FR2509047A1

FR2509047A1 - Force-transducer measuring in six degrees of freedom - has spring-coupled discs forming non-inductive linear displacement sensor

Info

Publication number: FR2509047A1
Application number: FR8113378A
Authority: FR
Inventors: Gerard Piller; Christof Burckhardt
Original assignee: MICROBO SA
Current assignee: MICROBO SA
Priority date: 1981-07-06
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1983-01-07
Also published as: FR2509047B1

Abstract

The device utilises six inductive linear-displacement sensors (4) in three pairs. These pairs are inclined oppositely at 45 deg. to the parallel olanes of two rigid coaxial circular discs (e.g. 2), whose relative displacement is measured in six degrees of freedom. Each sensor (4) has an AC-fed prim. winding with two coaxial sec. windings on either side, a free ferromagnetic core and a nonmagnetic rod fixed to the upper disc. It is sensitive only to displacement in the direction of its own axis. The three planes containing the axes of the paired sensors form lateral faces of a prism of equilateral triangular section across the common axis of the discs. The discs are interconnected by three U-shaped springs (19) arranged in star formation at 120 deg. spacing.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE FORCE
La présente invention concerne les dispositifs de mesure de force et, plus particulièrement, les dispositifs comprenant deux éléments rigides et reliés entre eux par des moyens élastiques tels que des ressorts.FORCE MEASURING DEVICE
The present invention relates to force measuring devices and, more particularly, devices comprising two rigid elements and interconnected by elastic means such as springs.

Par le terme "force", on entend l'ensemble comprenant la force proprement dite et le moment, qui sont appliqués sur l'un des éléments du dispositif de mesure de force, l'autre élément étant maintenu fixe. By the term "force" is meant the assembly comprising the actual force and the moment, which are applied to one of the elements of the force measuring device, the other element being kept fixed.

Les dispositifs de mesure de force connus actuellement comportent des jauges de contrainte fixées sur lesdits moyens élastiques de liaison. Dans ces dispositifs connus, on mesure les déformations desdits moyens élastiques de liaison par les jauges de contrainte. De tels systèmes de mesure sont instables et fragiles, de sorte qu'ils nécessitent des réglages de zéro fréquents et même des ré-étalonnages. The force measurement devices currently known include strain gauges fixed on said elastic connection means. In these known devices, the deformations of said elastic connection means are measured by the strain gauges. Such measurement systems are unstable and fragile, so that they require frequent zero adjustments and even recalibrations.

Un objet de la présente invention consiste à proposer un dispositif de mesure de force remédiant à ces inconvénients. An object of the present invention to provide a force measuring device overcomes these drawbacks.

A cet effet, le dispositif de mesure de force conforme a l'invention comprend des moyens pour mesurer le déplacement, suivant un à six degrés de liberté, d'un élément par rapport a l'autre, ces moyens de mesure étant distincts desdits moyens élastiques. To this end, the force measuring device according to the invention comprises means for measuring the displacement, according to one to six degrees of freedom, of an element relative to the other, these measuring means being distinct from said means elastic.

Gr ce à l'invention, les moyens élastiques de liaison sont libérés de leur role de support de jauge de contrainte, de sorte qu'il est possible de leur donner n'importe quelle forme ou dimensions et, notamment des très petites ou très grandes dimensions. Thanks to the invention, the elastic connecting means are freed from their role of supporting a strain gauge, so that it is possible to give them any shape or size and, in particular very small or very large. dimensions.

Les moyens de mesure de déplacement sont avantageusement constitués par des capteurs qui ne sont chacun sensibles qu'a la composante du déplacement suivant un axe respectif. Ces capteurs sont avantageusement formés chacun de deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre et n'ayant aucun contact mécanique l'une avec l'autre. The displacement measurement means are advantageously constituted by sensors which are each only sensitive to the component of the displacement along a respective axis. These sensors are advantageously each formed from two parts which are movable relative to one another and which have no mechanical contact with each other.

Une solution simple et avantageuse selon la présente invention consiste à utiliser des capteurs de déplacement linéaire du type inductif ayant un noyau ferromagnétique, un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire coaxiaux entre eux. A simple and advantageous solution according to the present invention consists in using linear displacement sensors of the inductive type having a ferromagnetic core, a primary winding and at least one secondary winding coaxial between them.

