FR2567271A1 - Accelerometre - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LE DOMAINE DES ACCELEROMETRES CAPACITIFS. LE PROBLEME RESOLU CONSISTE A PERMETTRE LA REALISATION DE TELS ACCELEROMETRES A COUT REDUIT, AVEC UNE TRES GRANDE PRECISION ET UNE POSSIBILITE DE CORRECTION DES ERREURS SYSTEMATIQUES DE MESURES RESULTANT DU MONTAGE. SELON L'INVENTION, CET OBJECTIF EST ATTEINT A L'AIDE D'ELEMENTS DE STRUCTURE CHOISIS DE FACON A EVITER DES CONTRAINTES THERMIQUES OU MECANIQUES.
Description
"Accéléromètre" L'invention concerne le domaine des instruments de
détection de l'accélération d'objets en mouvement, et plus
particulièrement le domaine des accéléromètres capacitifs.
On connaît déjà dans l'art antérieur qu'un accé- léromètre capacitif consiste en une paire d'éléments magnétiques et une palette ou encore pendule, en matériau non conducteur, comme par exemple du quartz fondu revêtu de métal, la palette étant intercalée entre les éléments magnétiques comportant des éléments permanents, de façon à pouvoir se déplacer par rapport au boîtier ainsi formé. Dans ce type d'accéléromètre capacitif chacune des surfaces de la palette revêtues de métal, comporte
un bobinage l'aimant permanent. Lors du fonctionnement des ac-
céléromètres connus jusqu'à présent, l'accélération est appliquée à l'accélérateur, et la palette va provoquer une variation de
capacitance par rapport à chacun des deux éléments magnétiques.
Cette variation est modulée et amplifiée par un circuit externe
et est renvoyée aux bobinages sous forme de courant continu.
Ce courant génère une force ou un moment sur la palette pour la ramener à une position 0. Le courant nécessaire pour ramener la palette constitue la mesure de l'accélération appliquée à l'appareil. Les modèles d'utilité japonais publiés sous les
numéros 52-38 218 et 52-38 219, publiés le 31 Août 1977, divul-
guent respectivement un accéléromètre capacitif du type mentionné cidessus, dans lequel la palette ou pendule est réalisée dans un matériau conducteur tels que, par exemple, du cupro-beryllium
et une extrémité de la palette est fixée par deux éléments sup-
port annulaires.
Lorsque la palette est réalisée dans un matériau non conducteur tel que le quartz fondu, comme mentionné ci-dessus,
il est nécessaire de revêtir la surface de la palette non conduc-
trice avec un matériau conducteur. En conséquence, la palette de chacun des accéléromètres décrits dans les publications mentionnées ci-dessus, est réalisée en cupro-béryllium pour
é'viter d'utiliser un processus de revêtement compliqué, L'ac-
céléromètre doit être assemblé très précisément, avec beaucoup de soin. Ces opérations d'assemblage sont extrêmement onéreuses, Lorsque la palette est réalisée en métal, l'élément support de la palette qui est contact avec les supports métalliques mention- nés ci-dessus, dont le matériau est différent de celui de la
palette, est soumis à des contraintes thermiques dfes à la dif-
f érence de dilatation thermique entre la palette et le support De plus, le bobinage entouré sur une bobine dont, le matériau est différent de celui de la palette, doit être monté des deux côtés de la palette, et la partie de la palette reliée à la bobine sera également sujette à des contraintes thermiques, comme mentionné ci-dessus, la palette étant en outre chargée
par des conducteurs de connexion des bobinages à un circuit ex-
térieur.
En addition à ce qui précède, la palette doit être articulée de façon flexible par rapport au support, et les
éléments charnières ainsi nécessairesseront pour leur part sou-
mis à des contraintes mécaniques internes lors du fonctionnement.
Ces contraintes portent souvent atteinte à la performance de l'accéléromètre. En conséquence, l'objet principal de la présente invention est de fournir un accéléromètre dont l'exactitude et les performances de fonctionnement soient supérieures à ceux déjà existant, l'accéléromètre selon l'invention pouvant être
également fabriqué-à un coût relativement bas.
