BE898618A - Accelerometre a transducteur de force a barre resonante - Google Patents
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Abstract
Un accéléromètre comporte une masse de mesure bloquée par un transducteur de force. Afin de permettre à la masse de faire un mouvement plus grand et d'obtenir plus de liberté lorsqu'on positionne des arrets mécaniques, une extrémité du transducteur est reliée à la base de l'accéléromètre par un montage souple. L'autre extrémité du transducteur est reliée à la masse au centre de percussion de cette dernière. Les surfaces adjacentes de la masse et de la base forment un système d'amortissement par écrasement du film d'un gaz visqueux.
Description
<Desc/Clms Page number 1> MÉMOIRE DESCRIPTIF EMI1.1 DÉPOSÉ A L'APPUI DE BREVET D'UNE DEMANDEFORMÉE PAR SUNDSTRAND DATA CONTROL, INC. pour Accéléromètre à transducteur de force à barre résonante. <Desc/Clms Page number 2> Accéléromètre à transducteur de force à barre résonante La présente invention a pour objet un accéléromètre comprenant une masse de mesure pivotante et bloquée par un transducteur de force à barre résonante. Un accéléromètre comprenant un transducteur de force à barre résonante qui bloque le mouvement de la masse de mesure présente des avantages comparé avec un accéléromètre asservi, au point de vue simplicité, faible coût et sortie digitale inhérente. Le transducteur à barre est normalement fabriqué à partir de quartz qui est bien friable. Par conséquent, cet accéléromètre doit être protégé contre les entrées excédant une certaine grandeur. On connaît l'utilisation d'arrêts mécaniques. Cependant, le mouvement de la masse de mesure doit être inférieur à 0,00254 mm. Il est difficle de fabriquer un accéléromètre ayant des arrêts qui limitent le mouvement à de telles dimensions faibles dans une plage de températures. Une caractéristique de l'invention est un accéléromètre comportant un montage souple du transducteur à barre qui permet à la masse de mesure de faire un mouvement plus grand sans endommager le trans- <Desc/Clms Page number 3> ducteur. La précision nécessaire pour ajuster les arrêts mécaniques se trouve alors réduite. Un autre caractère comprend un montage pivotant de la masse de mesure à une base, et le transducteur à barre est relié à la masse de mesure à un point intermédiaire tandis que les arrêts mécaniques sont positionnés pour être contactés par l'extrémité de la masse de mesure. Le mouvement de la masse de mesure à l'extrémité est plus grand que celui transmis au transducteur. Par ce faite, la précision nécessaire pour ajuster les arrêts mécaniques se trouve réduite. Une autre caractéristique concerne l'amortissement de la masse de mesure par un gaz visqueux formant une péllicule écrasée, en combinaison avec le montage souple. Cette combinaison augmente la relation de la force d'amortissement à la force de rétablissement et réduit la réponse de la masse de mesure à des résonances mécaniques à un minimum sans pourtant affecter négativement la sensibilité de l'accéléromètre. Une autre caractéristique de l'invention est le fait que le transducteur à barre est relié à la masse de mesure au centre de percussion de cette dernière. Cette relation géométrique réduit la sensibili- <Desc/Clms Page number 4> té à la vibration de l'accéléromètre à un minimum. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description suivante et du dessin dans lequel : la fig. 1 est une illustration schématique d'une forme d'exécution de l'invention ; la fig. 2 est une illustration schématique d'une autre forme d'exécution de l'invention ; la fig. 3 est une illustration schématique d'une troisième forme d'exécution de l'invention ; la fig. 4, est une section longitudinale d'un accéléromètre selon l'invention ; et la fig. 5 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif de l'accéléromètre selon la fig. 4, comprenant une masse de mesure et un transducteur de force. La base, la masse de mesure et le montage souple de l'accéléromètre à décrire peuvent être