Selon un mode de réalisation actuellement préféré, les éléments rigides présentent chacun la forme d'un plateau, les deux plateaux étant juxtaposés et parallèles entre eux, et les moyens de mesure comprennent six capteurs de déplacement linéaire du type inductif dont les axes sont non parallèles entre eux, non parallèles aux plateaux et sont disposés symétriquement par rapport à un axe orthogonal auxdits plateaux. According to a currently preferred embodiment, the rigid elements each have the shape of a plate, the two plates being juxtaposed and parallel to each other, and the measurement means comprise six linear displacement sensors of the inductive type whose axes are not parallel between them, not parallel to the plates and are arranged symmetrically with respect to an axis orthogonal to said plates.

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe verticale à travers un dispositif de mesure d'une seule composante de la force, selon un premier mode de réalisation de l'invention; - La figure 2 est une vue schématique en élévation et en coupe verticale à travers un dispositif de mesure d'une seule composante de la force,selon un deuxième mode de réalisation; - La figure 3 est une vue schématique en élévation et en coupe verticale à travers un dispositif de mesure d'une seule composante de la forceoselon un troisième mode de réalisation;;
La figure 4 est une vue en plan à partir du plan IV-IV de la figure 6, d'un dispositif de mesure des six composantes de la force selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - La figure 5 est une coupe verticale selon le plan V-V de la figure 4; - La figure 6 est une vue en coupe suivant le plan VI-VI de la figure 4; - La figure 7 est un schéma synoptique d'un circuit électronique utilisé dans le dispositif des figures 4 à 6; et - La figure 8 est un schéma géométrique montrant le déplacement en un point 0,k' sous l'effet d'une force? d'un plateau d'un dispositif de mesure de force, par rapport à l'autre plateau de ce dispositif.The characteristics and advantages of the invention will be better understood on reading the description which follows of several embodiments of the invention, description made with reference to the accompanying drawings in which - FIG. 1 is a schematic view in elevation and in vertical section through a device for measuring a single component of the force, according to a first embodiment of the invention; - Figure 2 is a schematic view in elevation and in vertical section through a device for measuring a single component of the force, according to a second embodiment; - Figure 3 is a schematic view in elevation and in vertical section through a device for measuring a single component of the forceoselon a third embodiment;
Figure 4 is a plan view from the plane IV-IV of Figure 6, of a device for measuring the six components of the force according to a preferred embodiment of the invention; - Figure 5 is a vertical section along the plane VV of Figure 4; - Figure 6 is a sectional view along the plane VI-VI of Figure 4; - Figure 7 is a block diagram of an electronic circuit used in the device of Figures 4 to 6; and - Figure 8 is a geometric diagram showing the displacement at a point 0, k 'under the effect of a force? of a plate of a force measuring device, relative to the other plate of this device.

Les dispositifs représentés sur les figures 1 à 3 comprennent - un premier plateau rigide de forme circulaire 1, - un deuxième plateau rigide de forme circulaire 2 disposé sous le premier plateau 1 coaxialement à ce dernier, et - des pièces de liaison élastiques constituées, dans l'exemple représenté, par des ressorts hélicoidaux 3 fixés, d'une part, au plateau 1 et, d'autre part au plateau 2. The devices represented in FIGS. 1 to 3 comprise - a first rigid plate of circular shape 1, - a second rigid plate of circular shape 2 arranged under the first plate 1 coaxially with the latter, and - elastic connecting pieces formed, in the example shown, by helical springs 3 fixed, on the one hand, to the plate 1 and, on the other hand to the plate 2.

Les dispositifs représentés sur les figures 1 à 3 comportent en outre un capteur de déplacement 38,39,40 du type répondant a un déplacement du plateau 2 par rapport au plateau 1 en mesurant la composante verticale, c'est-à-dire la composante suivant l'axe commun Z desdits plateaux 1 et 2, de ce déplacement. The devices shown in Figures 1 to 3 further include a displacement sensor 38,39,40 of the type responding to a displacement of the plate 2 relative to the plate 1 by measuring the vertical component, that is to say the component along the common axis Z of said plates 1 and 2, of this movement.

