement. Il a également été proposé d’enrober une jauge de contraintes dans un enrobage appliqué après collage de la jauge sur la surface du solide pour former barrière à l’humidité et isolant thermique. Toutes ces solutions nécessitent encore un collage particulièrement précis du film flexible de l’élément sensible sur la surface du solide et augmentent en réalité la complexité de pose du capteur.

Il a également été proposé d’associer une ou plusieurs jauges de contraintes à un support, ce support étant ensuite fixé sur la surface d’une pièce solide à tester. Ces solutions ne sont cependant pas non plus entièrement satisfaisantes dans la mesure où le problème de la fixation de ce support à la surface de la pièce solide à tester reste posé. En outre, de tels montages intermédiaires induisent nécessairement des pertes de transmission entre la surface solide et chaque élément sensible, au détriment du facteur de jauge global du capteur ainsi formé. Or, les jauges de contraintes étant déjà peu sensibles (nécessitant dans la plupart des situations des montages en pont de Wheatstone), l’utilisation de tels supports intermédiaires n’est possible que dans des applications dans lesquelles les déformations de la surface du solide ou les valeurs des contraintes ou des efforts sont très importantes. Plus généralement, de tels assemblages mécaniques de la jauge de contraintes à un support avant son collage en surface de la pièce solide à tester impliquent nécessairement une interférence des propriétés mécaniques (masse, inertie, rigidité...) de ce support par rapport à la jauge de contraintes et par rapport aux déformations de la surface de la pièce solide, et donc des défauts de fonctionnement ou de fiabilité de cette dernière. L’invention vise à pallier ces inconvénients.

Elle vise en particulier à proposer un capteur de déformation dont la fixation sur une surface d’un solide dont la déformation doit être mesurée est simplifiée, rapide, fiable, et qui en outre présente un facteur de jauge suffisamment important et procure des résultats fiables et précis.

Elle vise également à proposer un tel capteur de déformation dont les manipulations, le stockage, le transport, l’emballage et l’installation sur une surface d’un solide sont simples, ne nécessitent pas de précautions particulières, puissent être réalisées par des opérateurs non spécialisés, et ne risquent en aucune manière d’affecter les performances du capteur.

Elle vise également à proposer un tel capteur de déformation qui soit protégé vis-à-vis de l’environnement extérieur, notamment vis-à-vis de l’humidité ou des agressions chimiques ou mécaniques, et des variations de température. L’invention vise plus particulièrement à proposer un tel capteur de déformation qui puisse être utilisé dans un très grand nombre d’applications, y compris celles dans lesquelles les déformations à mesurer sont de faible amplitude, et qui soit compatible avec un grand nombre de matériaux différents constitutifs de la surface du solide dont la déformation doit être mesurée.

Par ailleurs, une jauge de contraintes est reliée à un circuit électronique qui permet de mesurer la variation de la caractéristique électrique de la jauge de contraintes en fonction de la déformation, et de délivrer un signal de mesure correspondant. Un tel circuit électronique incorpore en général des composants permettant de calibrer et de compenser thermiquement le signal de mesure délivré par le capteur. L’invention vise plus particulièrement à proposer un tel capteur de déformation qui puisse intégrer un tel circuit électronique et qui soit donc entièrement préfabriqué sous forme d’un capteur d’un seul tenant autonome, précalibré. L’invention vise en particulier à proposer un tel capteur de déformation apte à délivrer un signal de mesure sous un format compatible avec la plupart des systèmes et automatismes susceptibles d’exploiter un tel signal de mesure. L’invention vise ainsi à proposer un capteur de déformation dont la mise en œuvre est particulièrement simple et ne nécessite que sa fixation à la surface d’un solide dont la déformation doit être mesurée, et la liaison du capteur à un système destiné à exploiter le signal de mesure délivré par le capteur. L'invention vise également à proposer un tel capteur dont la fabrication soit particulièrement simple, fiable et peu coûteuse. L’invention vise également à proposer un procédé de mesure de la déformation de la surface d’un solide présentant les mêmes avantages. L'invention concerne donc un capteur de déformation présentant une face libre, dite face de fixation, adaptée pour pouvoir être appliquée sur une surface d’un solide dont la déformation doit être mesurée, et comprenant : - au moins un élément sensible dont une caractéristique électrique varie en fonction de sa déformation agencé de telle sorte que ladite caractéristique électrique de l’élément sensible varie en fonction d’un état de déformation d’au moins une portion de ladite face de fixation, - un enrobage s’étendant autour de chaque élément sensible, caractérisé en ce que : - ladite face de fixation du capteur est entièrement constituée par une face libre d’une pièce de film, cette pièce de film présentant une face, dite face de support, opposée à ladite face de fixation, et une épaisseur constante entre ladite face de fixation et ladite face de support, - au moins un élément sensible est appliqué sur ladite face de support, - ledit enrobage : o est fixé rigidement de façon inamovible à ladite face de support de ladite pièce de film, o s’étend à partir de ladite face de support de ladite pièce de film, entièrement à l’opposé de ladite face de fixation, o sur une épaisseur supérieure à l’épaisseur de ladite pièce de film.

La combinaison des caractéristiques d’un capteur selon l’invention permet de procurer de nombreux avantages inédits et d’envisager en conséquence un développement considérable de l’utilisation de tels capteurs de déformation.

La face de fixation d’un capteur selon l’invention étant une face libre d’une pièce de film présente une surface unie, donc lisse, continue et exempte d’aspérités, de discontinuités, de fentes, de renfoncements, de lumières ou d’interfaces entre plusieurs matériaux. (Dans tout le texte, le terme « unie » appliqué à une surface désigne le fait que cette surface est exempte d’aspérités et est continue, c’est-à-dire peut être intégralement parcourue par déplacement d’un crayon maintenu au contact de cette surface sans avoir à rompre ce contact.)

En outre, la face de fixation est formée par une seule et même pièce de film, qui est en un matériau solide homogène par nature (c’est-à-dire un morceau de film exempt de lacunes, lumières, ou hétérogénéités). En conséquence, le capteur selon l’invention peut être fixé à la surface d’un solide exclusivement par l’intermédiaire de cette face de fixation, notamment par collage à l’aide d’une colle compatible avec ladite pièce de film et avec la surface du solide.

