FR2593923A1 - Capteur accelerometrique et accelerometre le comportant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne les transducteurs accélérométriques. Elle se rapporte à un transducteur qui comporte une feuille 104 suspendue à des ressorts 103 et ayant des électrodes de commande 111 et des électrodes formant capteurs 112. Une masse 107 est suspendue par des ressorts 108 dans l'ouverture centrale de la feuille 104. La masse est décentrée. La totalité du transducteur est réalisée par des techniques photolithographiques utilisées pour la fabrication des dispositifs à semi-conducteurs. Application à la fabrication des capteurs accélérométriques. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne les accéléromètres, des transducteurs

accélérométriques destinés à donner une indication sur l'amplitude d'une accélération suivant un axe particulier, ainsi que des accéléromètres vibrants, L'invention concerne ainsi des capteurs à inertie

et en particulier des accéléromètres et gyroscopes vibrants.

Les gyroscopes vibrants donnent une mesure de la vitesse angulaire d'un élément vibrant par création d'un signal représentatif de couples appliqués à l'élément

vibrant qui a une vitesse angulaire.

Jusqu'à présent, les gyroscopes et accéléromètres vibrants ont compris un diapason, un barreau vibrant ou un fil métallique comme élément vibrant. Cependant, les gyroscopes et accéléromètres connus n'ont pas permis une miniaturisation ou une fabrication en grande série de

manière facile.

On sait déjà réaliser un accéléromètre à barreau vibrant comprenant un barreau piézoélectrique résonant

qui est sensible à l'accélération suivant l'axe longitudi-

nal de vibration du barreau. L'accélération le long de l'axe déplace la fréquence de résonance et le déplacement

de la fréquence est utilisé comme mesure de l'accélération.

On connait aussi des accéléromètres à corde vibrante, mettant en oeuvre le même principe et dans lesquels l'organe résonant est une corde vibrante tendue. L'accélération suivant l'axe de la corde réduit la tension qui provoque

alors un décalage de la fréquence fondamentale de résonance.

Un instrument convenable transforme le décalage de fréquence

en une mesure de l'accélération.

On a aussi proposé la construction d'un accéléro-

mètre ou séismomètre par formation d'une structure micro-

mécanique ayant une masse placée sur une membrane élastique ou ayant deux barreaux élastiques opposés, comme décrit

dans la demande publiée de brevet britannique n 2 130 373.

Dans ce dispositif, le déplacement de la masse représente

l'accélération dans la direction de déplacement.

Toutes les constructions précédentes permettent

la formation d'un instrument dont la partie mécanique fon-

damentale est simple. Cependant, la plupart des réalisations nécessitent des structures ou des circuits d'adaptation qui ne se prêtent pas facilement à la microminiaturisation et à la fabrication en grande série sous forme d'une seule pastille. L'invention a pour objet un capteur à inertie destiné à être utilisé dans des configurations de faibles dimensions. Elle concerne aussi un capteur à inertie qui peut être réalisé facilement, par mise en oeuvre de techniques

de fabrication en grande série.

Elle concerne aussi une structure de capteur des-

tinée à donner une indication relative à l'accélération

suivant un axe.

Elle concerne aussi un capteur ayant un signal numérique de sortie qui est proportionnel à l'accélération suivant un axe ou qui est une fonction connue de cette accélération. Elle concerne aussi un capteur ayant une excellente résolution. Elle concerne aussi un tel capteur sous forme

d'un dispositif micromécanique.

Elle concerne aussi un tel capteur comprenant un circuit de pilotage et de détection réalisé en une seule

pièce avec lui.

Elle concerne aussi un capteur qui peut intégrer directement l'accélération détectée et qui peut transmettre

un signal numérique de sortie représentatif de l'intégrale.

Plus précisément, l'invention concerne un capteur à inertie ayant un axe d'entrée (Z). Le capteur comporte un organe sous forme d'une feuille et un organe associé de base. L'organe de base est destiné à supporter la région périphérique de l'organe sous forme d'une feuille dans un plan perpendiculaire à l'axe Z, ce plan comprenant un premier axe de référence X et un second axe de référence Y, les axes X et Y étant perpendiculaires l'un à l'autre et recoupant l'axe Z en un point commun. L'organe en forme de feuille entoure une première paire de régions opposées délimitant des cavités en C, placées symétriquement autour de l'axe Y et du point commun. Les parties de l'organe en forme de feuille placé entre les extrémités opposées des régions formant les cavités sont souples et forment des organes d'articulation. La Demanderesse a déjà décrit un accéléromètre ayant une telle configuration géométrique, dans la demande de brevet français n 85 03 962 déposée le 18 mars 1985. Dans cet accéléromètre, la partie de l'organe en forme de feuille se trouvant à l'intérieur par rapport aux régions formant les cavités présente un

déséquilibre massique de part et d'autre de l'axe Y, c'est-

à-dire qu'un côté a une masse supérieure à celle de l'autre.

Des capteurs sont destinés à transmettre des signaux repré-

sentatifs de la position angulaire de la partie intérieure de l'organe en forme de feuille autour de l'axe Y. Ces signaux sont représentatifs de l'accélération du capteur dans la direction de l'axe Z. Ces signaux peuvent être

utilisés pour la commande de moteurs-couples qui maintien-

nent l'élément intérieur de l'organe en forme de feuille dans le plan X-Y, les couples de rappel étant représentatifs

de l'accélération du capteur.

La présente invention concerne un perfectionnement à la structure du capteur à inertie décrit dans la demande

précitée de brevet français et concerne une nouvelle cons-

truction d'accéléromètre vibrant.