Le dispositif selon la figure 1 comporte un capteur de déplacement 38 comprenant, d'une part, un générateur de champ magnétique tel qu'un aimant permanent 38a, fournissant un champ homogène sur une zone substantielle d'un plan transversal l'axe Z, et, d'autre part, un élément sensible au champ magnétique 38b disposé de maniere à être soumis au champ magnétique engendré par le générateur 38a; ladite zone de champ homogène s'étend suffisamment pour couvrir toute l'étendue de ddplacements possible de l'élément sensible 38b par rapport au -gAnérateur 38a. Le générateur 38a est fixé au plateau 1 tandis que l'élément 38b est fixé au plateau 2, à proximité du générateur de champ magnétique 38a.L'élément sensible 38b est, par exemple, une magnétorésistance dont les bornes sont reliées, par des conducteurs 38c, à un pont de mesure 38d connu en soi, délivrant sur sa sortie 38e un signal ayant pour valeurRjR,
R étant la valeur de repos, c'est-a-dire la valeur en l'absence de force appliquée sur le plateau 2, de la résistance électrique de l'élément 38b,iR étant la variation de cette résistance R à partir de ladite valeur de repos.The device according to FIG. 1 comprises a displacement sensor 38 comprising, on the one hand, a magnetic field generator such as a permanent magnet 38a, providing a homogeneous field over a substantial area of a plane transverse to the axis Z, and, on the other hand, an element sensitive to the magnetic field 38b arranged so as to be subjected to the magnetic field generated by the generator 38a; said homogeneous field zone extends sufficiently to cover the entire extent of possible displacements of the sensitive element 38b relative to the -gAnerator 38a. The generator 38a is fixed to the plate 1 while the element 38b is fixed to the plate 2, near the magnetic field generator 38a. The sensitive element 38b is, for example, a magnetoresistor whose terminals are connected, by conductors 38c, to a measurement bridge 38d known per se, delivering on its output 38e a signal having the value RjR,
R being the rest value, that is to say the value in the absence of force applied to the plate 2, of the electrical resistance of the element 38b, iR being the variation of this resistance R from said rest value.

Alternativement, l'élément 38b peut etre un élément à effet
Hall fournissant un signal qui est amplifié et soustrait d'un signal de référence fixe, dans un circuit 38d.Alternatively, element 38b can be an effect element
Hall providing a signal which is amplified and subtracted from a fixed reference signal, in a 38d circuit.

Le champ magnétique engendré par le générateur 3Sa décroSt fortement lorsqu'on s'éloigne de ce dernier, c'est-à-dire lorsqu'on se déplace parallèlement à l'axe Z. En revanche, la valeur de ce champ magnétique est à peu près uniforme en tous points d'une portion de plan transversal a l'axe Z. The magnetic field generated by the generator 3Sa decreases strongly when one moves away from the latter, that is to say when one moves parallel to the axis Z. On the other hand, the value of this magnetic field is at almost uniform in all points of a portion of plane transverse to the Z axis.

On comprend ainsi que le capteur 38 est relativement insensible aux déplacements relatifs du plateau 2 par rapport au plateau 1 dans le sens transversal à l'axe Z ainsi qu'aux déplacements angulaires relatifs desdits plateaux, de sorte que le signal délivré sur la sortie 38e est une mesure de la composante suivant l'axe Z du déplacement de ce plateau 2 par rapport au plateau 1. It is thus understood that the sensor 38 is relatively insensitive to the relative movements of the plate 2 relative to the plate 1 in the direction transverse to the axis Z as well as to the relative angular movements of said plates, so that the signal delivered on the output 38e is a measurement of the component along the Z axis of the displacement of this plate 2 relative to the plate 1.

Le capteur de déplacement 39 du dispositif de mesure selon la figure 2, comporte un condensateur ayant une armature 39a solidaire du plateau 1 et une seconde armature 39b solidaire du plateau 2. The displacement sensor 39 of the measuring device according to FIG. 2 comprises a capacitor having a frame 39a secured to the plate 1 and a second frame 39b secured to the plate 2.

Les armatures 39a, 39b s'étendent parallèlement aux plateaux 1 et 2, et ellés sont reliées, par des conducteurs 39c, à un pont de mesure connu en soi 39d délivrant sur sa sortie 39e un signal ayant pour valeur AClC, C étant la valeur de repos de la capacité du condensateur 39a, 39b et AC la variation de cette capacité à partir de ladite valeur de repos. Comme dans le cas précédent, le capteur 39 est relativement insensible aux déplacements relatifs du plateau 2, par rapport au plateau 1, dans.le sens transversal à l'axe Z, ainsi qu'aux déplacements angulaires relatifs desdits plateaux.The armatures 39a, 39b extend parallel to the plates 1 and 2, and they are connected, by conductors 39c, to a measurement bridge known per se 39d delivering on its output 39e a signal having the value AClC, C being the value of rest of the capacitance of the capacitor 39a, 39b and AC the variation of this capacitance from said quiescent value. As in the previous case, the sensor 39 is relatively insensitive to the relative movements of the plate 2, relative to the plate 1, in the direction transverse to the axis Z, as well as to the relative angular movements of said plates.

