FR2556101A1 - Axial acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
CAPTEUR D'ACCELERATIONS AXIALES
La présente invention a pour objet un capteur d'accélérations axiales particulièrement adapte à la détection du cliquetis sur les moteurs à combustion interne.AXIAL ACCELERATION SENSOR
The present invention relates to an axial acceleration sensor which is particularly suitable for detecting knocking on internal combustion engines.
On sait que les fréquences fondawentales rencontrées sont généralement comprises pour les moteurs de cylindrez usuelle entre 5 et 15 kilohertz. Mais il est aussi nécessaire de rejeter dans le traitement électronique du signal d'autres fréquences qui correspondent à des phénomènes mécaniques dus au fonctionnement du moteur. Les frequences caracteristiques tant du cliquetis que des phénomènes parasites varient d'un moteur à l'autre.We know that the fundamental frequencies encountered are generally understood for the usual cylinder motors between 5 and 15 kilohertz. But it is also necessary to reject in the electronic signal processing other frequencies which correspond to mechanical phenomena due to the operation of the engine. The characteristic frequencies of both rattling and parasitic phenomena vary from one engine to another.
Pour cette raison, il est intéreesont de disposer d'un capteur ayant une réponse plate en fréquence entre 1 et 15 kilohertz et plus, ces fréquences étant citées à titre d'exemple non limitatif. Une bonne saisie des signaux parasites permet de les filtrer électriquement de manière efficace.For this reason, it is advantageous to have a sensor having a flat frequency response between 1 and 15 kilohertz and more, these frequencies being given by way of nonlimiting example. A good capture of the parasitic signals makes it possible to filter them electrically effectively.
La technique anterieure des capteurs de cliquetis de faible coût fabriqués à partir de matériaux usuels usines avec une faible précision concerne,d'une part, des capteurs accordés mécaniquement sur une fréquence,par exemple, 6 kHz, qui doivent être adaptes à chaque type de chambre de combustion et,d'autre part, des capteurs dits à courbe de réponse plate en fréquence. L'expérience montre que ces derniers pressentent en fait de fortes dispersions sur la réponse dans au moins 2 zones de fréquence. The prior art of low-cost knock sensors made from common factory materials with low precision relates, on the one hand, to mechanically tuned sensors on a frequency, for example, 6 kHz, which must be adapted to each type of combustion chamber and, on the other hand, so-called flat frequency response curve sensors. Experience shows that the latter actually sense strong dispersions on the response in at least 2 frequency zones.
L'une des zones de dispersion touche les hautes fréquences et tient à ce que d'une part, il y a de nombreuses raideurs et masses dans la chalne cinématique et que d'autre part, compte tenu des vitesses de propagation du son dans les matériaux utilisés, on se rapproche du quart d'onde dans l'empilage des pièces concourant à la sensibilité du capteur.One of the dispersion zones affects the high frequencies and is due to the fact that on the one hand, there are many stiffnesses and masses in the kinematic chain and that on the other hand, taking into account the speeds of propagation of sound in the materials used, we approach the quarter wave in the stack of parts contributing to the sensitivity of the sensor.
L'autre zone touche les basses fréquences oU l'on constate des résonances très variables dues aux connexions de part et d'autre de ltélément pitzoélectriques, connexions dont la masse n'est pas négligeable.The other zone affects the low frequencies where there are very variable resonances due to the connections on both sides of the pitzoelectric element, connections whose mass is not negligible.
Les capteurs utilisés dans le domaine de l'instrumentation sont, en général, exempts de ces défauts mais leur signal de sortie est très faible,car ils utilisent du quartz et non de la céramique, et leur coût élevé en raison de leur miniaturisation et de leur précision.The sensors used in the field of instrumentation are, in general, free of these defects but their output signal is very weak, because they use quartz and not ceramic, and their high cost due to their miniaturization and their precision.