Un autre objet de l'invention est de fournir un
tel accéléromètre dans lequel la palette ou pendule est réa-
lisée dans un matériau non magnétique, afin de supprimer les
contraintes thermiques daes à la différence de dilatation-ther-
mique entre la palette et les moyens supports de la palette.
Un objet complémentaire de l'invention est de fournir un accéléromètre dans lequel la palette ne change pas
de forme.
Un autre objet de l'invention est de fournir un
- 2567271
accéléromètre dans lequel les éléments charnières de la palette ne sont pas chargés par des conducteurs de Connexion de bQbinage
montés sur la palette vers un circuit extérieur.
Enfin, un objet encore différent de l'invention est de fournir un accéléromêtre qui soit capable de corriger les erreurs inévitables résultant de l'opération d'assemblage
de l'accéléromètre.
Plus précisément l'invention concerne un accélé-
rometre caractérisé en ce qu'il comprend un montage magnétique présentant un premier stator et un second stator alignés avec l'axe de détection de l'accélération d'un objet sur lequel est monté ledit accéléromètre; une paire d'éléments de support arqué et diamétriquement opposés formés à la surface de chacun desdits
premier et second stators; une paire d'éléments annulaires dis-
posée de façon à être en contact avec chacun desdits éléments de support; des moyens de détection d'accélération consistant en une palette et une rondelle support..en métal non magnétique, fixées entre lesdits éléments annulaires, ladite palette étant connectée à ladite rondelle support par deux éléments charnières distincts, et portant une bobine entourée d'un bobinage, ladite
bobine étant montée sur un support réalisé dans le même maté-
riau que ladite palette, l'élément de connexion dudit bobinage avec.le conducteur d'un circuit extérieur étant positionné sur
une ligne centrale entre lesdits éléments charnières.
Selon une caractéristique avantageuse de l'inven-
tion, la déflexion de ladite palette due à la fabrication dudit
accéléromètre est corrigée en ajustant la densité du flux ma-
gnétique de l'un quelconque des éléments permanents.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in-
vention apparaîtront à la lecture suivante de modes de réali-
sation préférentiels de l'invention, donnés à titre illustra-
tif et non exhaustif et des dessins annexes dans lesquels: - la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un accéléromètre selon l'invention; - la Fig. 2 est une vue éclatée en perspective
4 2567271
d'un accéléromètre selon l'invention; - la Fig. 3 est une vue en plan illustrant
un mode de réalisation de la palette et de la rondelle sup-
port; - la fig. 4 est une vue en coupe transversale
selon sensiblement les lignes IV-IV de la figure 3 ---
- la Fig. 5 est une vue en plan du montage central; - la Fig. 6 est une vue en coupe selon les lignes VI-VI de la figure 5;
- la Fig. 7 est un diagramme schématique du cir-
cuit de l'accéléromètre selon l'invention.
- la Fig. 8 est une vue schématique illustrant
un moyen permettant la correction et I'ajustement de l'acce-
léromètre selon l'invention;
- la Fig. 9 est un diagramme.montrant" l'erreur d'allonge-
ment" de la palette de l'accéléromètre selon l'invention, en comparaison avec celle d'une palette antérieure;
- la Fig. loa ett un diagramme schématique il-
lustrant un mode de réalisation de la palette selon l'inven-
tion dans laquelle la rondelle support de la palette est sup-
portée en deux points, et - la Fig. lob est un diagramme schématique de la
rondelle support de la palette supportée en trois points.
Si l'on se réfère aux dessins, comme représenté en figure 1 et 2, l'accéléromètre 10 selon l'invention-comprend essentiellement une paire de deux montages magnétiques 30a et
b, et un montage central 100 intercalé entre les deux monta-
ges magnétiques.
On peut déjà noter que chacun des deux montages dont il est question cidessus présente un corps cylindrique et une ligne centrale X-X traversant ces montages et parallèle
à la direction de l'accélération que l'on souhaite mesurer.