Dans une première variante de réalisation possible, ladite pièce de film est formée d’une seule couche de matériau homogène d’épaisseur constante et ne comporte pas de couche adhésive. Dans cette première variante, la face de fixation n’est pas elle-même adhésive et le collage de la face de fixation est réalisé à l’aide d’une colle rapportée sur cette face de fixation ou sur la surface du solide sur laquelle le capteur doit être fixé, ou d’une colle faisant partie intégrante de cette surface, voire même à l’aide d’un adhésif double face ou d’une couche d’un adhésif transfert appliquée par transfert sur la face de fixation.

Par exemple, dans certains modes de réalisation avantageux d’un capteur selon l’invention ladite face de fixation est adaptée pour pouvoir être fixée par collage sur une surface d’un objet avec une colle choisie dans le groupe formé des colles cyanoacrylates, des colles époxy, des colles polyuréthane, des colles silicone, des colles nitriles et des colles néoprènes.

Dans une deuxième variante de réalisation possible, ladite pièce de film présente une couche adhésive de collage formant ladite face de fixation. Dans cette deuxième variante, ladite pièce de film peut être avantageusement formée d’une couche de matériau diélectrique homogène souple adaptée pour recevoir et supporter chaque élément sensible, et d’une couche de composition adhésive superposée à cette couche de matériau diélectrique. Une telle couche de composition adhésive peut être en particulier choisie parmi les adhésifs sensibles à la pression à température ambiante, les adhésifs thermoréactivables, les adhésifs activables sous ultraviolets et les adhésifs activables par voie chimique (notamment par l’humidité de l’air ambiant et/ou par adjonction d’un agent activateur).

Cette pièce de film formant un support sur lequel est appliqué au moins un élément sensible à la déformation est nécessairement déjà par nature compatible avec un collage. En outre, l’enrobage s’étendant autour de chaque élément sensible à l’opposé de la face de fixation permet de protéger chaque élément sensible des agressions extérieures diverses, et, surtout, facilite la manipulation, le transport, le stockage, l’emballage et l’installation d’un capteur selon l’invention, et ce par des opérateurs non spécialisés, c’est-à-dire autres que les opérateurs spécialisés dans les opérations de collage des jauges de contraintes traditionnelles.

Pour l’installation d’un capteur de déformation selon l’invention, il suffit de coller ladite face de fixation à la surface du solide en une seule étape et de relier le capteur selon l’invention à un système destiné à exploiter le signal de mesure délivré par le capteur. L’enrobage s’étendant à l’opposé de la face de fixation, aucune portion de cette dernière n’est formée par l’enrobage. Un capteur selon l’invention est donc susceptible d’être fixé sur une surface d’un solide exclusivement par ladite face de fixation, et donc par l’intermédiaire de ladite pièce de film qui constitue l’unique élément du capteur selon l’invention au contact de cette surface solide. Ainsi, l’enrobage ne vient pas au contact de la surface du solide sur laquelle le capteur est fixé, n’interfère pas avec cette surface du solide, et n’a donc qu’une influence minime sur le comportement mécanique de chaque élément sensible et du capteur du point de vue de la détection des déformations. Cette influence est d’autant plus négligeable que l’enrobage est lui-même suffisamment flexible et que le facteur de jauge de chaque élément sensible est en lui-même suffisamment important, la diminution du facteur de jauge par la présence de l’enrobage restant acceptable.

Ainsi, bien que l’invention soit applicable avec toutes sortes d’élément(s) sensible(s) dont au moins une caractéristique électrique varie en fonction de sa déformation (y compris les jauges de contraintes à pistes de matériau métallique, semi-conducteur ou carboné, massif ou nanostructuré, et les jauges de contraintes piézoélectriques), un capteur selon certains modes de réalisation de l’invention est avantageusement au moins un élément sensible formé d’une jauge de contraintes à base de nanoparticules appliquée sur ladite face de support. Plus particulièrement, lesdites nanoparticules sont choisies dans le groupe des nanoparticules métalliques, des nanoparticules semi-conductrices et de leurs agrégats, assemblées par l’intermédiaire d’un matériau isolant ou d’un matériau semi-conducteur. Plus particulièrement, il s’agit de nanoparticules choisies dans le groupe des nanoparticules d’or et des nanoparticules de carbone. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le capteur selon l’invention comprend une jauge de contraintes résistive formée d’au moins fil de nanoparticules d’or colloïdales s’étendant entre deux électrodes comme décrit par la publication Cosmin Farcau et al ou par la publication Lucas Digianantonio et al susmentionnées ou par US7116209.

De telles jauges de contraintes à base de nanoparticules présentent un facteur de jauge très élevé, notamment supérieur à 20. Il a été constaté avec surprise qu’un capteur selon l’invention peut ainsi présenter un facteur de jauge supérieur à 15, malgré la présence de l’enrobage. Ainsi, chaque élément sensible, ledit enrobage et ladite pièce de film sont choisis de telle sorte que le capteur présente (après collage sur une surface solide à l’intermédiaire d’une colle rigide telle qu’une colle cyanoacrylate) un facteur de jauge supérieur à 5, notamment supérieur à 10, en particulier supérieur à 15.

Selon une première variante, les nanoparticules sont directement déposées sur ladite face de support de ladite pièce de film, cette dernière constituant donc le substrat supportant les nanoparticules formant la jauge de contraintes. Le film constituant ladite pièce de film formant ladite face de fixation et ladite face de support est un film flexible supportant au moins un élément sensible à la déformation appliqué directement sur ladite face de support de ce film flexible à la fabrication. En conséquence, les propriétés mécaniques de ce film flexible sont par nature parfaitement adaptées au fonctionnement approprié de chaque élément sensible pour la détection des déformations de la surface du solide sur laquelle le capteur selon l’invention est ensuite fixé.

Selon une autre variante possible, un élément sensible comprend une pastille de film flexible sur laquelle les nanoparticules sont déposées, et la jauge de contraintes ainsi formée est elle-même appliquée sur ladite face de support de ladite pièce de film, éventuellement par l’intermédiaire d’une couche de colle. Dans cette variante, le film flexible formant le substrat supportant les nanoparticules est lui-même appliqué sur ladite face de support de ladite pièce de film. Ladite pièce de film peut alors être formée d’un film de même nature que le film flexible constituant le substrat supportant les nanoparticules. Ces deux films peuvent même être identiques. Rien n’empêche au contraire de prévoir que le film constituant ladite pièce de film soit différent dans sa nature et/des dimensions du film formant le substrat d’une jauge de contraintes d’un capteur selon l’invention.