Le capteur de mesure 40 du dispositif selon la figure 3 comprend (a) une bobine primaire 40a alimentée par un signal électrique alternatif fourni par un oscillateur 40b, et (b) une bobine secondaire 40c dont les bornes sont reliées à un circuit amplificateur-démodulateur 40d. Les bobines 40a et 40b ont pour axe l'axe Z, elles sont fixées au plateau 2 et elles reçoivent avec jeu, dans leur évidement 40e, un noyau ferromagnétique 40f fixé au plateau 1. The measurement sensor 40 of the device according to FIG. 3 comprises (a) a primary coil 40a supplied by an alternating electrical signal supplied by an oscillator 40b, and (b) a secondary coil 40c whose terminals are connected to an amplifier-demodulator circuit 40d. The coils 40a and 40b have their axis Z as an axis, they are fixed to the plate 2 and they receive with play, in their recess 40e, a ferromagnetic core 40f fixed to the plate 1.

Le capteur 40 réagit aux déplacements du noyau 40f par rapport aux bobines 40a, 40c en fournissant, sur la sortie 409 du circuit 40d, un signal ayant pour valeur la composante suivant l'axe Z du déplacement dudit noyau 40f par rapport auxdites bobines 40a, 40c. On constate en effet qu'un déplacement du noyau 40f dans le sens transversal à l'axe Z des bobines 40a, 40c se traduit par une variation du signal présent sur la borne de sortie 409, très faible par rapport à celle qui résulterait d'un déplacemènt de ce noyau parallèlement à l'axe Z des bobines 40a, 40c. The sensor 40 reacts to the displacements of the core 40f relative to the coils 40a, 40c by supplying, on the output 409 of the circuit 40d, a signal having as value the component along the Z axis of the displacement of said core 40f relative to said coils 40a, 40c. It is found in fact that a displacement of the core 40f in the direction transverse to the axis Z of the coils 40a, 40c results in a variation of the signal present on the output terminal 409, very small compared to that which would result from a displacement of this core parallel to the axis Z of the coils 40a, 40c.

Selon un autre mode de réalisation non représenté, le capteur de déplacement est du type de ceux qui sont décrits dans les brevets américains no 4001718 et 4068189 et commercialisés par la firme ELECTRO CORPORATION (SARASOTA, Etats-Unis). According to another embodiment not shown, the displacement sensor is of the type described in American patents 4001718 and 4068189 and marketed by the company ELECTRO CORPORATION (SARASOTA, United States).

Les dispositifs qui viennent d'etre décrits trouvent applica tion dans tous les cas où l'on n'a besoin de connattre que la composante suivant l'axe Z de la force appliquée sur le plateau 1. The devices which have just been described find application in all cases where it is only necessary to know the component along the axis Z of the force applied to the plate 1.

Dans les cas où l'on doit connattre les six composantes de la force appliquée sur le plateau 2, il est nécessaire de disposer d'un ensemble d'au moins six capteurs parmi lesquels il est nécessaire qu'il n'y ait pas plus de trois capteurs d'axes parallèles entre eux ni plus de trois capteurs d'axes coplanaires. Le capteur de force représenté sur les figures 4 à 7 constitue un mode de réalisation préféré d'un dispositif comportant six capteurs de déplacement. In the cases where one must know the six components of the force applied on the plate 2, it is necessary to have a set of at least six sensors among which it is necessary that there is not more three axis sensors parallel to each other, or more than three coplanar axis sensors. The force sensor shown in FIGS. 4 to 7 constitutes a preferred embodiment of a device comprising six displacement sensors.

Selon ce mode de réalisation, le dispositif de mesure de force comprend six capteurs inductifs de déplacement linéaire 4 analogues au capteur désigné par la référence 40 sur la figure 3. According to this embodiment, the force measuring device comprises six inductive linear displacement sensors 4 analogous to the sensor designated by the reference 40 in FIG. 3.