Les montages magnétiques 30a et 30b sont identi-
ques, et chacun des deux montages 30a, 30b comprend un stator 34 présentant un collier annulaire 32 saillant vers l'intérieur
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au niveau d'une extrémité d'ouverture de chacun desdits mon-
tages, et un aimant permanent 36 classé à l'intérieur, Le
stator 34 est réalisé dans un alliage à base de fer et con-
tenant du nickel, d'une haute perméabilité magnétique, telle que, par exemples,"le permalloy" (marque déposée). Les deux aimants permanant 36 sont disposés de façon à se faire face
par des polarités identiques pour produire des champs élec-
triques dirigés différentiellement selon les flèches "A" de la figure A. L'élément 36 est munie d'une pièce polaire 38, et entouré de manière préférentielle par un élément shunt 40 en alliage ferrique pour compenser les variations des flux magnétiques dues aux variations de la température ambiante. Un interstice d'air étroit 42 est formé entre le collier annulaire 32 et l'élément 36, de façon à permettre le passage du flux magnétique à travers ledit interstice,
comme représenté en figure 1.
L'assemblage central 100 est réalisé en matériau non magnétique, comme par exemple un alliage cobalt nickel, ayant par nature une haute élasticité de façon à former une rondelle support 102 et une palette ou pendule 106 articulée
de façon flexible sur la rondelle support 102 par l'intermé-
diaire de deux éléments charnière 104. La palette 106 et
la rondelle support 102 sont réalisées en une seule pièce.
L'épaisseur de la-palette 106 est la même que celle de la rondelle support 102 et la forme de la palette 106 est sensiblement circulaire, à l'exception des parties adjacentes aux deux articulations 104. Le bord périphérique de la palette 106 est séparé de la rondelle support 108 par
un léger interstice.
Le disque en métal non magnétique de haute élas-
ticité peut être conformé à la palette 106 comme représenté en figure 3, et il est préférable que chacun des éléments charnière 104 soit formé à l'intersection de la périphérie intérieur 109 de la rondelle support 102 avec une ligne faisant un angle de 28 par rapport à la liane rentrae passant par le centre "0" du disque. L'articulation 1Q4 peut être creusée à partir du disque. De manière préférentielle, une portion découpée 110 est réalisée entre les deux éléments charnière
104, de façon à faciliter le passage des connexions électri-
ques. Sur chacune des surfaces de la palette 106 est
montée une bobine 114 autour de laquelle est enroulé un bo-
binage 112. Dans l'art antérieur, le bobinage est réalisé en aluminium du fait que ce métal n'est pas magnétique et
peut être aisément revêtu par un matériau non conducteur.
Lorsque le bobinage d'aluminium est directement fixé à la palette 106 réalisé dans un métau non magnétique de haute élasticité, l'accéléromètre peut de lui même induire des
erreurs dans les mesures effectuées, à cause de la diffé-
rence de la dilatation thermique de la palette et du bobi-
nage. En conséquence, dans la présente invention, le bobinage 114 est monté sur un élément support 116 qui est réalisé dans le même matériau, ou encore un matériau de même coefficient de dilatation thermique, que la palette 116; de plus, l'élément support 116 peut être fixé à la palette par des moyens adéquats, tels que par exemple, une
substance chimique adhésive.
L'extrémité 118 de la bobine 112 est connectée à un conducteur 122, sur une courte tige 120 en matériau non conducteur situé au centre de la portion découpée 106,
de façon à connecter le bobinage 112 avec le circuit élec-
trique extérieur.
Selon la présente invention, et comme représenté en figure 5, les éléments de connexion de l'extrémité du bobinage 118 avec le conducteur 122 sont positionnés sur
une ligne centrale C-C, traversant les deux portions d'ar-
ticulation 104, de façon que lorsque la palette 106 se dé-
place par rapport à la ligne centrale C-C desdites portions d'articulations 104, cette palette n'est pas gênée par le
conducteur 122.