Dans tous les cas, et en particulier dans le cas d’une jauge de contraintes à base de nanoparticules telle que mentionnée ci-dessus, ledit film constituant ladite pièce de film est un film de matériau polymérique par exemple choisi dans le groupe formé du polyimide, des polyoléfines (notamment du poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), du polypropylène (PP), du polyéthylène naphtalate (PEN), et du copolymère cyclo-oléfine (COC)), du polyméthacrylate de méthyle (PMMA), du polycarbonate (PC), du polyétheréthercétone (PEEK), du poly(chlorure de vinyle) (PVC), de l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS), et des polymères halogénocarbonés (notamment fluorocarbonés tels que le Polytétrafluoroéthène (PTFE) et le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF)).

Avantageusement, le matériau constitutif de ladite pièce de film est aussi choisi de façon à présenter un module d’élasticité élevé -notamment supérieur à 1 GPa, par exemple de l’ordre de 2,5 Gpa- de façon à bien transmettre les déformations entre la surface du solide sur laquelle le capteur est appliqué et chaque élément sensible. Néanmoins, ladite pièce de film doit être flexible, c’est-à-dire présenter une faible valeur de raideur en flexion, pour pouvoir aisément se déformer selon les déformations de la surface du solide. Pour ce faire, ladite pièce de film présente avantageusement une épaisseur inférieure à 1 mm -notamment comprise entre 5 pm et 50 pm, par exemple de l’ordre de 25 pm-.

Dans un capteur selon l’invention, ladite pièce de film présente une raideur en flexion plus faible que celle de l’enrobage. En effet, l’enrobage s’étendant à l’opposé de ladite face de fixation peut présenter une raideur en flexion un peu plus importante que celle de ladite pièce de film.

Par ailleurs, avantageusement, ledit enrobage d’un capteur selon l’invention est un enrobage à l’état solide qui peut être formé selon une forme périphérique et des dimensions appropriées qui peuvent faire l’objet de très nombreuses variantes selon les applications et les modes de réalisation du capteur.

Avantageusement, dans certains modes de réalisation possible d’un capteur selon l’invention ledit enrobage présente une surface externe périphérique libre formant une surface externe périphérique libre du capteur selon l’invention. Ainsi, la surface externe périphérique d’un capteur selon l’invention est entièrement formée par ledit enrobage et par ladite pièce de film. Dans ces modes de réalisation, un capteur selon l’invention peut être exempt de boîtier rigide périphérique, ledit enrobage conférant au capteur sa tenue mécanique et sa forme générale, permettant de le manipuler d’un seul tenant.

Cela étant, rien n’empêche en variante de prévoir qu’un capteur selon l’invention soit doté d’un renfort ou d’un capot protecteur. Mais ce renfort ou capot protecteur est agencé pour ne pas perturber le fonctionnement de chaque élément sensible du capteur selon l’invention, et en particulier est en tout état de cause à distance de ladite face de fixation de façon à ne pas venir au contact de la surface du solide sur laquelle capteur selon l’invention est appliqué.

Ledit enrobage d’un capteur selon l’invention est suffisamment flexible pour préserver une valeur de facteur de jauge suffisamment importante au capteur selon l’invention. En particulier, avantageusement et selon l’invention, ledit enrobage est formé d’au moins une couche d’au moins un matériau, chaque matériau présentant un module d’élasticité inférieur à 10 MPa. Ainsi, chaque matériau constitutif dudit enrobage présente un module d’élasticité inférieur au module d’élasticité du matériau constitutif de ladite pièce de film -notamment inférieur au centième de ce module d’élasticité-.

Cela étant, ledit enrobage est également adapté, c’est-à-dire suffisamment rigide, pour permettre la manipulation, le transport, le stockage, l’emballage, et la fixation du capteur sur une pièce solide à tester. Ainsi, un capteur selon l’invention est un capteur d’un seul tenant (monobloc) constitué principalement, vu de l’extérieur, de ladite pièce de film et dudit enrobage. Pour ce faire, le module d’élasticité dudit enrobage est de préférence supérieur à 100 kPa. Avantageusement, ledit enrobage peut être formé par moulage directement sur ladite face de support.

En outre, ledit enrobage présente avantageusement une épaisseur supérieure à 2 mm -notamment comprise entre 5 mm et 5 cm, par exemple de l’ordre de 0,5 cm à 1 cm-.

Il peut être formé d’un seul bloc d’un même matériau solide, d’un mélange de matériaux solides ou d’un matériau composite ; ou au contraire en plusieurs couches successives d’un même matériau ou de plusieurs matériaux différents, superposées à ladite face de support et parallèlement à cette dernière les unes aux autres, liées rigidement et de façon inamovible les unes aux autres.

Au moins une première couche de l’enrobage s’étendant au contact de ladite face de support est formée d’un matériau diélectrique recouvrant au moins chaque élément sensible appliqué sur ladite face de support. De préférence, l’enrobage est entièrement formé en matériau(x) diélectrique(s), c’est-à-dire constitue un enrobage diélectrique.

Dans certains modes de réalisation avantageux d’un capteur selon l’invention ledit enrobage est formé d’au moins un matériau polymérique choisi dans le groupe des matériaux polymériques thermoplastiques, des matériaux polymériques viscoélastiques, des matériaux polymériques thermodurcissables, des élastomères, de leurs mélanges et des matériaux composites. Plus particulièrement, ledit matériau polymérique peut être avantageusement choisi dans le groupe des polyuréthanes flexibles, des polyépoxydes flexibles, et des polysiloxanes (silicones).

Selon un premier mode de réalisation possible d’un capteur selon l’invention, ledit enrobage comprend une première couche de revêtement en un premier matériau diélectrique -notamment en polyuréthane flexible- appliquée au-dessus de chaque élément sensible et de ladite face de support et un bloc d’un deuxième matériau polymérique -notamment en un polyépoxyde- appliqué au-dessus de ladite première couche, ledit bloc présentant une épaisseur supérieure à ladite première couche. Selon un deuxième mode de réalisation possible d’un capteur selon l’invention, ledit enrobage est formé d’un seul et même bloc d’un matériau polymérique flexible, en particulier d’un polyépoxyde ou d'un polyuréthane. D’autres modes de réalisation sont possibles. L’enrobage d’un capteur selon l’invention est fixé rigidement de façon inamovible à la face de support de la pièce de film, c’est-à-dire n’est pas adapté pour pouvoir être ôté après fixation du capteur sur une surface d’un solide. L’enrobage peut être appliqué à recouvrement de ladite face de support par au moins un dépôt d’une composition durcissable, chaque dépôt formant une couche de l’enrobage. Un tel dépôt peut être réalisé par simple application ou par moulage de ladite composition durcissable. Chaque composition durcissable est durcie in situ après dépôt, et donc solidarisée rigidement et de façon inamovible à la couche sous-jacente, notamment à ladite pièce de film. Le matériau constitutif de chaque couche de l’enrobage peut ainsi être choisi pour favoriser cette liaison rigide entre les couches, et en particulier entre l’enrobage et ladite pièce de film.