Ces capteurs 4 ont des axes 4a non parallèles aux plateaux 1 et 2 et ayant chacun -une direction propre; les capteurs 4 sont groupés par paire, les capteurs de chaque paire ayant des axes coplanaires et divergeant l'un de l'autre à partir du plateau 1. Comme on peut le voir sur la figure 5, l'axe 4a de chaque capteur 4 est incliné, par exemple, à 450 par rapport au plan des plateaux 1,2. De plus, comme on peut le voir sur la figure 4, les paires de capteurs 4 sont réparties de telle sorte que les plans communs 18, c'est-à-dire les plans contenant les axes 4a des capteurs 4 de chaque paire, constituent les faces latérales d'un prisme droit a sections en forme de triangle équilatéral, ce prisme ayant pour axe l'axe commun 11 des plateaux 1 et 2.En bref les axes 4a-sont disposés symétriquement par rapport à l'axe 11 et ils sont régulièrement répartis autour de ce dernier.These sensors 4 have axes 4a which are not parallel to the plates 1 and 2 and each have their own direction; the sensors 4 are grouped in pairs, the sensors of each pair having coplanar axes and diverging from one another from the plate 1. As can be seen in FIG. 5, the axis 4a of each sensor 4 is inclined, for example, at 450 relative to the plane of the plates 1,2. In addition, as can be seen in FIG. 4, the pairs of sensors 4 are distributed so that the common planes 18, that is to say the planes containing the axes 4a of the sensors 4 of each pair, constitute the lateral faces of a straight prism has sections in the form of an equilateral triangle, this prism having as its axis the common axis 11 of the plates 1 and 2. In short, the axes 4a are arranged symmetrically with respect to the axis 11 and they are regularly distributed around the latter.

Selon l'exemple représenté sur les figures 4 a 6, chaque capteur inductif 4 comprend : - une bobine primaire 5 d'axe vertical alimentée en courant alternatif par des moyens non représentés, et deux bobines secondaires 6 et 7 coaxiales entre elles et avec ladite bobine primaire 5. Les bobines secondaires 6 et 7 sont disposées de part et d'autre de la bobine primaire 5. Les bobines 5,6 et 7 de chaque capteur 4 sont logées dans un support commun 4b fixé au plateau 2. Dans
l'évidement axial 8 des bobines 5 à 7, est logé un noyau ferromagnétique 9 vissé sur une tige en matériau amagnétique 10, elle-même fixée au plateau 1. Les bornes des bobines 5 à 7 sont reliées à un circuit électronique connu en soi délivrant sur sa sortie un signal proportionnel à la composante suivant l'axe 4a du déplacement relatif du noyau 9 par rapport audites bobines 5 à 7.According to the example represented in FIGS. 4 to 6, each inductive sensor 4 comprises: - a primary coil 5 of vertical axis supplied with alternating current by means not shown, and two secondary coils 6 and 7 coaxial with each other and with said primary coil 5. The secondary coils 6 and 7 are arranged on either side of the primary coil 5. The coils 5, 6 and 7 of each sensor 4 are housed in a common support 4b fixed to the plate 2. In
the axial recess 8 of the coils 5 to 7, is housed a ferromagnetic core 9 screwed onto a rod made of non-magnetic material 10, itself fixed to the plate 1. The terminals of the coils 5 to 7 are connected to an electronic circuit known per se delivering on its output a signal proportional to the component along the axis 4a of the relative displacement of the core 9 with respect to said coils 5 to 7.

Comme le montrent conjointement les figures 4 et 6, les plateaux 1 et 2 sont reliés entre eux par des ressorts en U, 19. Comme le montre la figure 4, les ressorts 19 sont au nombre de trois et ils sont disposés en étoile à 1200 l'un de l'autre autour de l'axe commun 11 des plateaux 1 et 2. As shown jointly in FIGS. 4 and 6, the plates 1 and 2 are connected together by U-shaped springs, 19. As shown in FIG. 4, the springs 19 are three in number and they are arranged in a star at 1200 one from the other around the common axis 11 of the plates 1 and 2.

Comme on peut le voir sur la figure 6, une paroi en forme de soufflet 20 relie de façon étanche le bord périphérique du plateau 1 à celui du plateau 2 afin d'empêcher toute introduction de poussière ou autre impureté dans l'espace compris entre ces deux plateaux. As can be seen in FIG. 6, a bellows-shaped wall 20 tightly connects the peripheral edge of the tray 1 to that of the tray 2 in order to prevent any introduction of dust or other impurity in the space between these two trays.