L'assemblage central 100 est intercalé entre deux éléments annulaires de support 50, réalise dans un métal dont
le coefficient de dilatation thermique est identique au maté-
riau dans lequel est réalisé la palette 106 L'assemblage cen- tral 100 pris en sandwich entre les deux éléments annulaires est positionné entre les deux montages magnétiques 30a et
b, de façon à éviter une erreur qui serait due à la diffé-
rence de dilatation thermique de l'assemblage central et des
montages magnétiques.
Dans le but d'éviter un contact direct entre le bord annulaire 32dustator 34 de l'assemblage magnétique 30a avec l'élément annulaire 50, directement avec la surface de
l'élément support 50, deux portions surrélevées 44 sont for-
mées à la surface périphérique 32 du stator 34 de la présente invention, sur une ligne Y-Y croisant perpendiculairement-la ligne passant par le centre "O" de la palette 106, et la ligne centrale reliant la tige 120 et le centre "O" de la
palette. Les deux extrémités de chacune des portions surréle-
vées 44 sont disposées selon un angle "p" donné et modifiable
dont le sommet se trouve sur la ligne X-X. De manière pré-
férentielle, l'angle "P" est égal à environ 420.
Sur chacune des surfaces de la périphérie annu-
laire 32 de chaque stator 34, et entre les deux portions sur-
rélevées 44, est monté un élément capteur 60, qui est réalisé dans un matériau isolant, tel que la céramique, et revêtu d'une couche de métal, par exemple du nickel. La couche métallique
de l'élément capteur 60 est reliée par des conducteurs appro-
priés à un circuit électrique extérieur, de façon à présenter une capacitance par rapport à la palette métallique 106 reliée à la terre. Le mouvement de la palette 106 peut être détecté
électriquement sous forme d'une variation de capacitance.
Comme noté ci-dessus, la palette 106 est réalisée en métal, et
peut être facilement reliée à la masse en connectant un conduc-
teur sur la rondelle support 102. En conséquence, la palette
2567271-
106 ne sera pas affectée mécaniquement ou physiquement, pRr
sa connexion avec la masse.
Le circuit électrique de l'accéléromètre 10 est
représenté en figure 7. Comme mentionné ci-dessus, la palet-
te 106 est connectée à la terre à travers la rondelle support 102 et deux éléments capteurs 60 sont connectés à un détecteur
de position et à un amplificateur 150. Le détecteur de posi-
tion et l'amplificateur 150 sont reliés à un circuit pilote de détection 160, et un compensateur 170. Le compensateur
170 est relié au bobinage 112 à travers un amplificateur 180.
Selon la présente invention, les deux aimants ma-
gnétiques 36 génèrent un flux magnétique et amènent la palet-
te 106 dans sa position neutre.
Lorsque les deux éléments charnière 104 reliant la palette 106 à la rondelle support 102 sont réalisés par une opération de décharge électrique a la machine, la palette
106 va s'écarter de sa position neutre, à cause des contrain-
tes dûes à cette opération. I1 est impossible de supprimer ces contraintes lors du montage de l'accéléromètre et ceci
va conduire à des erreurs notables dans la mesure de l'accé-
lération. Plus précisément, les informations-de sortie erron-
nées provoquées par cette déflexion de montage de la palette
106 seront considérées comme "erreur systématique".
Selon la présente invention, la déflexion ainsi formée de la palette 106 peut être corrigée. La palette 106
est réalisée en matériau non magnétique. Toutefois, il pré-
sente de très faibles propriétés magnétiques, dans la mesure
o il contient quelques impuretés.
Lorsque la palette 106 s'écarte vers le bas, par exemple, par rapport aux éléments charnières 104, on peut placer 11accélêromètre 10 au milièu d'un champ magnétique
représenté par une flèche N-S. Ensuite, l'élément 36b perma-
nent inférieur va être démagnétisé, et le flux magnétique de l'aimant supérieur 36a va augmenter par rapport à celui de l'aimant inférieur 36b. En conséquence, la palette 106 regoit un couple destiné à le déplacer vers le haut par rapport l'élément charnière 104, et la déflexion de la palette peut être ainsi corrigée. La densité du champ magnétique qui doit être appliquée pour corriger la déflexion de la palette 106
peut être évaluée à partir du degré de déflexion.