Dans un premier mode de réalisation d'accéléro-

mètre selon l'invention, une partie principale de l'organe en forme de feuille, placé à l'intérieur de premières régions formant des cavités en C, entoure une seconde paire de régions opposées formant des cavités en C. Les régions formant des cavités en C de la seconde paire sont disposées symétriquement par rapport à l'axe X et au point commun, avec des parties constituant des organes souples de flexion placées entre les extrémités opposées de la seconde paire de régions formant des cavités afin qu'une partie secondaire de la feuille soit suspendue comme un pendule, à l'intérieur de la secondaire paire, et puisse présenter un déplacement angulaire autour de l'axe X. La partie secondaire de la feuille a un déséquilibre de masse de part et d'autre de l'axe X, son centre de gravité se trouvant en dehors du plan nominal de la feuille, si bien que l'accélération suivant l'axe Z modifie le moment d'inertie autour de l'axe

Y de l'ensemble comprenant les parties principale et secon-

daire de la feuille. Un signal de sortie proportionnel à l'accélération suivant l'axe Z est formé par excitation

de la partie principale de la feuille à sa fréquence fonda-

mentale de résonance autour des organes de flexion et par mesure des variations de cette fréquence fondamentale de déplacement. De façon générale, un transducteur accélérométrique selon l'invention comporte une base destinée à supporter périphériquement une région périphérique de la feuille

dans un plan normal à un axe d'entrée Z. Une partie inté-

rieure de la feuille est suspendue à la base par un premier arrangement élastique destiné à permettre le mouvement oscillant de cette partie avec des excursions angulaires limitées autour d'un axe central se trouvant dans le plan

du support périphérique de la feuille. Une masse est sup-

portée élastiquement à la feuille d'une manière qui permet un déplacement, induit par l'accélération, du centre de gravité de la masse, ce déplacement ayant une composante

suivant l'axe d'entrée. L'accélération suivant l'axe d'en-

trée fait varier le moment d'inertie de l'ensemble formé de la feuille et de la masse autour de l'axe central, avec modification de la fréquence du mouvement oscillant d'une

quantité reliée fonctionnellement à l'amplitude de l'accé-

lération. Un dispositif est destiné à exciter la feuille - à sa fréquence caractéristique et à mesurer sa fréquence d'oscillation. Dans un mode de réalisation préféré, un premier transducteur comporte une masse suspendue en position décalée à la feuille dans un premier sens le long de l'axe d'entrée et un second transducteur comporte une masse décalée par rapport à la feuille dans l'autre sens suivant l'axe d'entrée. Le changement de la fréquence oscillante du second transducteur est soustrait de celui du premier transducteur afin qu'une quantité reliée de façon approximativement linéaire à l'accélération soit formée. Dans un mode de

réalisation préféré, les feuilles, les dispositifs élasti-

ques et les masses sont des dispositifs micromécaniques fabriqués par les techniques de réalisation des dispositifs

à semi-conducteurs. Des techniques de fabrication corres-

pondant à des modes de réalisation comprenant du silicium et de l'oxyde de silicium sont décrites. Un dispositif électrostatique de commande de la feuille et un dispositif constituant un capteur capacitif destiné à détecter sa

vibration sont aussi représentés.

La théorie et la construction des accéléromètres

selon l'invention sont décrits en référence à la description

des dispositifs décrits dans la demande précitée de brevet français n 85 03 962 et à un gyroscope et un accéléromètre plus ancien décrits dans ce document. Ces dispositifs connus

sont représentés sur les figures 1 & 6.

De manière générale, dans un gyroscope connu, un gyroscope de forme généralement plane est destiné à créer, en combinaison, un vecteur moment oscillant et un signal de sortie mesurable de couple oscillant en présence d'une

vitesse angulaire. L'organe en forme de feuille du gyros-

cope a au moins un élément interne plan destiné à osciller autour de l'axe Y à une fréquence choisie. L'élément interne est aussi réalisé afin qu'il bascule autour de l'axe X en présence d'une vitesse angulaire autour de l'axe d'entrée Z. Le gyroscope a au moins un élément externe plan de commande destiné à être entraîné de façon oscillante avec des excursions limitées autour de l'axe Y à la fréquence choisie (en étant par exemple entraîné par un organe

d'application d'une force électrostatique ou électromagné-

tique). L'élément de commande est couplé à l'élément interne afin que le déplacement oscillant de l'élément de commande provoque un mouvement oscillant de l'élément interne. Des capteurs de position transmettent des signaux représentatifs de la position angulaire de l'élément interne par rapport à l'axe X ces signaux étant eux-mêmes représentatifs des vitesses angulaires appliquées au dispositif autour de l'axe Z. Dans divers modes de réalisation, le gyroscope vibrant peut comporter plusieurs éléments internes couplés à son élément de commande ou au contraire il peut comporter

un seul élément interne couplé à son élément de commande.

La configuration géométrique plane des dispositifs décrits permet la fabrication de capteurs à inertie à partir de feuilles d'un matériau par mise en oeuvre de techniques peu coûteuses de production en grande série. Les capteurs peuvent être formés par découpage d'une feuille unique d'un matériau tel que l'acier ou l'aluminium. Dans d'autres modes de réalisation, des capteurs miniatures à inertie peuvent être réalisés à partir d'une mince couche d'un matériau diélectrique (tel que SiO2, Si3N4, ou (Si02)x(Si3N4)y

sur un substrat de silicium, par mise en oeuvre des tech-

niques classiques d'attaque chimique des semi-conducteurs.

L'utilisation de cette dernière technique en particulier permet la construction de nombreux capteurs à inertie de type miniature, ayant une très faible dimension, sur une seule pastille semi-conductrice, et permet une utilisation rentable de capteurs redondants à inertie si bien que les

caractéristiques et la fiabilité des systèmes de gui-

dage par inertie sont considérablement augmentées. Ces

matériaux et caractéristiques de fabrication sont avantageu-

sement mis en oeuvre selon l'invention. En outre, la dimen-

sion des capteurs à inertie selon l'invention permet l'uti-

lisation d'une commande électrostatique permettant l'uti-

lisation de signaux de tension relativement faibles pour l'application de forces de commande relativement grandes

et pour l'obtention de signaux de sortie relativement im-

portants.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective d'un capteur à inertie de type connu sous forme d'un gyroscope vibrant; la figure 2 est une coupe du gyroscope de la figure 1, suivant l'axe X; la figure 3 est une coupe du gyroscope de la figure 1, suivant l'axe Y;

la figure 4 représente des formes d'ondes de com-

mande de l'élément de commande du gyroscope des figures

1 à 3;

la figure 5 est une vue en plan d'un autre dispo-

sitif connu; la figure 6 est une vue en plan d'un capteur plan à inertie sous forme d'un accéléromètre; la figure 7 est une perspective d'un transducteur accélérométrique selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 8 est une coupe par un plan vertical suivant l'axe Y du mode de réalisation de la figure 7; la figure 9 est une coupe par un plan vertical suivant l'axe X du mode de réalisation de la figure 7; la figure 10 est un diagramme synoptique d'un

accéléromètre intégrateur comprenant plusieurs transduc-

teurs;

la figure 11 est une perspective d'un autre trans-

ducteur selon l'invention; et la figure 12 est une coupe du transducteur de

la figure 11.