Par ailleurs, le plateau 2 est fixé sur un support, par l'intermédiaire de vis 22 munies de manchons formant entretoises 23. Furthermore, the plate 2 is fixed on a support, by means of screws 22 provided with sleeves forming spacers 23.

Enfin des butées non représentées limitent l'amplitude du déplacement du plateau 2 par rapport au plateau 1. Finally, stops not shown limit the amplitude of the movement of the plate 2 relative to the plate 1.

Selon un mode de réaXisation non représenté, on utilise, à la place de trois bobines 5 à 7, deux bobines coaxiales reliées électriquement en série de manière a constituer un pont d'inductances; au point milieu de ce pont on recueille un signal de tension ayant une amplitude qui varie proportionnellement aux déplacements du noyau 9.
Comme le montre la figure 7, les signaux fournis par les six capteurs 4 sont appliqués sur les entrées d'un calculateur analogique ou numérique 24 conçu pour fournir sur ses sorties les signaux de mesure de six composantes T1 à T6 définissant complètement la force généralisée appliquée sur le plateau 1.According to a mode of re-alignment not shown, one uses, instead of three coils 5 to 7, two coaxial coils electrically connected in series so as to constitute an inductance bridge; at the midpoint of this bridge, a voltage signal is collected having an amplitude which varies in proportion to the displacements of the core 9.
As shown in Figure 7, the signals provided by the six sensors 4 are applied to the inputs of an analog or digital computer 24 designed to provide on its outputs the measurement signals of six components T1 to T6 completely defining the generalized force applied on set 1.

Sur la figure 8, une force généralisée T, appliquée en un point déterminé du plateau 1 et définie par ses six composantes dans un trièdre OXYZ lié à ce plateau, se traduit par un déplacement généralisé Dk en un point 'k de ce même plateau 1, Dk étant repéré par ses composantes dans un trièdre O'kxkykzk dont les trois axes ont des directions liées au plateau 2. Il existe une relation matricielle entre T et Dk qui s'écrit
Dk = [Fk . T k étant l'indice du capteur inductif 4 placé en 'k. La matrice tFk] est appelée flexibilité.In FIG. 8, a generalized force T, applied at a determined point of the plateau 1 and defined by its six components in an OXYZ trihedron linked to this plateau, results in a generalized displacement Dk at a point 'k of this same plateau 1 , Dk being identified by its components in an O'kxkykzk trihedron whose three axes have directions linked to the plateau 2. There is a matrix relationship between T and Dk which is written
Dk = [Fk. T k being the index of the inductive sensor 4 placed at 'k. The matrix tFk] is called flexibility.

Dans la réalité, la matrice [Fk] est le produit d'un certain nombre de matrices de rotation et de déplacement qui dépendent de la géométrie du dispositif de mesure de force. In reality, the matrix [Fk] is the product of a certain number of rotation and displacement matrices which depend on the geometry of the force measuring device.

De chaque vecteur Dk, nous ne retenons que la composante Dak suivant l'axe du capteur inductif d'indice k, du déplacement en 'k. On a alors la relation

l'indice 1 à 6 étant celui du capteur inductif et [PF] une matrice qu'on peut appeler "pseudo-flexibislité". From each vector Dk, we only retain the component Dak along the axis of the inductive sensor of index k, of the displacement in 'k. We then have the relation

the index 1 to 6 being that of the inductive sensor and [PF] a matrix that can be called "pseudo-flexibility".

La matrice FPF] est déterminée par calibrage du dispositif. The FPF matrix] is determined by calibrating the device.

Ce calibrage consiste à appliquer au plateau 1 en un point d'application déterminé, des forces et des moments purs connus et à relever les valeurs des signaux électriques aux bornes de chaque capteur inductif 4. La matrice de calibrage est valable pour un point d'application donné.This calibration consists in applying to the plate 1 at a determined point of application, known pure forces and moments and in reading the values of the electrical signals at the terminals of each inductive sensor 4. The calibration matrix is valid for a point of given application.