Le dispositif, objet de la présente demande, est caractérise par la combinaison nouvelle d'au moins deux des trois facteurs qui concourent à l'obtention d'une grande qualité dans la réponse d'un capteur de type piézoélectrique. En particulier, une forme plate de masse sismique, facile à obtenir par décou- page à la presse, permet de s'éloigner du quart d'onde, un réglage de la précontrainte par vis de serrage de faible élasticité comprimant l'élément sensible par l'intermédiaire de rondelles Belleville travaillant dans une zona relativement linéaire, des connexions de sortie sous forme de ruban plat souple, notamment en polyimide recouvert de cuivre concourent à ce résultat.La raideur du ruban polyimidé étant très faible nwinterfère pas avec les contraintes exercées sur la céramique piézoélectrique par la masse sismique. La faible hauteur de celle-ci et la faible épaisseur du ruban souple de l'ordre de quelques dizaines de microns donnent à la vis de serrage une faible longueur et donc, une grande raideur. La sensibilité latérale est réduite. The device which is the subject of the present application is characterized by the novel combination of at least two of the three factors which contribute to obtaining a high quality in the response of a piezoelectric type sensor. In particular, a flat shape of seismic mass, easy to obtain by cutting with the press, makes it possible to move away from the quarter wave, an adjustment of the prestressing by tightening screw of low elasticity compressing the sensitive element by Through Belleville washers working in a relatively linear area, outlet connections in the form of flexible flat tape, in particular made of copper-coated polyimide, contribute to this result. The stiffness of the polyimide tape being very low does not interfere with the stresses exerted on piezoelectric ceramic by seismic mass. The low height of the latter and the small thickness of the flexible strip of the order of a few tens of microns give the tightening screw a short length and therefore, a great stiffness. Lateral sensitivity is reduced.
La présente invention sera maintenant décrite en se référant aux figures annexées.The present invention will now be described with reference to the accompanying figures.
La figure 1 est une vue en coupe d'un capteur de cliquetis suivant l'invention.Figure 1 is a sectional view of a knock sensor according to the invention.
La figure 2 est une vue de face du ruban polyimide avant montage du capteur.Figure 2 is a front view of the polyimide tape before mounting the sensor.
La figure 3 est une vue éclatée du même capteur.Figure 3 is an exploded view of the same sensor.
La figure 4 est une courbe donnant la tension de sortie d'un capteur en fonction de la fréquence pour deux valeurs d'accélération différentes.FIG. 4 is a curve giving the output voltage of a sensor as a function of the frequency for two different acceleration values.
La figure 5 est une variante de réalisation montrant une connexion directe du ruban polyimide sur une prise de sortie.Figure 5 is an alternative embodiment showing a direct connection of the polyimide tape on an outlet.
Sur la figure 1, le boîtier 7 en général en acier comprend une semelle rigide 2 portant un filetage 3 destiné à être vissé dans la pièce dont on veut mesurer les vibrations.In Figure 1, the housing 7 generally made of steel comprises a rigid sole 2 carrying a thread 3 intended to be screwed into the part whose vibrations are to be measured.
Une vis de fort diamètre 4, comprenant une tête 5 permet de lier mécaniquement les éléments sensibles du capteur à la semelle 2 et au filetage 3. La vis 4 est traversante et aussi peu déformable que possible. Elle applique par l'intermédiaire de rondelles élastiques coniques 6 la masse sismique plate 7 sur la céramique piézoélectrique 8. Celle-ci est isolée de la vis 4 par un canon isolant 9 et un ruban isolant 10 en polyimide ou en matériau équivalent replié sur lui-même. Ce ruban visible sur la figure 2 porte sur la même face des bandes de cuivre 17, 12 terminées en 13 et 14 par des oeillets métalliques traversants.A large diameter screw 4, comprising a head 5 makes it possible to mechanically link the sensitive elements of the sensor to the sole 2 and to the thread 3. The screw 4 is through and as little deformable as possible. It applies by means of conical elastic washers 6 the flat seismic mass 7 to the piezoelectric ceramic 8. The latter is isolated from the screw 4 by an insulating barrel 9 and an insulating tape 10 made of polyimide or equivalent material folded over it -even. This ribbon visible in FIG. 2 carries on the same face copper strips 17, 12 terminated at 13 and 14 by through metal eyelets.