Cela étant, rien n’empêche en variante de prévoir qu’au moins une couche de l’enrobage soit fixée rigidement par collage à l’aide d’une colle sur une couche sous-jacente. Dans cette variante de réalisation, la colle, qui fait partie intégrante de l’enrobage, doit être choisie également pour présenter des propriétés mécaniques qui sont celles requises pour l’enrobage.

Le choix du nombre, de la nature, de l’orientation et de l’agencement du(des) élément(s) sensible(s) d’un capteur selon l’invention peut faire l’objet de toutes variantes, par application des méthodes bien connues en elles-mêmes à ce titre dans le domaine des jauges de contraintes, en fonction des applications et des mesures de déformation à effectuer sur la surface du solide (qui peuvent être des déformations en flexion et/ou en compression et/ou en traction et/ou en cisaillement et/ou en torsion). Un capteur selon l’invention peut ainsi comporter : - un unique élément sensible appliqué sur ladite face de support ; - une pluralité d’éléments sensibles distincts dont au moins un est appliqué sur ladite face de support -notamment une pluralité d’éléments sensibles appliqués sur ladite face de support- ; - plusieurs éléments sensibles distincts tous appliqués sur ladite face de support ; - au moins un élément sensible noyé dans ledit enrobage, à distance de ladite face de support, - un ou plusieurs éléments sensibles appliqués sur ladite face de support, et un ou plusieurs éléments sensibles noyés dans ledit enrobage, à distance de ladite face de support.

Chaque élément sensible d’un capteur selon l’invention présente des plots de connexion électrique permettant de relier électriquement cet élément sensible à un circuit électronique adapté pour mesurer ladite caractéristique électrique de l’élément sensible. Dans certains modes de réalisation avantageux un capteur selon l’invention est aussi caractérisé en ce qu’il comprend un circuit électronique : - relié électriquement aux plots de chaque élément sensible, - adapté pour mesurer ladite caractéristique électrique de chaque élément sensible, et pour délivrer un signal, dit signal de mesure, représentatif de ladite caractéristique électrique de chaque élément sensible, et en ce que ledit circuit électronique est au moins pour partie inclus dans ledit enrobage.

Dans certains modes de réalisation possibles d’un capteur selon l’invention, ledit circuit électronique est intégralement inclus à l’intérieur de l’enrobage, et comporte à cet effet l’intégralité des composants nécessaires à la mesure de la caractéristique électrique de chaque élément sensible, et à la transmission sans fil -notamment par radiofréquence- du signal de mesure à l’extérieur de l’enrobage le capteur selon l’invention à destination d’un système externe tel qu’un système informatique. Dans ces modes de réalisation particuliers, le circuit électronique incorpore en particulier une source de puissance électrique qui peut être formée par exemple d’au moins une pile et/ou d’un composant photovoltaïque. En variante, le circuit électronique peut être alimenté électriquement depuis l’extérieur de l’enrobage, par exemple par induction ou effet photoélectrique.

Cela étant, dans certains modes de réalisation préférentiels avantageux un capteur selon l’invention est aussi caractérisé en ce qu’il comprend un port de connexion qui s’étend à l’extérieur dudit enrobage et en ce que ledit circuit électronique est adapté pour délivrer ledit signal de mesure sur ce port de connexion.

Ce port de connexion peut être porté par une plaque dudit circuit électronique qui s’étend en saillie vers l’extérieur dudit enrobage, par exemple en saillie vers l’extérieur d’une face périphérique dudit enrobage, notamment d’une face latérale dudit enrobage s’étendant à partir d’un bord périphérique de ladite pièce du film formant ladite face de fixation.

Il est à noter que la seule source de rigidité incorporée dans un capteur selon l’invention est éventuellement le circuit électronique qui peut être formé à partir d’au moins une plaquette (ou carte de circuit imprimé) plus ou moins rigide. Rien n’empêche cependant de former le circuit électronique sous forme flexible, à partir d’une plaque de substrat souple, au moins dans sa partie incluse à l’intérieur de l’enrobage.

Par ailleurs, le circuit électronique d’un capteur selon l’invention peut comporter une plaquette appliquée au contact de ladite face de support et revêtue par l’enrobage, et/ou une plaquette noyée au sein de l’épaisseur de l’enrobage, sans venir au contact de ladite face de support. Dans cette deuxième variante, la plaquette du circuit électronique interfère moins du point de vue mécanique avec la déformation de ladite pièce de film, et donc avec le fonctionnement de chaque élément sensible. Le circuit électronique peut être relié électriquement aux plots de chaque élément sensible par des fils de liaison inclus dans ledit enrobage (par un câblage par fils, dit « wire bonding » en anglais), ou par connexion directe (notamment par un montage de type puce retournée, dit « flip-chip » en anglais).

Ainsi, dans certains modes de réalisation possibles, un capteur selon l’invention est constitué de ladite pièce de film formant ladite face de fixation et d’un enrobage polymérique s’étendant à partir de ladite face de support opposée à ladite face de fixation, et dans lequel sont noyés au moins un -notamment un unique-élément sensible appliqué sur ladite face de support et ledit circuit électronique, ledit port de connexion s’étendant à l’extérieur de l’enrobage. Selon une variante, le capteur comprend en outre un module de communication sans fil s’étendant à l’extérieur dudit enrobage et connecté audit port de connexion. D’autres variantes sont possibles comme indiqué ci-dessus ou ci-après.

Le port de connexion d’un capteur selon l’invention peut être adapté pour réaliser une connexion filaire du capteur selon l’invention avec un système externe tel qu’un système informatique. En variante ou en combinaison, le port de connexion d’un capteur selon l’invention peut être adapté pour recevoir un connecteur d’un module de communication sans fil s’étendant à l’extérieur de l’enrobage et adapté pour permettre l’établissement d’une liaison de communication avec un système externe. Ainsi, dans certains modes de réalisation un capteur selon l’invention comprend un module de communication sans fil s’étendant à l’extérieur de l’enrobage et connecté électriquement audit port de connexion. Un tel module de communication sans fil peut être choisi par exemple parmi un module de communication radiofréquence, un module de communication infrarouge, un module de communication optique, un module de communication magnétique, un module de communication par induction. Avantageusement, il peut s’agir d’un module radiofréquence permettant la transmission du signal de mesure selon tout protocole radiofréquence approprié (Wi-Li®, Bluetooth®, ZigBee®, SigLox®, LoRaWan®, protocole de téléphonie mobile (GPRS, UMTS, LTE, WiMax...)...).