fabriqués à partir d'un bloque plein de quartz naturel ou synthétique, par exemple par gravure éléctrochimique. Le transducteur de force à barre résonante a de préférence une construction rappellant un diapason, illustré en détail dans le brevet des Etats-Unis <Desc/Clms Page number 5> no. 4 215 570 du 5 août 1980 (Eer-Nisse). Le transducteu de force présente une fréquence de résonance qui est une fonction de la force axiale à laquelle il est soumis. Fig. 1 présente un accéléromètre 10 ayant une base 11 et une masse de mesure 12 qui est reliée à la base 11 par une charnière ou une flèche 13. La masse de mesure répond à des composants d'une accélération selon l'axe de sensibilité indiqué par la flèche 14. Le transducteur de force à barre résonate 16 présente une extrémité 16a reliée à la masse de mesure 12, et l'autre extrémité 16b est reliée au bout libre 17 d'une barre 18 en porte-à-faux qui s'étend à partir de la base 11, ce qui constitue un montage souple du transducteur de force. Lorsqu'une accélération déplace la masse de mesure 12 à partir de sa position de repos, il y a flexion dans la barre 18. La masse de mesure peut faire une amplitude plus grande par rapport à la situation où l'extrémité 16b du transducteur est fixée à un montage rigide. De cette façon, les arrêts 19 et 20 peutvent être ajustés à une distance plus grande, et la précision lors de la fabrication se trouve réduite. Le transducteur à barre 16 est relié à la <Desc/Clms Page number 6> masse de mesure à la partie centrale de la masse 12. Les arrêts 19 et 20 sont arrangés sur la base 11 pour être touchés par l'extrémité 12a de la masse de mesure à l'autre côté par rapport à la flèche 13. Cette construction augmente encore l'espace libre entre les arrêts et réduit les nécessités de précision au cours de la fabrication. La barre en porte-à-faux 18, représentée à la fig. 1, constitue la forme préférée d'un montage souple de l'accéléromètre décrit ici. D'autres configurations structurelles peuvent être appliquées. Par exemple, le montage souple peut être une barre sertie ou supportée aux deux extrémités, et le transducteur de force peut être relié à la barre à proximité de sa partie médiane ; ou le montage peut être un organe précontrainte en compression, tension ou torsion pour fournir la souplesse. La masse de mesure 12 et le transducteur de force 16 forment un système ressort-masse ayant une fréquence de résonance naturelle. En plus, le système est fortement sousamortit. Si l'accéléromètre est excité par une entre à proximité de la fréquence de résonance naturelle, la sortie de l'accéléromètre <Desc/Clms Page number 7> présentera un pic aigu. Cette réponse non-uniforme n'est pas désirée. En plus, la masse de mesure peut frapper à résonance ou à proximité de résonance d'une surface d'arrêts, et dans ce cas, la sortie n'est pas utilisable. La fig. 2 illustre une structure amortit obtenue par l'action d'écrasement sur la péllicule d'un gaz visceux. Les mêmes éléments que ceux de la fig. 1 sont indiqués par les mêmes références et ne seront plus décrits. La base 11 comporte en plus d'une paire de surfaces d'amortissement 23 et 24. Les surfaces d'amortissement s'étendent en parallèle avec les surfaces supérieures et inférieures de la masse de mesure 12 et sont très voisines de celles-ci. Le mouvement de la masse de mesure provoque l'écrasement du gaz qui se trouve dans la fente étroite 25,26. Le degrés d'amortissement varie avec la grandeur de la surface et la distance entre les surfaces d'amortissements et avec la pression et la viscosité du gaz. La fig. 3 représente une modification de l'aceéléromètre. Ici aussi, les éléments qui sont les mêmes que ceux des fig. 1 et 2 portent les mêmes ré- <Desc/Clms Page number 8> férences, et leur déscription est considérée comme inutile. Dans la fig. 3, les surfaces d'amortissement 23', 24'sont choisies pour servir d'amortisseurs comme dans la fig. 2 et comme arrêts dans le cas d'une accélération plus grande que les tolérances prévues. La combinaison