Comme on peut le comprendre à partir de ce qui précède, les éléments constructifs de l'accéléromètre de la présente invention ne seront pas déformés par des
contraintes magnétiques résultant d'une différence de matériau.
De plus, il est possible de minimiser l'allonge-
ment résultant des contraintes apparaissant dans chacun des éléments charnière 104, dans la mesure o la palette 106 et la rondelle support 102 sont réalisées en une pièce, dans un matériau non magnétique, par exemple un alliage cobalt-nickel
de manière préférentielle.
Des palettes ont été réalisées en alliage cobalt nickel, en alliage de titane, et en alliage de béryllium sous les mêmes conditions, et chacune de ces palettes à été montée
dans l'accéléromètre selon l'invention. Chacun des accélé-
romètres ainsi équipés a été testé à une température de 650C.
La figure 9 montre la relation entre l'erreur intervenant dans de telles accéléromètres en fonction du temps, et montre que l'accéléromètre avec la palette en alliage nickel-cobalt est supérieure aux accéléromètres en palette en alliage de titane
ou en alliage de beryllium, pour ce qui est des caractéris-
tiques d'allongement.
Selon la présente invention, l'élément annulaire est porté par les deux portions surrélevées 44 formes à la surface périphérique 32 de chacun des stators 34, et la contrainte thermique susceptible d'apparaître entre le
stator 34 et l'élément annulaire 50 est aisément éliminée.
Lorsque la palette 106 est supportée par les deux portions surrélevées 44, et que chacun des éléments charnières 104 de la palette 106 est positionné sur la ligne faisant un angle de 28 par rapport à la ligne centrale Y-Y
traversant les portions surrélevées 44, l'angle d'inclinai-
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d'inclinaison d'une ligne tangente "1" qui affleure l'élément charnière 44 se déplace légèrement plus comme représenté en figure 10a, que lorsque la palette est portée par trois points
comme représenté en figure lob.
L'accéléromètre 10 selon la présente invention a présenté d'excellents résultats dans la précision des mesures du fait que les parties constituant l'assemblage central 100 et l'élément support 116 de la bobine 114 sont réalisés dans un métal qui est identique, ou dont le coefficient de dilatation thermique est identique à celui du métériau
la palette 106,et du fait que le point de connexion du conduc-
teur 122 avec l'extrémité du bobinage 112 est positionné sur
une ligne centrale C-C des éléments charnières 104.
Il est clair que la description ci-dessus corres-
pond à un mode de réalisation préférentiel, mais que des mo-
difications peuvent y être apportées, notamment par les spé-
cialistes de ce domaine de la technique, sans s'éloigner de
l'esprit de l'invention.
1i
Claims (1)
12 2567271
dans le même matériau que la palette (1Q6).
4 ) Accéléromètre selon la revendication 1, ca-
ractérisé en ce, que chacun des éléments charnières(104) est positionné à l'intersection de la périphérie intérieure de ladite rondelle support (102) avec une ligne faisant un angle de 28 par rapport à la ligne passant par le centre de ladite
palette (106) sur une surface venant croiser perpendiculaire-
ment l'axe longitudinal dudit accéléromètre.
) Accéléromètre selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ladite palette (106) est réalisée dans un
alliage cobalt-nickel.
6 ) Accéléromètre selon la revendication 1, ca-
ractérisé en ce que la déflexion de ladite palette (106) d e à la fabrication dudit accéléromètre est corrigée en ajustant la densité du flux magnétique de l'un quelconque des éléments
permanents (36).
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Also Published As
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| DE3523593C2 (fr) | 1991-10-17 |
| DE3523593A1 (de) | 1986-02-06 |
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| GB2162317A (en) | 1986-01-29 |
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