Dans certains modes de réalisation avantageux, un tel module de communication sans fil peut être formé d’une plaquette rigide adaptée pour pouvoir s’étendre le long d’une face plane de l’enrobage opposée à la face de fixation. Dans certaines variantes de réalisation, une telle plaquette formant module de communication s’étend à distance de cette face plane, cette plaquette présentant un connecteur latéral adapté pour être relié audit port de connexion s’étendant en saillie d’une face latérale de l’enrobage. Dans d’autres variantes possibles, une telle plaquette formant module de communication est au contraire encastrée dans un renfoncement conjugué de l’enrobage. Un capteur selon l’invention ainsi formé est particulièrement compact et facile à manipuler et à installer.

Le circuit électronique d’un capteur selon l’invention peut comporter un ou plusieurs circuits électriques s’étendant entre chaque élément sensible et ledit port de connexion. Dans certains modes de réalisation avantageux, le circuit électronique est adapté pour délivrer un signal de mesure numérique, notamment sous un format compatible avec ledit module de communication sans fil et/ou avec un réseau numérique, par exemple un format compatible avec le réseau Internet. Ainsi, le circuit électronique est adapté pour d’une part réaliser une mesure analogique de la caractéristique électrique de chaque élément sensible, et d’autre part pour transformer cette mesure analogique en un signal numérique délivré sur ledit port de connexion, qui peut être un connecteur compatible avec un dispositif informatique et/ou avec un module de communication sans fil. Dans ces modes de réalisation, un capteur selon l’invention peut être qualifié de capteur de déformation numérique.

Dans certains modes de réalisation possibles d’un capteur selon l’invention comprenant un circuit électronique, ladite pièce de film et la face de fixation s’étendent en regard de chaque élément sensible et d’au moins une partie du circuit électronique. L’aire de la face de fixation est donc supérieure à l’aire occupée par chaque élément sensible sur ladite face de support parallèlement à ladite face de fixation.

Un capteur selon l’invention peut présenter toutes formes et toutes dimensions, selon les applications, et en particulier selon le nombre d’éléments sensibles et leur nature. La forme générale d’un capteur selon l’invention est définie par celle de l’enrobage. En particulier, l’enrobage peut être globalement prismatique ou en forme générale de parallélépipède (à l’exception de la face de fixation dont la forme est adaptée à celle de la surface du solide sur lequel le capteur doit être fixé comme indiqué ci-dessous). Avantageusement, l’enrobage présente une face plane opposée à la face de fixation comme indiqué ci-dessus.

Dans certains modes de réalisation possibles, un capteur selon l’invention présente une forme globalement parallélépipédique avec une largeur supérieure à 0,5 cm -notamment inférieure à 10 cm, par exemple de l’ordre de 1 cm à 2 cm- et une longueur supérieure à 2 cm -notamment inférieure à 50 cm, par exemple de l’ordre de 2 cm à 5 cm-. Toutes autres formes (portion de cylindre, calotte, prismatique, forme non remarquable...) et dimensions sont possibles.

La forme de la face de fixation peut être quelconque, et est adaptée à celle de la surface du solide sur laquelle le capteur doit être fixé. Cette forme de la face de fixation dépend de celle donnée à ladite pièce de film, cette dernière dépendant de l’enrobage superposé à cette pièce de film, et qui détermine donc sa forme générale au repos. En particulier, l’enrobage peut être formé par moulage comme indiqué ci-dessus, une pièce du moule étant appliquée contre la face de fixation lors du durcissement de l’enrobage afin de lui conférer la forme souhaitée. En particulier, la face de fixation peut être plane. En variante, la face de fixation peut être une surface gauche, par exemple cylindrique ou une calotte ou une surface polyédrique ou autre. Ainsi, la face de fixation peut être choisie par exemple dans le groupe formé des faces planes, des faces cylindriques -notamment cylindriques de révolution-concaves, des faces cylindriques -notamment cylindriques de révolution- convexes, des calottes sphériques concaves, des calottes sphériques convexes, des calottes paraboloïdes concaves, des calottes paraboloïdes convexes, des faces polyédriques concaves et des faces polyédriques convexes. La face de fixation peut également présenter une forme gauche quelconque non remarquable, ni convexe ni concave.

Comme indiqué ci-dessus, l’invention s’applique à un capteur comprenant, à titre d’élément sensible, tout élément sensible dont au moins une caractéristique électrique varie en fonction de sa déformation. Plus particulièrement, dans certains modes de réalisation préférentiels, au moins un -notamment chaque-élément sensible est formé d’une jauge de contraintes dont l’impédance varie en fonction de sa déformation. Le circuit électronique est alors adapté pour alimenter électriquement chaque élément sensible de façon à permettre la mesure de son impédance. Avantageusement et selon l’invention, au moins un -notamment chaque -élément sensible est formé d’une jauge de contrainte résistive et le circuit électronique est adapté pour alimenter électriquement chaque jauge de contrainte résistive.

Ainsi, l'invention permet en particulier d'obtenir, pour la première fois, un capteur numérique de déformation d’un seul tenant (monobloc), autonome dans son fonctionnement, précalibré, prêt à être fixé sur une surface de solide en une étape de collage et à être directement relié à un système informatique par un simple branchement ou par établissement d’une liaison de communication sans fil. L'invention s'étend également à un procédé d’utilisation d’un capteur selon l’invention. Elle s’étend donc également à un procédé de mesure de la déformation d’une surface d’un solide dans lequel : - on choisit un capteur de déformation selon l’invention, - on fixe la face de fixation du capteur sur la surface du solide.