de l'action amortissante des accéléromètres selon les fig. 2 et 3 avec le montage souple du transducteur de force 16 résulte en un accéléromètre ou le rapport entre la force d'amortissement et la force de rétablissement est plus grande que si le transducteur de force serait fixé à un montage rigide. Le montage souple résonant réduit la constante de ressort effective du système constitué par la masse de mesure et le transducteur de force. Les fig. 4 et 5 illustrent un mode d'exécution préféré de l'accéléromètre comportant deux masses de mesure 30,31 sensibles aux accélérations le long du même axe, montésavec leursflèchesrespectives l'une à l'autre, les transducteurs de force à barre résonante 32,33 étant reliée de manière en ce que, si un transducteur est tendu, l'autre est comprimé. L'accélération est mesurée comme une fonction de la différence <Desc/Clms Page number 9> entre les fréquences de résonance des deux transducteurs de force à barre. D'autres détails concernant la dérivation de l'accélération à partir des fréquences du transducteur peuvent être trouvés dans la demande de brevet no. (dossier no. 43 317, correspondant à la demande américaine no. 498 376) du même jour. Les deux assemblages comportant la masse de mesure et le transducteur sont identiques, et un seulement est représenté à la fig. 5 et sera décrit en détail. Le support cylindrique 35 comporte deux surfaces de siège 36,37 à directions opposées. La base de chaque masse de mesure comprend un élément de montage reçu dans une des surfaces de siège. Le support 35 comprend une nervure 38 s'étendant vers l'extérieur et s'appuyant sur une entretoise cylindrique 39 qui supporte les deux assemblées de masse de mesure dans le boîtier 40. Le couvercle 41 comprend un compartiment 42 pour l'éléctronique. L'accéléromètre supérieur selon la fig. 4, représenté en vue éclatée dans la fig. 5, comprend une base 45 comportant une plaque de montage 46. La masse de mesure 30 est connectée à la base par la section flèche 45. La plaque de montage 46 s'appuie <Desc/Clms Page number 10> sur la surface de siège 36 du support 35. La masse de mesure 30 a un pourtour général rectangulaire et la même épaisseur que la plaque de montage 46. La masse de mesure comprend également une ouverture ovale 48 au centre. Le transducteur de force à barre résonante 32 est fixé avec un bout 50 à la paroi de l'ouverture 48, et l'autre bout 51 est relié à la surface frontale 52 d'une barre en porte-à-faux 53 qui s'étend de la base 45 et constitue un montage souple. Les plaques 56 et 57 sont fixées aux surfaces supérieure et inférieure, respéctivement, de la plaque de montage 36 et sont tenues en place par des fixations 58. Entres les plaques 56,57 et les surfaces de la plaque de montage 46 se trouvent des cales 59 pour créer une distance entre la surface des plaques 56 et 57 et les surfaces supérieure et inférieure de la masse de mesure 30. Cette distance est exagérée dans la fig. 4. Les plaques 56 et 57 servent de surfaces d'amortissement et d'arrêt combinés pour la masse de mesure 30 comme représenté en détail dans la fig. 3. <Desc/Clms Page number 11> Un circuit 62 est monté sur la face supérieure de la plaque 56 qui supporte les composants éléctroniques en relation avec le transducteur de force à barre résonante 32. Un couvercle 63 entoure les composants sur la plaque de circuit 62. Comme on voit bien à la fig. 4, la paroi de l'ouverture 48 dans la masse de mesure 30 présente un étage 65 dans la surface faisant face à la flèche 47. Le bout 50 du transducteur 32 est relié à la surface 66 qui se trouve éloignée de la plaque en porte-à-faux 53. La surface 66 est choisie de façon à comprendre le centre de percussion de la masse de mesure 30. Ce centre de percussion est le point dans la masse de mesure où celle-ci peut être frappée à l'angle droit sans que l'axe de pivotement constitué par la flèche 47 soit coincé. Cette relation géométrique diminue au maximum la sensibilité de la masse de mesure aux vibrations de l'accéléromètre. La