On considère maintenant, en référence aux figures 1 à 6, la théorie et la structure de dispositif de détection par inertie tel que décrit dans la demande précitée de

brevet français n 85 03 962.

Les figures 1 à 3 représentent un gyroscope 10 tel que décrit dans la demande précitée. Le gyroscope 10 comporte un organe nominalement plan 6 sous forme d'une feuille relativement mince, son périmètre se trouvant dans un plan défini par l'intersection d'axes de référence X et Y. Un axe d'entrée Z perpendiculaire aux axes X et Y recoupent ces derniers en un point commun 7. La feuille 6 est supportée aux bords du gyroscope 10 afin que les parties de feuille 6 se trouvant à l'intérieur des bords soient placées au-dessus d'un substrat 8 (ou organe de base) à distance de celuici. Dans des variantes, l'organe de base peut être placé au-dessous de l'organe 6 en forme

de feuille, sauf au niveau des supports périphériques.

Dans un mode de réalisation avantageux de ce gyroscope, la feuille 6 comporte une première paire de régions 12 sous forme de cavités en C et une seconde paire de régions 14 sous forme de cavités en C. L'expression "en C" se réfère de façon générale à la configuration des régions respectives comprenant chacune une partie disposée à peu près sur 180 autour d'un point central (par exemple, une forme"en C" est constituée par un demi-cercle recouvrant

autour de son centre, mais une telle forme en C com-

prend aussi deux segments rectilignes raccordés à leurs

extrémités, avec une forme en V). Dans le mode de réalisa-

tion représenté, les régions des cavités de la paire 12 ont pratiquement une même étendue de même que les régions formant les cavités de la paire 14. Les cavités 12 sont plus grandes que les cavités de la paire 14, alors que les régions de la paire 12 sont placées symétriquement autour de l'axe Y et par rapport au point commun 7, les régions de la paire 14 étant disposées symétriquement par rapport à l'axe X et au point commun 7. Dans d'autres modes de réalisation du gyroscope, il n'est pas nécessaire que les régions formant les cavités opposées aient la même

forme et la même étendue.

Les parties de la feuille 6 comprise entre les extrémités opposées des cavités de la paire 12 (portant les références 20 et 22 sur la figure 1) et les parties de la feuille 6 comprise entre les extrémités opposées des cavités de la paire 14 (portant les références 24 et 26 sur la figure 1) sont relativement flexibles et forment une articulation souple de la partie d'organe 6 se trouvant

à l'extérieur des cavités 14 par rapport à la partie inté-

rieure de la cavité 14. En conséquence, la feuille, d'un côté de chacune de ces parties, est couplée à la feuille se trouvant de l'autre côté de la partie respective d'une manière qui permet une rotation limitée d'un côté par rapport

à l'autre autour de l'axe passant par ces parties.

Grâce à cette configuration, les régions formant les cavités de la paire 14 et les parties 24 et 26 formant les articulations souples de la feuille 6 délimitent un élément interne ou à inertie 30, c'est-à-dire que l'élément est disposé de façon générale à l'intérieur des cavités de la première paire 14. La partie de feuille 6 délimitée par les cavités de la paire 12, les parties d'articulation

et 22, les cavités de la paire 14 et les parties d'arti-

culation 24, 26 forment un élément 32 de commande du gyros-

cope 10, c'est-à-dire que l'élément 32 se trouve à l'inté-

rieur des cavités de la paire 12. L'élément 32 de commande peut présenter des déplacements angulaires limités autour de l'axe Y par rapport au périmètre de la feuille 6 (qui est supportée à ses bords par l'organe 8 de base) comme

le permettent les parties 20 et 22 constituant les articula-

tions souples. De même, l'élément interne 30 peut présenter des déplacements angulaires limités autour de l'axe X par rapport à l'élément de commande 30, car ce mouvement est

permis par les articulations souples 24 et 26.

Grâce à cette configuration, l'élément 32 d'entraî-

nement a une forme générale plane et se trouve dans un plan contenant l'axe Y et un axe X' (qui est perpendiculaire à l'axe Y et le recoupe au point commun 7). L'élément interne 30 a aussi une forme générale plane et se trouve dans un

plan délimité par les axes X' et Y' (ce dernier étant perpen-

diculaire à l'axe X' et recoupant celui-ci au point commun 7). Sur les figures 1 à 3, les axes X et X' sont représentés comme étant coaxiaux aux axes Y et Y'. Cependant, lors du fonctionnement, l'axe X' est décalé angulairement par rapport à l'axe X, d'une manière périodique de façon générale, et l'axe Y' est décalé angulairement par rapport à l'axe Y,

d'une quantité qui dépend de la vitesse angulaire du gyros-

cope 10.

Dans le gyroscope représenté, l'élément interne comporte un barreau allongé 31 placé à sa surface et disposé dans la direction X'. Comme indiqué dans la suite, ce barreau 31 est un simple exemple d'élément destiné à donner une relation voulue entre les moments d'inertie de l'élément 30 autour des axes X', Y' et Z', ces moments

étant nécessaires pour que le gyroscope 10 ait la sensibi-

lité voulue.

La feuille 6 n'est pas conductrice de l'électri-

cité de manière générale. Comme représenté, l'élément interne 30 comporte des régions conductrices et sensibles et 42 à la face supérieure. Dans des variantes, les régions 40 et 42 peuvent être placées à la face inférieure

de l'élément 30 ou à la fois aux faces supérieure et infé-

rieure de cet élément 30. Des régions 40 et 42 sont reliées électriquement à un circuit électrique par des trajets conducteurs (repérés par les références 40a et 42a). Les régions 40 et 42 de détection sont destinées à être placées en face d'éléments conducteurs plans fixés par rapport

à l'organe de base 8. Lorsque l'organe de base 8 est conduc-

teur de l'électricité, il peut former un élément conducteur placé en face des régions 40 et 42. (Dans d'autres modes de réalisation, des organes conducteurs séparés peuvent

être fixés à l'organe 8). Les paires d'éléments conduc-

teurs forment ensemble un transducteur de position cons-

tituant un capteur capacitif dont la capacité est repré-

sentative de l'orientation angulaire de l'élément interne 30 autour de l'axe X (c'est-à-dire l'angle formé par les

axes Y et Y').