Avantageusement et selon l’invention, on fixe le capteur sur la surface du solide par collage -notamment exclusivement par collage- de la face de fixation du capteur sur la surface du solide. En outre, avantageusement et selon l’invention, on relie le capteur à un système informatique de façon à transmettre à ce système informatique le signal de mesure délivré par le capteur. En particulier, on relie le capteur à un système informatique via le port de connexion du capteur, et ce par une liaison filaire ou par l’intermédiaire d’un module de communication sans fil relié audit port de connexion. L’invention s’étend également à un procédé de fabrication d’un capteur selon l’invention. Elle concerne donc un procédé de fabrication d’un capteur de déformation dans lequel : - au moins un élément sensible est appliqué sur une face, dite face de support, d’une pièce de film, cette pièce de film présentant une face, dite face de fixation, opposée à la face de support et une épaisseur constante entre la face de fixation et la face de support, - un enrobage est fixé rigidement et de façon inamovible à ladite face de support de façon à s’étendre autour de chaque élément sensible, à partir de ladite face de support entièrement à l’opposé de ladite face de fixation, sur une épaisseur supérieure à l’épaisseur de ladite pièce de film. L'invention concerne également un capteur de déformation, un procédé de mesure de déformation et un procédé de fabrication d’un tel capteur caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d’un capteur selon un premier mode de réalisation de l’invention, - la figure 2 est une vue schématique de dessus du capteur de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique de côté du capteur de la figure 1 représenté fixé sur une surface d’un solide et relié à un système informatique, - les figures 4 et 5 sont des vues schématiques en perspective et, respectivement, de côté d’un capteur selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, - la figure 6 est une vue schématique en perspective d’un capteur selon un troisième mode de réalisation de l’invention - la figure 7 est vue schématique de côté du capteur de la figure 6 représenté fixé sur une surface d’un solide et relié à un système informatique, - les figures 8 et 9 sont des vues schématiques de côté d’un capteur selon un quatrième mode de réalisation de l’invention, respectivement selon un cinquième mode de réalisation de l’invention, - la figure 10 est un diagramme illustrant des résultats d’essais permettant de déterminer le facteur de jauge d’un capteur selon l’invention, - les figures 11 et 12 sont des diagrammes illustrant des signaux de mesure délivrés par une jauge de contraintes selon l’état de la technique et, respectivement par un capteur selon l’invention intégrant la même jauge de contraintes, - la figure 13 est un schéma synoptique d’un exemple de réalisation d’un circuit électronique d’un capteur selon l’invention.

Sur les figures, les échelles ne sont pas nécessairement respectées, notamment en épaisseur, et ce à des fins d’illustration. Le capteur monobloc selon le premier mode de réalisation de l’invention représenté figures 1 à 3 comprend une pastille 11 rectangulaire d’un film flexible de polyimide ayant une épaisseur de l’ordre de 25 pm sur une face, dite face 14 de support, de laquelle est appliquée une jauge 12 de contraintes formée de fils de nanoparticules d’or colloïdales s’étendant entre deux électrodes 13, qui constituent des plots de connexion électrique de la jauge 12 de contraintes, comme décrit par la publication Cosmin Farcau et al ou par la publication Lucas Digianantonio et al susmentionnées.

Un circuit 15 électronique sous forme d’une plaque de circuit imprimé s’étend également au contact de la face 14 de support, en jouxtant la jauge 12 de contraintes. Des fils 16 de liaison relient électriquement les électrodes 13 de la jauge 12 de contraintes au circuit 15 électronique.

Un enrobage 17 flexible polymérique diélectrique, par exemple transparent, recouvre l’intégralité de la face 14 de support et s’étend en épaisseur au- dessus de cette dernière en recouvrant la jauge 12 de contraintes et le circuit 15 électronique, à l’exception d’un port 18 de connexion de ce dernier. Les fils 16 de liaison sont noyés dans l’enrobage 17. Le port 18 de connexion s’étend en saillie vers l’extérieur d’une face 19 latérale de l’enrobage 17. L’enrobage 17 présente une forme globalement parallélépipédique. Sur les figures, il est présumé être transparent pour des raisons d’illustration.

La pastille 11 présente une face rectangulaire, dite face 20 de fixation, opposée à la face 14 de support et à l’enrobage 17. Cette face 20 de fixation est une face libre qui permet le collage du capteur ainsi formé sur la surface 21 d’un solide dont les déformations ou les contraintes doivent être mesurées, comme représenté figure 3, par l’intermédiaire d’une couche 24 de colle qui est par exemple une couche de colle cyanoacrylate ou une couche de colle époxy.

Le capteur selon l’invention présente ainsi une surface 31 externe périphérique libre qui est formée par ladite face 20 de fixation, par les chants périphériques de la pastille 11 et par l’enrobage 17, à l’exception du port 18 de connexion qui s’étend en saillie à l’extérieur de l’enrobage 17. Cela étant, ce capteur est exempt de tout boîtier périphérique rigide. Ses propriétés mécaniques permettant d’une part sa manipulation aisée et, d’autre part, le fonctionnement approprié de la jauge 12 de contraintes, sont conférées exclusivement par la pastille 11 de film flexible, par le circuit 15 électronique et par l’enrobage 17.

Le port 18 de connexion est relié par des fils 22 (de préférence sous forme d’un câble réseau tel qu’un câble USB ou un câble Ethernet) à un système informatique 23 qui permet d’une part l’alimentation électrique du circuit 15 électronique, d’autre part la transmission des signaux de mesure délivrés par le circuit 15 électronique au système 23 informatique.

La jauge 12 de contraintes est une jauge de contraintes résistive, c’est-à-dire que sa résistance varie en fonction de la déformation de la face 20 de fixation, qui dépend elle-même de la déformation de la surface 21 du solide sur laquelle le capteur est collé.

Le deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 4 et 5 diffère du premier mode de réalisation par le fait que le capteur comporte une couche 25 d’adhésif sensible à la pression à température ambiante solidaire de la pastille 11, la face 20 de fixation de la pastille 11 étant formée par la face libre de cette couche 25 d’adhésif qui recouvre entièrement la face du film flexible opposée à la face 14 de support. Cette couche 25 d’adhésif est protégée avant utilisation du capteur par une feuille 26 amovible formée par exemple d’un papier siliconé. Pour fixer un tel capteur sur la surface d’un solide, il suffit donc d’ôter cette feuille 26 amovible et d’appliquer le capteur avec la couche 25 d’adhésif au contact de la surface 21 du solide pour réaliser le collage. Cette couche 25 d’adhésif peut être appliquée sur le film flexible par impression ou par transfert, ou être formée d’un adhésif double face préalablement collé sur le film flexible.

Le troisième mode de réalisation représenté figures 6 et 7 diffère du premier mode de réalisation d’une part par le fait que l’enrobage 17 est formé de plusieurs couches, à savoir une première couche 28 placée à recouvrement de la face 14 de support et de la jauge 12 de contraintes, d’épaisseur relativement faible, par exemple de l’ordre de 1 mm à 2 mm, et une deuxième couche 29 surmontant la première couche 28. Par exemple, la première couche 28 est formée en polyuréthane, tandis que la deuxième couche 29 est formée en polyépoxyde et présente une plus grande épaisseur, par exemple de l’ordre de 0,5 cm à 1,5 cm. En outre, le circuit 15 électronique n’est pas au contact de la pastille 11 de film flexible, mais est noyé au sein de l’épaisseur de la deuxième couche 29 de l’enrobage 17, à distance de la face 14 de support.