construction des deux masses de mesure selon la fig. A présente plusieurs avantages. D'abord, les sourcesd'erreurs produites par les effets de même sens sur les deux dispositifs de masse de mesure et de transducteur de forme sont réduites. Par exemple, <Desc/Clms Page number 12> si les deux transducteurs ont des coefficients similaires de température, la sensibilité à la température de la combinaison se trouve considérablement réduite. Un autre avantage concerne la dérive de la base de temps contre laquelle les fréquences à la sortie du transducteur sont mesurées. La précontrainte de l'accéléromètre est très sensible aux changes de base de temps s'il y a un seul capteur de masse de mesure. Lorsqu'on apparie l'ensemble constitué par la masse de mesure et le transducteur de façon approximative pour que le coefficient soit un minimum, la dérive de la base de temps constitue primairement un signal en mode commun, et la sensibilité à la précontrainte se trouve grandement réduite. L'arrangement des deux masses de mesure 30 et 31 de façon que leur flèches se trouvent en opposition, provoque une compensation de la sensibilité des deux masses de mesure à des accélérations actives sur les axes transversaux. On constate des erreurs de rectification de vibration lorsque l'accéléromètre est soumisà une entrée en oscillation dont la période est plus courte que celle de la mesure des fréquences du transducteur. La <Desc/Clms Page number 13> réponse non linéaire des transducteurs provoque la réctification de telles entrées en oscillation, résultant dans une dérive à la sortie de l'accéléromètre. Lorsqu'on monte le dispositif à double masse de mesure avec les transducteurs de telle façon que l'un'd'eux. est en tension'et l'autre en compression, les erreurs de réctification dues à la vibration tendant à s'annuler.
Claims (21)
- REVENDICATIONS 1.-Dans un accéléromètre comportant une base faisant support, une masse de mesure fixée à la base, apte à répondre à une accélération, et un transducteur de force à barre résonante dont une extrémité est reliée à la masse de mesure et l'autre, à la base, la sortie du transducteur de force étant une mesure de l'accélération détectée par la masse de mesure, le perfectionnement comprenant un montage souple interposé entre la seconde extrémité du transducteur de force et la base pour étendre la plage de mouvement de la masse de mesure sans soumettre le transducteur de force à une force excessive.
- 2. - Accéléromètre selon la revendication 1 dans lequel le montage souple est une barre en porte-a- faux s'étendant de la dite base et ayant une extrémité libre, la seconde extrémité du transducteur de force <Desc/Clms Page number 15> étant reliée à cette extrémité libre de la barre.
- 3. - Accéléromètre selon la revendication 1, selon lequel la masse de mesure, le support et le montage souple font une structure intégrale en quartz.
- 4. - Accéléromètre selon la revendication 3, dans lequel le montage souple est une barre en porte-à-faux s'étendant de la dite base et ayant une extrémité libre, la seconde extrémité du transducteur EMI15.1 de force reliée à cette extrémité libre de la barre.
- 5. selon la revendication 1 ayant un arrêt sur la dite base positionné pour un contact par la dite masse de mesure afin de limiter le mouvement de la masse de mesure, causé par l'accélération, dans une direction.
- 6. - Accéléromètre selon la revendication 5, ayant deux arrêtssur la dite base, chacun sur un côté de la masse de mesure, positionnés pour un contact par la masse de mesure afin de limiter le mouvement causé par l'accélération de la masse de mesure dans les deux directions.
- 7. - Accéléromètre selon la revendication 5, comprenant une charnière reliant la masse de mesure à la dite base, un transducteur de force relié à la <Desc/Clms Page number 16> masse de mesure à un point situé entre la charnière et l'extrémité de la masse de mesure, et dans lequel le dit arrêt est positionné afin de venir en contact à. l'extrémité de la masse de mesure.