L'organe 32 de commande a deux régions 46 et 48

de commande qui sont conductrices, à sa face supérieure.

Comme les régions 40 et 42 dans d'autres modes de réalisa-

tion, les régions 46 et 48 peuvent être formées à la face inférieure de l'élément 32 ou à la fois aux faces inférieure et supérieure de l'élément 32. Les régions 46 et 48 sont reliées électriquement au circuit extérieur par des trajets conducteurs (repérés par les références 46a et 48a). Les régions 46 et 48 de commande sont destinées à être placées en face des éléments conducteurs et plans fixés à l'organe de base. Lorsque l'organe 8 est conducteur, il peut cons- tituer les éléments conducteurs placés en face des éléments

46 et 48. Ces paires d'éléments opposés peuvent être comman-

dées sélectivement ensemble afin que des forces électrosta-

tiques permettent le déplacement de l'élément 32 de commande

iO suivant un mouvement oscillant autour de l'axe Y (c'est-

à-dire de manière que l'angle formé par les axes X' et X

présente une variation oscillante en fonction du temps).

Un générateur de signaux est destiné à transmettre un premier signal de commande (appliqué à un condensateur formé par la région 46 de commande et l'élément conducteur opposé de commande), et une seconde tension de commande (qui est appliquée au condensateur formé par la région 48

de commande et l'élément conducteur opposé de commande).

Les premier et second signaux de tension de commande sont périodiques et ont la même fréquence fondamentale (et ainsi la même périodicité), et une composante continue non nulle, le premier signal de tension de commande étant déphasé de par rapport au second. La figure 4 représente des exemples de signaux sous forme d'une tension de commande, de forme générale rectangulaire. Lors de l'utilisation de

signaux bipolaires, ces signaux sont asymétriques, par exem-

ple tels que représentés sur la figure 4.

Lors du fonctionnement, comme le signal de com-

mande fait alterner les forces électrostatiques, entre les éléments conducteurs et les condensateurs respectifs et en conséquence de ces forces, l'élément 32 de commande oscille autour de l'axe Y à la fréquence de répétition des signaux sous forme de la tension de commande. Ce mouvement oscillant de l'organe 32 de commande est couplé à l'élément interne 30 (qui oscille lui aussi autour de l'axe Y) par

les parties 24 et 26 formant des articulations souples.

Dans les configurations de faible dimension dans lesquelles la distance comprise entre les régions 46 et 48 et les éléments conducteurs associés en regard sont faibles, les forces électrostatiques importantes peuvent être créées par des tensions relativement faibles de commande. Dans d'autres modes de réalisation, un mouvement oscillant correspondant des éléments 30 et 32 autour de l'axe Y peut être établi à l'aide d'autres techniques, par exemple à

l'aide de forces électromagnétiques.

Lorsque les éléments 30 et 32 oscillent de cette manière et créent donc un vecteur moment oscillant, une vitesse angulaire autour de l'axe Z provoque l'application d'un couple gyroscopique qui fait basculer l'élément interne 30 en-dehors du plan de l'élément 32 de commande

d'un angle proportionnel à l'amplitude de la vitesse angu-

laire (et qui correspond à l'angle des axes Y et Y').

La sensibilité du gyroscope 10 à la résonance est donnée approximativement par la formule 02y(Ilx + I!y - Ilz)/Ilx Glx = Wz 2nDRlx dans laquelle G1x représente l'inclinaison de l'élément interne 30 mesuré par rapport au plan X-Y, Ilx est le moment d'inertie de l'élément interne 30 autour de l'axe X, Ily représente le moment d'inertie de l'élément interne 30 autour de l'axe Y', Ilz représente le moment d'inertie de l'élément interne 30 autour de l'axe Z', 2y représente le déplacement angulaire maximal de l'élément 32 de commande autour de l'axe Y, wn est la fréquence de résonance de l'élément interne 30 autour de l'axe X', DRlx est le rapport

d'amortissement de l'élément interne 30, et W est la vi-

z tesse angulaire autour de l'axe Z. Ainsi, la sensibilité est proportionnelle à (lx + Ily - Ilz)/Ilx, Ilx, Ily et Ilz étant les moments d'inertie de l'élément interne 30 autour des axes X', Y' et Z' respectivement. Lorsque la sensibilité doit être maximale, la configuration de l'élément interne 30 doit

rendre maximale la relation entre les moments d'inertie.

Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3 (l'élément 20 étant une feuille mince), un barreau

31 disposé suivant l'axe X' est placé sur l'élément 30.

Dans d'autres modes de réalisation, l'élément 30 peut avoir d'autres configurations, notamment afin qu'une relation entre les moments d'inertie autour des axes X', Y' et Z'

soit obtenue et donne la sensibilité voulue.

Dans un mode de réalisation avantageux d'un tel gyroscope donné à titre purement illustratif, le gyroscope a la configuration générale représentée sur les figures 1 à 3 dans laquelle la feuille 6 est une feuille de bioxyde de silicium de 1,0 micron d'épaisseur supportée à ses bords par un substrat 8 de silicium. La partie centrale de la feuille (comprenant l'élément interne 30 et l'élément de commande 32) est séparée du substrat 8 d'une distance de 8,7 microns dans la direction Z (comme l'indique la dimension

D des figures 2 et 3). L'élément interne 30 est rectangu-

laire et a des dimensions de 125 microns dans la direction Y et de 125 microns dans la direction X, et le barreau 31 qui est centré au-dessus de l'axe X est formé d'or et a une dimension de 15 microns dans la direction Z', de 12,5

microns dans la direction Y' et de 105 microns dans la direc-

tion X'. L'éiément 32 de commande est un "anneau rectangu-

laire" de 50 microns de largeur environ (comme représenté), ayant des dimensions externes de 250 microns par 250 microns, les régions 46 et 48 ayant chacune des dimensions de 125 microns (dans la direction Y) et de 40 microns (dans la

direction X). Avec cette configuration, une tension de com-

mande de 10 volts appliquée à une fréquence de 1000 Hz donne une sensibilité de sortie d'environ 46 millivolts/rad.s,

pour un angle de sortie (01x/Wz) de 4 minutes d'arc/rad.s.