En outre, comme représenté figure 7 le capteur peut être relié en communication avec un système 23 informatique par un module 27 de communication sans fil connecté au port 18 de connexion. Ce module 27 de communication sans fil permet la transmission à distance par radiofréquence des signaux de mesure au système 23 informatique. Avantageusement, le module 27 de communication sans fil peut être un module de transmission à basse énergie et/ou à longue distance. Tout protocole de transmission radiofréquence peut être envisagé : Wi-Fi®, Bluetooth®, ZigBee®, SigFox®, LoRaWan®, protocole de téléphonie mobile (GPRS, UMTS, LTE, WiMax...)... Rien n’empêche également d’envisager un module 27 de communication infrarouge ou par voie optique. Le module 27 de communication sans fil est par exemple sous forme d’une plaque rectangulaire et s’étend avantageusement au-dessus de l’enrobage 17, c’est-à-dire parallèlement et le long d’une face libre 30 de cet enrobage 17 opposée à la face 20 de fixation. De préférence, ce module 27 de communication sans fil est porté par le port 18 de connexion et s’étend à distance de la face libre 30 de l’enrobage 17, de façon à ne pas interférer avec la déformation du capteur. Rien n’empêche cependant de placer le module 27 de communication sans fil selon une autre disposition par rapport à l’enrobage 17.

Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, la face 20 de fixation est une face plane rectangulaire. Néanmoins, toute autre forme peut être envisagée, et par exemple une forme cylindrique concave comme représenté figure 8, ou une forme cylindrique convexe comme représenté figure 9 ou autre.

Le circuit 15 électronique est formé de tout circuit adapté pour alimenter électriquement la jauge 12 de contraintes, et mesurer sa résistance. Un tel circuit est bien connu en lui-même. Il comprend donc un circuit d’alimentation formant source de tension délivrant une tension continue VCC.

La jauge 12 de contraintes est représentée figure 13 sous forme d’une résistance variable reliée en série entre la masse et une résistance 35 série formant un pont diviseur alimenté par la tension VCC. La sortie de la jauge 12 de contraintes est reliée à l’entrée non inverseuse d’un amplificateur 37 opérationnel monté avec une résistance 36 de contre-réaction, et deux résistances 38, 39 parallèles d’entrée.

Le signal analogique délivré par l’amplificateur 37 opérationnel est transformé en un signal numérique par un convertisseur 38 analogique/numérique alimenté par la tension VCC. De préférence, le convertisseur 38 fournit un signal de mesure selon un format compatible avec les réseaux numériques, notamment selon un format compatible avec le réseau Internet. Le signal de mesure délivré sur le port 18 de connexion par le convertisseur 38 est donc directement exploitable par tout système 23 informatique. Un tel circuit électronique peut être miniaturisé et s’étendre sur une plaque de circuit imprimé de faibles dimensions, par exemple ayant une largeur de l’ordre de 1 cm pour une longueur de l’ordre de 2 cm.

Le procédé suivant peut par exemple être utilisé pour fabriquer un capteur selon l’invention. Dans une première étape, on fabrique la jauge 12 de contraintes par dépôt sur la pastille 11 de film flexible en polyimide. Dans une deuxième étape, on place le circuit 15 électronique sur la face 14 de support et on réalise la liaison électrique entre la jauge 12 de contraintes et le circuit 15 électronique avec les fils 16 de liaison. Dans une troisième étape, on place la pastille 11 de film flexible sur un mandrin présentant une forme correspondant à celle de la surface 21 de solide sur laquelle le capteur doit être fixé, sans coller la pastille 11 sur le mandrin, et de façon à déformer le film flexible selon la forme du mandrin. Dans une quatrième étape, on place un moule autour de la pastille 11 de film flexible, le port 18 de connexion passant par un évidement d’une paroi latérale de ce moule. Dans une cinquième étape, on dépose dans ce moule au-dessus de la face 14 de support une composition liquide durcissable pour former l’enrobage 17 en noyant la jauge de contraintes, les fils 16 de liaison et le circuit 15 électronique. On fait ensuite durcir cette composition pour obtenir l’enrobage 17. Les étapes de dépôt et de durcissement peuvent être réitérées si l’enrobage 17 est formé d’une pluralité de couches successives.

Pour fabriquer un capteur selon le troisième mode de réalisation, il suffit de maintenir en place le circuit 15 électronique à distance de la pastille llpendant le durcissement de la deuxième couche 29 de l’enrobage 17, par exemple grâce à des plots d’écartement formés d’une matière similaire à, ou compatible avec celle de l’enrobage.

Exemple 1

Un capteur selon le troisième mode de réalisation de l’invention a été réalisé avec les caractéristiques suivantes : - dimensions générales : 33 mm x 20 mm x 6 mm, - jauge de contraintes de 5 mm x 3 mm à base de fils de nanoparticules d'or déposées sur une pièce d’un film de polyimide de 33 mm x 20 mm x 6 mm, ayant un module d’élasticité de 2,5 Gpa, - l’enrobage comprend une première couche de résine de polyuréthane 140 recouvrant la jauge de contraintes et la pièce de film polyimide, - le circuit électronique est formé d’une carte de 28 mm x 14 mm x 2 mm posée à côté de la jauge de contraintes et reliée à cette dernière par des fils de liaison, mais surélevée par rapport à la couche de polyuréthane grâce à des plots de PDMS (polydiméthyl siloxane), - un bloc de PDMS parallélépipédique ayant un module d’élasticité compris entre 360 kPa et 870 kPa est moulé au-dessus de la couche de polyuréthane en noyant le circuit électronique, à l'exception du port de connexion qui s'étend en saillie d’une face latérale de ce bloc.

La figure 10 représente les variations de la résistance électrique relative AR/R0 de la jauge 12 de contraintes en fonction de la déformation ε. Comme on le voit, on obtient un facteur de jauge égal à 14,34.