- 8. - Accéléromètre selon la revendication 5, dans lequel la dite masse de mesure comporte une surface plane à angle droit par rapport à la direction de l'accélération à laquelle l'accéléromètre répond, et le dit arrêt comporte une surface plane face à la surface plane de la masse de mesure, les surfaces planes faisant face et l'environnement gazeux dans lesquels l'accéléromètre travaille amortissant le mouvement de la masse de mesure.
- 9.-Dans un accéléromètre comportant une base faisant support, une masse de mesure fixée à la base, apte à répondre à-une accélération, et un transducteur de force à barre résonante dont une extrémité est reliée à la masse de mesure et l'autre, à la base, la sortie du transducteur de force étant une mesure de l'accélération détectée par la masse de mesure, le perfectionnement dans lequel la dite extrémité du transducteur de force est reliéeà la masse de mesure au centre de percussion de cette <Desc/Clms Page number 17> dernière.
- 10. - Accéléromètre selon la revendication 9, dans lequel la masse de mesure comporte une ouverture centrale, et que la dite extrémité du transducteur de force est reliée à une paroi de cette ouverture.
- 11.-Accêlêromêtre selon la revendication 10, dans lequel les surfaces de contact entre la masse de mesure et la dite extrémité du transducteur de force ont une dimension inférieure à l'épaisseur de la masse de mesure.
- 12. - Accéléromètre selon la revendication 11, dans lequel la connection entre la masse de mesure et la dite extrémité du transducteur de force se trouve éloignée de la connection du transducteur de force avec la dite base.
- 13. - Accéléromètre selon la revendication 10, dans lequel une flèche relie la masse de mesure à la base, et le plan du transducteur de force est parallel à l'axe de flexion-de cette flèche.
- 14. - Accéléromètre à double masse de mesure, comprenant : un support ayant deux surfaces de siège au sens opposé ; <Desc/Clms Page number 18> une paire d'accéléromètres dont chacun comporte une base comprenant un élément de montage, une masse de mesure, une charnière reliant la masse de mesure à la base pour un mouvement pivotant afin de répondre aux accélérations, et un transducteur de force à barre résonante dont une éxtrémité est reliée à la masse de mesure et l'autre, à la base, l'élément de montage de chacun des accéléromètres s'appuyant sur une des deux surfaces de siège du support, les axes de sensibilité des accéléromètres étant alignés l'un avec l'autre, et les axes de charnière des deux masse de mesure étant parallèlls mais en opposition l'un à l'autre.
- 15. - Accéléromètre selon la revendication 14, comportant des plaques pour amortir la masse de mesure et faisant arrêt, fixées à l'anneau de montage de chaque accéléromètre.
- 16.-Accéléromètre selon la revendication 15, dans lequel les anneaux de montage et les masses de mesure ont la même épaisseur, des cales étant interposées entre les anneaux de montage et les plaques d'arrêt.
- 17. - Accéléromètre selon la revendication 14, dans lequel les dites surfaces de siège du support et <Desc/Clms Page number 19> les anneaux de montage ont une forme circulaire.
- 18. - Accéléromètre selon la revendication 17, dans lequel les masses de mesure ont une forme rétangulaire.
- 19. - Accéléromètre selon la revendication 14, dans lequel la dite extrémité de chaque transducteur à barre est relié au centre de percussion de la masse de mesure correspondante.
- 20. - Accéléromètre selon la revendication 14, dans lequel l'autre extrémité de chaque transducteur à EMI19.1 barre est relié à la base correspondante au moyen d'un montage souple.
- 21. selon la revendication 20, dans lequel le montage souple est une barre en porte-à-faux s'entendant de la base et ayant une extrémité libre, l'autre extrémité du transducteur à barre étant reliés à l'extrémité libre de la barre en porte-à-faux.
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