Dans ce mode de réalisation préféré, le gyroscope est formé à partir d'une plaquette de silicium de type b, ayant par exemple une épaisseur de 300 microns, par mise

en oeuvre des opérations classiques de traitement photo-

lithographique et des semi-conducteurs. Une diffusion de bore (p+) de concentration élevée est réalisée dans les zones dans lesquelles une limite doit être présentée à l'attaque chimique. Une couche épitaxiale est ensuite formée

par croissance sur 10 microns d'épaisseur environ. L'épais-

seur de cette couche détermine la distance séparant la

feuille 6 du substrat 8. A ce moment, un circuit électroni-

que est réalisé sur une zone distante du substrat de la pastille. Ensuite, la feuille 6 subit une opération de croissance thermique jusqu'à une épaisseur d'environ 1 micron par oxydation de la surface de la couche épitaxiale.

Plusieurs étapes de croissance sélective, d'attaque chimi-

que et de nouvelle croissance sont nécessaires pour l'obten-

tion de l'épaisseur voulue des organes souples d'articula-

tion dans les diverses régions de la feuille 6, contenant l'élément interne 30, l'élément 32 de commande et les articulations souples 20, 22, 24 et 26. Le barreau 31 est

réalisé ensuite par dépôt ou par d'autres techniques.

La plaquette est alors revêtue d'un métal (par exemple de chrome-or) et est mise à la forme d'un dessin destiné à constituer des électrodes 40, 42, 46, 48 et des

connexions métalliques au circuit porté par la pastille.

L'étape suivante est la formation du dessin et l'attaque

chimique de la couche 9 (SiO2) afin que les régions cons-

tituant les cavités en C soient formées. La plaquette est attaquée chimiquement dans une opération d'attaque qui

dépend de la résistivité (par exemple avec de l'éthylène-

diamine, du pyrochatécol et de l'eau). Cette matière assure l'attaque jusqu'à la couche épitaxiale d'arrêt correspondant à la diffusion p+ du substrat et laisse la plaque 6 de SiO2 suspendue par les régions 22 et 24. La plaquette est nettoyée, séchée et sciée afin qu'elle forme des éléments gyroscopiques individuels. Ces éléments peuvent alors être

mis dans des bottiers convenables, le circuit de la pas-

tille étant relié convenablement à des fils d'alimentation

du boîtier.

Dans des variantes de ce gyroscope, un capuchon séparé peut être placé par-dessus la feuille 6 à distance de celle-ci et est raccordé à la feuille à l'endroit o celle-ci est portée par l'organe de base 8. Dans cette configuration, des organes de commande et des capteurs (électromagnétiques ou électrostatiques) peuvent être créés d'une manière analogue à la réalisation décrite, si bien que le capteur à inertie peut fonctionner alors que la feuille est retenue dynamiquement dans le plan XY. Dans d'autres variantes, la feuille 6 peut être découpée dans un matériau sous forme d'une feuille unique, par exemple d'aluminium ou d'acier, fixée à ses bords à

un élément périphérique de support. Dans ce mode de réali-

sation, le barreau 31 peut être formé d'une partie de la feuille qui est repliée à 90 en dehors du plan de la

feuille, ou par fixation d'un organe de forme convenable.

Les dispositifs de commande ou capteurs ou ces deux types

d'éléments peuvent être de type capacitif ou électromagné-

tiques ou mixtes.

Il faut noter que, dans le mode de réalisation

de dispositif réalisé à partir d'un matériau semi-conduc-

teur, un circuit supplémentaire peut être incorporé à la plaquette semiconductrice (ou à la pastille) par mise en oeuvre des techniques classiques de fabrication des circuits intégrés, si bien que le gyroscope réalisé est

petit, plan, de type vibrant et muni d'un circuit électro-

nique associé. Dans de telles configurations, la réduction

de taille qui peut être obtenue est extrêmement grande.

En outre, plusieurs gyroscopes peuvent être réalisés et

reliés sur une seule plaquette (ou pastille), avec un cir-

cuit permettant un fonctionnement redondant si bien que

la fiabilité globale de l'ensemble est élevée.

La figure 5 est une vue en plan d'une variante 110 du gyroscope précédent. Le gyroscope 110 est analogue de façon générale au mode de réalisation de la figure 1, mais l'organe de commande comprend trois organes internes destinés chacun à basculer autour de l'un de trois axes parallèles (X'1 X2' X'3) qui sont tous perpendiculaires à l'axe Y et qui recoupent cet axe à des points centraux respectifs 7a, 7b et 7c. Dans des variantes, un nombre différent d'organes internes peut être utilisé. Sur la figure 5, les éléments correspondant à des éléments de la figure 1 portent des références identiques. En outre, la partie de substrat 8 placée audessous des régions 12 et

14 formant les cavités est représentée avec des hachures.

Comme l'indique la figure 5, l'élément 32 de commande (et ainsi les axes X'1 X' et X' 3) et l'élément interne 30

1' 2 3

(et ainsi l'ensemble de la feuille 6) sont représentés dans le plan X-Y bien que, lors du fonctionnement, ces éléments soient décalés angulairement de façon générale par rapport

à la position représentée.

Dans la configuration de la figure 5, chacun des éléments internes 30 est délimité par deux régions opposées sous forme de cavités en C placées symétriquement autour de l'un des trois point centraux (7a, 7b et 7c) et de l'un des axes X'l, X'2 et X'3 (comme représenté). Il faut noter que, comme indiqué précédemment, l'expression "en C" désigne des régions formant les cavités comme indiqué par les parties hachurées qui délimitent l'organe interne 30 sur la figure 5. Dans le gyroscope 110, les trois régions conductrices

46 sont connectées les unes aux autres par un trajet conduc-

teur 46a afin que trois capteurs capacitifs parallèles soient formés (en coopération avec le substrat conducteur 8 placé au-dessous). Les trois régions conductrices 48 sont

connectées de manière analogue au trajet conducteur 48a.

Dans cette configuration, les capteurs capacitifs sont très sensibles aux vitesses angulaires autour d'axes parallèles à un axe perpendiculaire à l'axe Y et à l'axe X.

Comme l'indique la figure 5, les régions conduc-

trices 40a, 42a, 46a et 48a sont reliées au circuit central 60 (qui peut être intégré dans la pastille par mise en oeuvre

de la technologie classique des circuits intégrés) qui com-

mande le fonctionnement du gyroscope 110.