Les rubans de cuivre ne s'étendent pas jusqu'aux trous 15 et 16 de passage de la vis 4. On crée ainsi une longueur d'isolement à la surface du polyimide, non négligeable.The copper strips do not extend to the holes 15 and 16 for the passage of the screw 4. This creates a length of insulation on the surface of the polyimide, which is not negligible.
Ce matériau s'écrase peu sous la contrainte mécanique lors I'essais à température élevée. This material does not crush very much under mechanical stress during the test at high temperature.
Revenant a la figure 1 les oeillets 13 et 14 sont connectes aux deux fils d'un cible 17 surmoulé dans un chapeau en plastique 18 serti en 19 sur un épaulement du corps 1.Returning to FIG. 1 the eyelets 13 and 14 are connected to the two wires of a target 17 overmolded in a plastic cap 18 set at 19 on a shoulder of the body 1.
Le cible 17 porte un jonc d'arrêt 20 évitant son arrachement ainsi qu'un joint torique 21 assurant l'étanchéité de l'appareil entre chapeau 18 et boîtier 1.The target 17 carries a stop ring 20 preventing it from being torn off as well as an O-ring 21 ensuring the tightness of the apparatus between cap 18 and housing 1.
La figure 3 qui est une vue éclatée des pinces de capteur avant assemblage porte les mêmes références que la figure 2.FIG. 3 which is an exploded view of the sensor clamps before assembly has the same references as FIG. 2.
On notera sur la figure 1 que le point d'appui des rondelles coniques 6 est sensiblement en regard de la céramique 8 et donc à l'intérieur du périmètre de celle-ci.Note in Figure 1 that the fulcrum of the conical washers 6 is substantially opposite the ceramic 8 and therefore inside the perimeter thereof.
D'éventuelles vibrations de flexion de la rondelle plate 7 servant de masse sismique gêneront peu le fonctionnement comme le montre la figure 4 qui est un relevé de tension de sortie du capteur après redressement pour 2 valeurs d'accélération.Possible bending vibrations of the flat washer 7 serving as a seismic mass will not hinder operation as shown in FIG. 4 which is a reading of the sensor output voltage after rectification for 2 acceleration values.
On constate une légère baisse de signal zux fréquences élevées mais qui n'est pas gênante en général.There is a slight drop in signal at high frequencies but which is not generally a problem.
La liaison par ruban polyimide permet un facile remplacement de la connexion par câble par une prise de raccordement de l'un des types utilisés couramment en .automobile,
La figure 5 montre une variante de réalisation de la connexion de sortie du capteur. Sur le corps 1 de celui-ci est fixée une prise de connexion en plastique 22 portant une ou plusieurs broches 23 dont l'extrEmité 24 à l'intérieur du capteur a été agencée de manière à pouvoir enserrer tout ou partie de l'une des extrémités du ruban polyimide, ici représentée par ioa et sa partie cuivrée II. The polyimide ribbon connection allows an easy replacement of the cable connection by a connection socket of one of the types commonly used in .automobile,
Figure 5 shows an alternative embodiment of the sensor output connection. On the body 1 thereof is fixed a plastic connection socket 22 carrying one or more pins 23, the end 24 of which inside the sensor has been arranged so as to be able to grip all or part of one of the ends of the polyimide tape, here represented by ioa and its copper part II.
On réalise ainsi une connexion sans soudure å grande cadence de fabrication. This produces a seamless connection at high production rates.
Le fonctionnement du capteur reste conforme aux réalisations de ce type c'est-à-dire, que ce sont les variations de contrainte exercées sur l'élément piézoélectrique 8 par la masse sismique sous l'effet des vibrations qui font apparaître des charges et donc des tensions sur les 2 faces de l'élément piézoélectrique. The operation of the sensor remains consistent with embodiments of this type, that is to say, it is the stress variations exerted on the piezoelectric element 8 by the seismic mass under the effect of vibrations which cause charges to appear and therefore voltages on both sides of the piezoelectric element.
Claims (8)
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- 1983-12-02 FR FR8319294A patent/FR2556101B1/en not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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