CH660797A5 - Accelerometre a transducteur de force a barre resonante. - Google Patents

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Description

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 s 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'ar-rêtsméchaniques. Cependant, le mouvement de la masse de io mesure doit être inférieur à 0,00254 mm. Il est difficile de fabriquer un accéléromètre ayant des arrêts qui limitent le mouvement à de telles dimensions faibles dans une plage de températures.
L'invention est défluie à la revendication indépendante 1. 15 D'autres avantages et particulartés de l'invention ressortiront de la description suivante de réalisations pratiques 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 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'accélércmètre 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'accé-léromètre à décrire peuvent être fabriqués à partir d'un bloc plein de quartz naturel ou synthétique, par exemple par gravure éléctrochimique. Le transducteur de force à barre réso-3s nante a de préférence une construction rappellant un diapason, illustré en détail dans le brevet des Etats-Unis no. 4215 570 du 5 août 1980(Eer-Nisse). Le transducteur de force présente une fréquence de résonance qui est une fonction de la force axiale à laquelle il est soumis.
40 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 45 résonante 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 50 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 préci-35 sion lors de la fabrication se trouve réduite.
Le transducteur à barre 16 est relié à la 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 60 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, cons-65 titue la forme préférée d'un montage souple de l'accéléro-mètre 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
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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, ie système est fortement sous-amorti. Si l'accéléromètre est excité par une entrée à proximité de la fréquence de résonance naturelle, la sortie de l'accéléromètre présentera un pic aigu. Cette réponse non-uni-forme 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 amortie obtenue par l'action d'écrasement sur la pellicule d'un gaz visqueux. 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 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 degré 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'accéléromètre. Ici aussi, les éléments qui sont les mêmes que ceux des fig. 1 et 2 portent les mêmes références, et leur description est considérée comme inutile. Dans la fig. 3, les surfaces d'amortissement 23', 24' sont choisies pour d'amoritsseurs 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 accéléromè-tres selon les fig. 2 et 3 avec le montage souple du transducteur de force 16 résulte en un accéléromètre où le rapport entre la force d'amortissement et la force de rétablissement est plus grand 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, montés avec leurs flèches respectives l'une vers l'autre, les transducteurs de force à barre résonante 32,33 étant reliés de manière en ce que, si un transducteur est tendu, l'autre est comprimé. L'accélération est mesurée comme une fonction de la différence entre les fréquences de résonance des deux transducteurs de force à barre. 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'électronique.
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 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, respectivement, 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.
Un circuit 62 est monté sur la face supérieure de la plaque 56 qui supporte les composants électroniques 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 sonstitué 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. 4 présente plusieurs avantages. D'abord, les sources d'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, 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 soumis à une entrée en oscillation dont la période est plus courte que celle de la mesure des fréquences du transducteur. La réponse non linéaire des transducteurs provoque la rectification 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 rectification dues à la vibration tendant à s'annuler.
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Claims (10)

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1. Accéléromètre comportant une base (11), une masse de mesure (12) fixée à la base et apte à répondre à une accélération, et un transducteur de force ( 16) à barre résonante dont une extrémité (16 a) est reliée à la masse de mesure ( 12) et l'autre ( 16 b), à la base, la sortie du transducteur de force étant une mesure de l'accélération détectée par la masse de mesure, caractérisé par un montage souple ( 18) interposé entre la seconde extrémité du transducteur de force et la base afin d'étendre la plage de mouvement de la masse de mesure sans exposer le transducteur de force à une contrainte excessive.
2. Accéléromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce montage souple ( 18) est constitué par une barre en porte-à-faux s'étendant à partir de la dite base et comprenant une extrémité libre ( 17) qui est reliée à la seconde extrémité du transducteur de force.
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REVENDICATIONS
3. Accéléromètre selon la revendication 1, caractérisé par un arrêt ( 19 ou 20) sur la dite base (11) qui est posé de façon à limiter le mouvement de la masse de mesure provoquée par l'accélération, dans une direction.
4. Accéléromètre selon la revendication 3, caractérisé par une charnière (13) reliant la masse de mesure à la base, le transducteur de force ( 16) étant relié à la masse de mesurerà un point situé entre la charnière et l'extrémité de la masse de mesure, et en ce que l'arrêt est positionné de façon à être engagé par l'extrémité de la masse de mesure.
5. Accéléromètre selon la revendication I, caractérisé en ce que la première extrémité ( 16 a) du transducteur de force est reliée à la masse de mesure ( 12) au centre de percussion de cette dernière.
6. Accéléromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de mesure (30) a une ouverture centrale (48), la première extrémité (50) du transducteur de force (32) étant reliée à une paroi (66) de cette ouverture.
7. Accéléromètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que les surfaces de contact entre la masse de mesure (30) et la première extrémité du transducteur de force (32) ont une dimension inférieure à l'épaisseur de la masse de mesure.
8. Accéléromètre selon la revendication 1, à double masse de mesure, comprenant en outre une seconde base, une seconde masse de mesure fixée à la seconde base et apte à répondre à une accélération, un second transducteur de force à barre résonante dont une extrémité est reliée à la seconde masse de mesure et l'autre extrémité est reliée à la seconde base, la sortie du second transducteur de force étant une mesure de l'accélération détectée par la seconde masse de mesure, caractérisé par un support (35) comportant deux surfaces de siège (36,37) à directions opposées, chaque base comprenant un élément de montage (46) et une charnière (47) par laquelle la masse de mesure (30) est reliée à la base (45), chaque élément de montage étant en contact avec une des surfaces de siège (36,37) du support, les axes de sensibilité de masses de mesure étant alignés et les axes des charnières étant parallèles mais opposés l'un à l'autre.
9. Accéléromètre selon la revendication 8, caractérisé par des amortisseurs (56,57) de la masse de mesure et des plaques d'arrêt fixés à l'élément de montage (46).
10. Accéléromètre selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments de montage et les masses de mesure ont la même épaisseur, des cales (59) étant insérées entre les éléments de montage et les plaques d'arrêt.
CH6974/83A 1983-01-06 1983-12-29 Accelerometre a transducteur de force a barre resonante. CH660797A5 (fr)

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IT (1) IT8447508A0 (fr)
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