Exemple 2

Le capteur de l’exemple 1 a été testé sur un banc de traction MTS Criterion® commercialisé par la société MTS Systems Corporation, Eden Prairie, USA. Un essai en flexion à trois points avec une portée de 90 mm a été réalisé à l’aide d’une éprouvette en aluminium de 140 mm x 30 mm x 5 mm portant le capteur selon l’invention et, à titre comparatif, une jauge de contraintes identique à celle du capteur selon l’invention mais « nue », c’est-à-dire sans aucun revêtement ni enrobage, reliée à un ohmmètre. Les signaux délivrés sont transmis à une carte électronique d’interfaçage avec un ordinateur.

Une précontrainte de 10 N a été appliquée et cinq cycles ont été réalisés successivement, avec une déformation de 0,1 % de l’éprouvette.

Le diagramme de la figure 11 représente les signaux obtenus avec la jauge de contraintes nue de l’état de la technique. Le diagramme de la figure 12 représente les signaux obtenus avec le capteur selon l’invention. Comme on le voit, le capteur selon l’invention fournit un signal de mesure quasi identique dans son allure et dans son amplitude à celui de la jauge de contraintes conforme à l’état de la technique.

Exemple 3

La résistance au collage du capteur de l’exemple 1 a été évaluée en soumettant l’éprouvette sur laquelle le capteur est collé à une rampe de déformation de 0 à 2 %. Aucun décollement du capteur n’a été constaté.

En exerçant une flexion manuelle sur l’enrobage 17 en vue de chercher à décoller le capteur, on constate que le capteur finit par se décoller de l’éprouvette, l’enrobage 17 restant néanmoins solidaire de la pastille 11. L’invention peut faire l’objet de nombreuses variantes de réalisation par rapport aux modes de réalisation décrits ci-dessus et représentés sur les figures. En particulier, la jauge de contraintes peut être formée de nanoparticules déposées non pas directement sur la face 14 de support, mais au contraire sur une pastille formant substrat de plus petites dimensions que la pastille 11 rectangulaire, cette jauge de contraintes ainsi formée étant appliquée, notamment par collage, sur la face 14 de support. Rien n’empêche de prévoir un capot posé au-dessus de l’enrobage, par exemple pour protéger le module de communication sans fil. Rien n’empêche également d’encastrer le module de communication sans fil et/ou tout ou partie du circuit électronique dans un renfoncement ménagé depuis l’extérieur de l’enrobage.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS 1/ - Capteur de déformation présentant une face libre, dite face (20) de fixation, adaptée pour pouvoir être appliquée sur une surface d’un solide dont la déformation doit être mesurée, et comprenant : - au moins un élément (12) sensible dont une caractéristique électrique varie en fonction de sa déformation, agencé de telle sorte que ladite caractéristique électrique de l’élément sensible varie en fonction d’un état de déformation d’au moins une portion de ladite face de fixation, - un enrobage (17) s’étendant autour de chaque élément (12) sensible, caractérisé en ce que : - ladite face (20) de fixation du capteur est entièrement constituée par une face libre d’une pièce (11) de film, cette pièce de film présentant une face, dite face (14) de support, opposée à ladite face de fixation et une épaisseur constante entre ladite face (20) de fixation et ladite face (14) de support, - au moins un élément (12) sensible est appliqué sur ladite face (14) de support, - ledit enrobage (17) : o est fixé rigidement de façon inamovible à ladite face (14) de support de ladite pièce (11) de film, o s’étend à partir de ladite face (14) de support de ladite pièce (11) de film, entièrement à l’opposé de ladite face (20) de fixation, o sur une épaisseur supérieure à l’épaisseur de ladite pièce (11) de film.
2. 2/ - Capteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit enrobage (17) est formé d’au moins une couche d’au moins un matériau, chaque matériau présentant un module d’élasticité inférieur à 10 Mpa.
3. 3/ - Capteur selon l’une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit enrobage (17) présente une surface externe périphérique libre formant une surface (31) externe périphérique libre du capteur.
4. 4/ - Capteur selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu’au moins un élément (12) sensible est formé d’une jauge de contraintes à base de nanoparticules appliquée sur ladite face (14) de support.
5. 5/ - Capteur selon l’une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite pièce (11) de film présente une raideur en flexion plus faible que celle de l’enrobage.
6. 6/ - Capteur selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que chaque élément (12) sensible présentant des plots (13) de connexion électrique, il comprend un circuit (15) électronique : - relié électriquement aux plots (13) de chaque élément (12) sensible, - adapté pour mesurer ladite caractéristique électrique de chaque élément (12) sensible, et pour délivrer un signal, dit signal de mesure, représentatif de ladite caractéristique électrique de chaque élément sensible, et en ce que ledit circuit (15) électronique est au moins pour partie inclus dans ledit enrobage (17).
7. 7/ - Capteur selon la revendication 6 caractérisé en ce qu’il comprend un port (18) de connexion qui s’étend à l’extérieur dudit enrobage (17) et en ce que ledit circuit (15) électronique est adapté pour délivrer ledit signal de mesure sur ce port (18) de connexion.
8. 8/ - Capteur selon la revendication 7 caractérisé en ce qu’il comprend un module (27) de communication sans fil s’étendant à l’extérieur de l’enrobage (17) et connecté électriquement audit port (18) de connexion.
9. 9/ - Capteur selon l’une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que ledit circuit (15) électronique est adapté pour délivrer un signal de mesure numérique.
10. 10/ - Capteur selon l’une des revendications 6 à 9 caractérisé en ce qu’au moins un élément (12) sensible est formé d’une jauge de contraintes résistive, et en ce que le dit circuit (15) électronique est adapté pour alimenter électriquement chaque jauge (12) de contraintes résistive.
11. 11/- Capteur selon l’une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que ledit enrobage (17) est formé d’au moins un matériau polymérique choisi dans le groupe des matériaux polymériques thermoplastiques, des matériaux polymériques viscoélastiques, des matériaux polymériques thermodurcissables, des élastomères, de leurs mélanges et des matériaux composites.
12. 12/- Capteur selon l’une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que ladite pièce (11) de film présente une épaisseur inférieure à 1 mm et en ce que ledit enrobage (17) présente une épaisseur supérieure à 2 mm.
13. 13/ - Procédé de mesure de la déformation d’une surface d’un solide dans lequel : - on choisit un capteur de déformation selon l’une des revendications 1 à 12, - on fixe la face (20) de fixation du capteur sur la surface du solide.
14. 14/ - Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce qu’on fixe le capteur sur la surface (21) du solide par collage de la face (20) de fixation du capteur sur la surface (21) du solide.
15. 15/ - Procédé selon l’une des revendications 13 ou 14 caractérisé en ce qu’on relie le capteur à un système (23) informatique de façon à transmettre à ce système (23) informatique le signal de mesure délivré par le capteur.