La figure 6 représente un autre capteur à inertie décrit dans la demande précitée de brevet français, sous forme d'un accéléromètre 50. L'accéléromètre 50 est analogue au gyroscope 10 de la figure 1, mis à part qu'il ne comporte pas d'éléments correspondant aux régions 12 formant des cavités, aux régions 20, 22 et aux régions conductrices 46, 46a, 48 et 48a, l'élément 30 ayant en outre une masse plus importante sur la partie se trouvant d'un côté de l'axe Y que de l'autre côté si bien qu'un déséquilibre de masse est créé autour de l'axe Y. Le déséquilibre, de masse est indiqué par le centre de gravité CG de la figure 6. Par ailleurs, les éléments de l'accéléromètre 50 sont identiques à ceux du gyroscope 10. Lors du fonctionnement, le déplacement angulaire de l'élément 30 autour de l'axe Y, détecté à l'aide des régions conductrices 40 et 42, donne une mesure de l'accélération suivant l'axe Z. Dans ce mode de réalisation,

les axes X et Y sont interchangeables.

On considère maintenant les modes de réalisation

préférés, La description qui précède des figures 1 à 6 permet

la compréhension des systèmes vibrants du type décrit dans la demande précitée de brevet français. L'invention met

en oeuvre des structures mécaniques de ce type pour la réa-

lisation de transducteurs accélérométriques micromécaniques

*de construction originale.

La figure 7 est une perspective d'un mode de réa-

lisation préféré de transducteurs accélérométriques 100

selon l'invention, ayant une structure mécanique fondamentale -

semblable dans une certaine mesure à celle du capteur de la figure 1. Le transducteur 100 est destiné à détecter l'accélération suivant un axe d'entrée, appelé axe Z, et

comporte une base 101 et une feuille 102. La base 101 sup-

porte des régions périphériques de la feuille 104 dans un plan qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe d'entrée Z. La base 101 délimite- une cavité 113 en forme de plateau ayant des parties 105a, 105b formant des ouvertures opposées en C dans le plan nominal de la feuille 102. Cette dernière a une partie 104 placée à l'intérieur de la région supportée par la base 101, cette partie 104 étant suspendue au-dessus de la cavité 113 par des ressorts 103 alignés suivant l'axe repéré par la référence Y, dans le plan nominal de la feuille 102. Les ressorts 103 sont des ressorts à lame permettant un déplacement par torsion de la partie 104 autour de

l'axe Y, cette torsion étant limitée élastiquement.

Un autre jeu d'ouvertures opposées en C 106a,

106b délimite une partie interne 107 de feuille, à l'inté-

rieur de la partie 104. La partie 107 de feuille est sus-

pendue à la partie 104 par deux ressorts 108 orientés sui- vant un axe (appelé axe X) se trouvant dans le plan nominal de la feuille 102 et perpendiculaire à l'axe Y. Les ressorts 108 sont aussi des ressorts de torsion permettant des excursions angulaires limitées de la partie interne 107 de feuille autour de l'axe X. Dans le mode de réalisation représenté, la partie 104 de feuille présente un équilibre massique par rapport à l'axe Y et la partie interne 107 a un déséquilibre de masse par rapport à son axe central

X. Comme représenté, la partie 107 de feuille a une extré-

mité mince 109A et une extrémité épaisse 109B. De préfé-

rence, la feuille 102 et les parties de feuille 104 et 107 sont formées d'une seule feuille par enlèvement du matériau dans les ouvertures 105a, 105b, 106a, 106b et

par découpe par-dessous afin qu'une cavité 113 soit formée.

Dans une variante, des éléments séparés peuvent être utili-

sés pour la réalisation des éléments 102, 103, 104, 107 et 108. Dans le mode de réalisation formé par une seule feuille, les ressorts 103 et 108 sont formés par dopage ou réalisation d'une autre manière d'éléments élastiques sous forme de minces régions résistant à l'attaque chimique

lors de la formation des couches 102, 104, 107 par crois-

sance, si bien que les ressorts sont conservés après la découpe audessous de la feuille. L'extrémité épaisse 109B de la partie interne 107 de feuille est formée par dépôt de matériau sur une épaisseur plus importante d'un premier côté d'une première extrémité de la partie 107 de feuille

afin que cette partie présente un déséquilibre. En consé-

quence, la partie 107 de feuille, y compris les extrémités 109A et 109B, se caractérise par un centre de gravité qui se trouve décalé par rapport au point d'intersection des axes Y et Z et qui est décalé par rapport au plan nominal

(Z = 0) de la feuille 104.

Dans ce mode de réalisation, les ressorts 103

et 108 sont des ressorts à lames ayant une longueur relati-

vement faible suivant leurs axes principaux (les axes Y et X respectivement). En conséquence, ces ressorts peuvent être caractérisés comme étant des ressorts de torsion ayant tendance à ramener la partie respective de feuille 104 et 107 en position lorsque ces parties présentent des excursions en dents de scie autour de l'axe respectif Y et X. Les ressorts 103 et 108 ne fléchissent pas suivant

leur longueur d'une manière notable. Grâce à cette confi-

guration géométrique, lorsque la partie 104 de feuille oscille autour de l'axe Y, la partie 107 est supportée car sa suspension est perpendiculaire à l'axe Y. Une force dirigée suivant l'axe Z provoque cependant un déséquilibre de la répartition des forces de part et d'autre de la partie de feuille 107 et provoque un mouvement pendulaire de cette partie 107 autour de l'axe X, avec modification du moment d'inertie de la structure composite comprenant les parties de feuille 104 et 107 et les ressorts 103 et 108, suivant l'axe Y. Par exemple, une accélération dirigée vers le bas (comme représenté) suivant l'axe Z déplace le centre de gravité de la partie 107 de feuille plus près de l'axe

Y et provoque un changement du moment d'inertie. La struc-

ture formée de la partie 104, des ressorts 108 et de la partie 107 a une fréquence fondamentale ou caractéristique

de déplacement autour de sa suspension formée par les res-

sorts 103. Cette fréquence est fonction du moment d'inertie

de la structure 104, 107, 108 autour de l'axe Y. En consé-

quence, un mouvement du centre de gravité de la partie 107 de feuille vers l'axe Y, réduisant le moment d'inertie autour de l'axe Y, augmente la fréquence fondamentale du système autour de l'axe Y. Cette propriété est utilisée dans un transducteur accélérométrique selon l'invention par commande de la feuille 104 à sa fréquence fondamentale et par mesure des écarts par rapport à la fréquence, du fait d'une accélération suivant l'axe

Z. De telles variations sont représentatives de l'accélé-

ration suivant l'axe Z et du déplacement correspondant non

pendulaire du centre de gravité de la partie 107 de feuille.