Pour un usage ultérieur, on introduit dans le calculateur 24 par des entrées 24a les termes PFjj de la matrice [PF] obtenue. Le calculateur 24 est conçu pour calculer la matrice inverse LPF]- telle que

For later use, the terms PFjj of the matrix [PF] obtained are introduced into the computer 24 by inputs 24a. The computer 24 is designed to calculate the inverse matrix LPF] - such that

La force généralisée T peut alors être mesurée gracie aux signaux releves sur les six capteurs inductifs 4, signaux qu'on peut considérer comme proportionnels aux déplacements axiaux Da1 à Da6
Une inversion de matrice est une opération délicate qui peut introduire des erreurs importantes dans le résultat final. Pour éviter ces problèmes, il faut faire en sorte que les éléments de [PF] soient d'ordres de grandeur assez proches les uns des autres.The generalized force T can then be measured thanks to the signals recorded on the six inductive sensors 4, signals which can be considered as proportional to the axial displacements Da1 to Da6
A matrix inversion is a delicate operation which can introduce significant errors in the final result. To avoid these problems, it is necessary to ensure that the elements of [PF] are of orders of magnitude fairly close to each other.

Ceci est obtenu selon le mode de réalisation des figures 4 à 6 par la disposition symétrique et la répartition régulière des capteurs 4 - et donc de leur axe 4a - autour de l'axe 11. This is obtained according to the embodiment of FIGS. 4 to 6 by the symmetrical arrangement and the regular distribution of the sensors 4 - and therefore of their axis 4a - around the axis 11.

On choisira par ailleurs avec soin la position et la raideur des ressorts par rapport au point d'application de a force. The position and the stiffness of the springs relative to the point of application of force will also be carefully chosen.

Le dispositif représenté sur les figures 4 à 7 peut être utilisé dans l'application suivante : en attachant au plateau 1 une masse relativement importante, et en fixant le plateau 2 sur une structure de base, on peut réaliser un accéléromètre vectoriel. The device shown in FIGS. 4 to 7 can be used in the following application: by attaching a relatively large mass to the plate 1, and by fixing the plate 2 to a basic structure, a vector accelerometer can be produced.

Le dispositif des figures 4 à 7 peut également être utilisé pour mesurer les six composantes des efforts appliqués à un objet en cours d'essais en soufflerie. Dans ce cas, ledit objet est fixé sur le plateau 1 tandis que le plateau 2-est fixé sur une structure fixe. The device in FIGS. 4 to 7 can also be used to measure the six components of the forces applied to an object during wind tunnel tests. In this case, said object is fixed on the plate 1 while the plate 2-is fixed on a fixed structure.

Claims

1. Force measuring device, of the type comprising first and second rigid elements (1,2), these elements being juxtaposed and connected together by elastic means (3; 19), characterized in that it comprises means (4; 38; 39; 40) distinct from said elastic means for measuring the displacement, according to at least one degree of freedom, of the second rigid element (2). relative to a reference linked to the first rigid element (1).

2. Device according to claim 1, characterized in that the measuring means comprise at least one sensor (4; 38; 39; 40) having two parts (9 and 4b, 5,6,7; 38a and 38b; 39a and 39b; 40e and 40a, 40b) one of which is integral with the first element (1) and the other of which is integral with the second element (2), this sensor responding only to the component, along a determined axis, of the displacement of a part compared to the other.

3. Device according to claim 2, characterized in that the two parts of the sensor are without mechanical contact with each other.

4. Device according to one of claims 2 and 3, characterized in that the measuring means comprise several sensors (4) each responding only to relative displacements along a respective determined axis (4a) of their two parts (9 and 4b, 5,6,7), said axes (4a) being non-parallel to each other.

5. Device according to claim 4, characterized in that the first and second rigid elements each comprise a plate (1,2), in that said plates are mutually parallel, in the device's rest position, and in that the axes (4a) of the displacement sensors (4) are not parallel to said plates.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring means comprise at least one linear displacement sensor of the inductive type having a ferromagnetic core (9), a primary coil (5) and at least one secondary coil (6,7), said coils (5 to 7) being coaxial with each other and being integral with one of the rigid elements (2), said magnetic core (9) being integral with the other rigid element (1) and being adapted to influence the electromagnetic coupling between said coils.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring means comprise at least one linear displacement sensor of the inductive type having a ferromagnetic core and two coaxial coils electrically connected in series so as to constitute a bridge inductances, the coils being integral with one of the rigid elements, said ferromagnetic core being integral with the other rigid element and being adapted to influence the inductance of said coils.

8. Device according to one of claims 4 and 7, characterized in that the axes 4a of said sensors (4) are arranged symmetrically with respect to a -axis (11) orthogonal to the plates (1,2).