Dans le mode de réalisation avantageux représenté, la partie 104 de feuille est commandée par des circuits électrostatiques de commande comprenant des plaques ou

électrodes 111 de commande représentées en traits interrom-

pus sous la feuille 104. Les plaques 111 de commande sont de préférence des plaques métalliques conductrices déposées sur la partie 104 de feuille pendant la fabrication. Dans ce cas, l'organe 101 de base est conducteur, et les plaques 111 de commande peuvent être déposées sur une couche isolante convenable placée sur la partie 104 de feuille, en face d'une surface de la base 101. Des fils conducteurs (non représentés) sont disposés afin qu'ils transmettent une tension de commande à une fréquence permettant la commande

de la partie 104 de feuille de manière qu'elle oscille har-

moniquement autour de son axe comme décrit précédemment en référence à la figure 1. Dans une variante, la partie

104 de feuille peut être constituée d'un matériau conduc-

teur, et des électrodes correspondant à la plaque 111 peuvent être enrobées dans la structure de base, avec un isolement convenable, audessous de la partie 104 de feuille afin que la commande soit assurée. Des plaques 112 formant des capteurs capacitifs sont déposées à l'extrémité opposée de la partie 104 de feuille et sont destinées à donner un signal représentatif de la fréquence réelle de déplacement de la partie 104 de feuille par déplacement par rapport

aux électrodes correspondantes de capteur.

Lors du fonctionnement, la partie 104 de feuille est commandée à sa fréquence de résonance et une boucle

de réaction comprenant les électrodes 112 du capteur capa-

citif détermine la fréquence réelle de déplacement et la compare à la fréquence de résonance. En pratique, la fréquence

réelle peut être mesurée autrement que par un capteur capa-

citif, par exemple par réflexion optique à partir de sa surface vers un photocapteur. De même, la partie 104 de

2S93923

feuille peut être commandée par un dispositif non électro-

statique, par exemple par un mécanisme piézo-électrique.

Ainsi, plusieurs formes de dispositifs de commande con-

viennent à la commande de la partie 104 de feuille à sa fréquence de résonance afin que les variations de cette

fréquence de "repos" ou fondamentale puisse être contrôlée.

La figure 8 est une coupe par un plan vertical passant par l'axe Y, du transducteur de la figure 7. Comme représenté, la face supérieure de la région de la feuille 102 qui est supportée périphériquement, de la partie 104

et de la partie 107 de feuille se trouvent toutes pratique-

ment dans le même plan. Une cavité 103 formée dans la base 101 est placée sous toutes les parties de feuille 104 et 107. Cependant, lors du fonctionnement, les parties de

feuille 104 et 107 ont des excursions d'oscillation indui-

tes par l'accélération en dehors du plan nominal déterminé par le support périphérique. La plaque 111, comprenant une mince partie métallisée, est déposée sous la partie 104 de feuille en face de la base 101, de l'autre côté de l'espace 113. Le centre de gravité 114 de la partie 107 de feuille se trouve légèrement au-dessus du plan nominal

de la feuille 102.

La figure 9 est une coupe verticale passant par l'axe X, du dispositif de la figure 7. Comme représenté, la partie relativement épaisse 109B de la partie interne

107 de feuille dépasse du plan nominal de la feuille 102.

Les spécialistes en instruments à inertie peuvent noter que, dans le cas de faibles déplacements de la partie

107 de feuille autour de l'axe X ou l'action d'une accélé-

ration, la variation de fréquence de résonance de la struc-

ture 104, 108, 107 est à peu près la même pour des varia-

tions de l'accélération vers le haut et vers le bas (comme représenté), à moins qu'une force de rappel soit appliquée par décalage du centre de gravité de la partie 107 formant pendule au-dessus ou au-dessous de l'axe Y. Dans un système

selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'ins-

trument est linéarisé par utilisation de deux transducteurs

analogues à ceux de la figure 7.

Un tel dispositif est schématiquement représenté sur la figure 10 qui comporte deux accéléromètres ACC1 et ACC2. Sur la figure 10, les parties de feuille sont représentées schématiquement pour chacun des accéléromètres 1 et 2. Le premier transducteur ACC1 a son extrémité 109B de la partie 107 de feuille dont le centre de gravité se trouve d'un premier côté du plan X-Y, c'est-à-dire vers

le haut dans la direction de l'axe Z. Le second transduc-

teur ACC2 a, à son extrémité correspondante 109B', un centre

de gravité se trouvant du côté opposé du plan X-Y, c'est-

à-dire vers le bas dans la direction de l'axe Z par rapport

à la feuille. Cette construction est indiquée schématique-

ment sur la figure 10 par une couche supplémentaire placée du côté convenable à une extrémité de la feuille 107. Le premier transducteur ACC1 a ainsi une partie 107 de feuille d'aspect analogue à celui des éléments 107, 109a et 109b de la figure 8, cette construction correspondant à un décalage vers le haut. Le second transducteur ACC2 a des éléments correspondants 107', 109a et 109b', analogue à ce qui est représenté sur la figure 8, mais présentant une rotation de 180 autour de l'axe Y. Cette dernière configuration est considérée comme étant décalée vers le bas. Dans le mode de réalisation préféré, deux transducteurs de ce type sont utilisés, l'un décalé vers le haut et l'autre vers le bas. Ceci est schématiquement indiqué sur la figure 10 sur laquelle le transducteur accélérométrique ACC1 a sa feuille interne 107 décalée vers le haut et le transducteur accélérométrique ACC2 a sa feuille interne 107' décalée vers le bas. Chacun de ces dispositifs est de préférence réalisé à partir d'éléments ayant par ailleurs des caractéristiques sensiblement identiques si bien que les fréquences de résonance, les masses, les constantes élastiques et analogues des transducteurs sont identiques, mis à part le sens de décalage des parties internes 107 et 107' de feuille dans l'ensemble terminé. Les parties 104 (et 104') de feuille de dispositifs accélérométriques sont commandées à leur fréquence de résonance, et un capteur de fréquence (non représenté) est utilisé dans un circuit de réaction (non représenté) afin qu'il assure l'entretien à cette fréquence de commande. Les variations de la fréquence de résonance dues au déplacement des feuilles internes 107 et 107' sont détectées par des capteurs, et les variations de fréquence des deux transducteurs (représentés par des signaux f1 et f2 sur la figure 10) sont soustraites l'une de l'autre par un circuit 115. De cette manière, le signal de sortie de l'instrument est pratiquement linéarisé avec élimination des termes du second ordre de la fréquence en

fonction de l'accélération.

De préférence, les dispositifs sont réalisés en même temps sur une même base, à l'aide des techniques de fabrication des dispositifs à semiconducteurs, et les circuits auxiliaires de commande et logique sont réalisés sur la base en même temps. Pour chaque accéléromètre, le signal de fréquence créé par les capteurs est traité afin qu'il donne un signal de sortie sous forme numérique, et les deux signaux de sortie fl et f2 sont soustraits par

transmission à un compteur-décompteur 117, le signal résul-

tant de sortie A f étant une mesure directe de l'accéléra-

tion. L'instrument du mode de réalisation préféré décrit précédemment peut être facilement réalisé sous une forme microminiaturisée, car il constitue un dispositif plan qui

se prête aux techniques de fabrication des semi-conducteurs.

En outre, étant donné les faibles dimensions de l'organe résonant, la résolution de l'instrument peut être fortement accrue par rapport à celle des structures existantes. Ainsi,

un dispositif du type représenté sur la figure 7 peut com-

porter une partie interne de feuille 107 ayant une longueur de 0,2 mm, son centre de gravité étant décalé de 0,008 mm

au-dessus de l'axe central de la partie 107 de feuille.

Les ressorts 103 et 108 peuvent avoir des constantes élas-

tiques de l'ordre de k = 3.10 11 N.m, et la masse du barreau de la feuille 107 peut être d'environ 5.10 10 kg. Lors de l'utilisation de ces dimensions, la fréquence caractéristique de la structure vibrante est de 4400 Hz, et la sensibilité de l'instrument dan des intervalles consécutifs de mesure

permet la détection de variations de vitesse de 0,1 cm/s.

La figure 11 représente une variante de transduc- teur accélérométrique selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, un organe 120 sous forme d'une feuille est destiné à pivoter autour de ressorts 121 d'articulation alignés suivant un axe central Y. Plusieurs plots 122a,

122b, 122c, 122d dépassent d'une face de la feuille 120.

Les plots 122a, 122c sont alignés suivant l'axe Y comme

représenté. Les plots 122b, 122d sont alignés transversale-

ment. Une masse ou poids d'épreuve 124 est placée au centre

au raccord des barreaux de flexion. Des plaques 125 de com-

mande correspondant aux éléments 111 du mode de réalisation décrit précédemment sont exposées sur une première face de la feuille 120, et les plaques 126 de capteur destinées à détecter, comme les plaques 112 du mode de réalisation

de la figure 7, sont aussi déposées sur la feuille 120.

Grâce à cette suspension à plots et à barreaux,

la masse 124 se déplace en ligne droite, en direction sensi-

blement perpendiculaire au plan de la feuille 120, comme représenté. La masse 124 est décalée par rapport à l'axe

Y de ce plan d'une quantité correspondant au plot 122a-

122d si bien que, lorsqu'elle est soumise à une accélération suivant l'axe Z, elle vient plus près ou plus loin de l'axe Y et fait varier le moment d'inertie de la structure et ainsi la fréquence de résonance de la feuille. Comme dans le mode de réalisation de la figure 7, la suspension de la masse en-dehors du plan de la feuille donne une courbe asymétrique de variation de la fréquence avec le déplacement

si bien que la soustraction du signal de sortie d'un trans-

ducteur polarisé vers le haut et d'un signal de sortie d'un

transducteur polarisé vers le bas donne un signal propor-

tionnel à l'accélération.

La figure 12 est une coupe suivant l'axe Y du dispositif de la figure 11. Les plots 122a, 122c dépassent

-

de la feuille 120 et les barreaux d'articulation 123 sont placés d'un plot à l'autre. La masse 124 est suspendue aux barreaux 123, dans l'ouverture centrale 127 de la plaque , et l'effet résultant des barreaux croisés 123 est une retenue de la masse afin qu'elle se déplace suivant une droite sensiblement perpendiculaire à la feuille. En conséquence, le déplacement suivant l'axe Z d'entrée de la masse 124 provoque une variation de la fréquence de résonance de la feuille vibrante 120 autour des ressorts 121, places sur l'axe Y. La structure du dispositif de la figure 11 peut être généralisée de plusieurs manières. Dans tous ces modes de réalisation, une masse est montée sur une feuille

vibrante par une suspension permettant un déplacement sui-

vant l'axe d'entrée. Le déplacement de la masse suivant

l'axe est relié fonctionnellement à l'amplitude de l'accé-

lération et affecte la fréquence caractéristique de la feuille vibrante. J Selon l'invention, la masse est décalée suivant l'axe d'entrée par rapport à un axe de rotation pendant

la vibration. Selon une autre caractéristique de l'inven-

tion, deux dispositifs peuvent être utilisés, ayant chacun une masse suspendue en position décalée mais en sens opposés, si bien qu'une accélération suivant l'axe d'entrée provoque

des déplacements de la fréquence de résonance en sens oppo-

sés dans les deux dispositifs. La suspension de la masse à la feuille, dans le mode de réalisation de la figure

11, ne doit pas être obligatoirement réalisé par des res-

sorts à lames ou de torsion. En fait, comme suggéré par

la coupe de la figure 12, la suspension 123 peut être cons-

tituée par une membrane, un réseau analogue à une toile, ou plusieurs fils se recoupant au niveau de la masse afin qu'ils donnent une suspension convenable. Dans tous ces modes de réalisation, la suspension supporte la masse décalée par rapport à l'axe Y et obligée de se déplacer suivant l'axe d'entrée. De cette manière, le couplage des axes du dispositif est maximal et permet une détection

directe de l'accélération suivant l'axe d'entrée.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Appareil (100) destiné à détecter l'amplitude de l'accélération suivant un axe d'entrée (Z), l'appareil étant du type qui comprend: une base (101) délimitant une ouverture transver- sale à l'axe d'entrée, une feuille (104) suspendue à la base au-dessus de l'ouverture par au moins un ressort (103) afin qu'elle présente un déplacement angulaire alternatif autour d'un premier axe (Y) se trouvant dans la feuille, une masse (107), un dispositif (108) de suspension de la masse à la feuille afin qu'elle se déplace par rapport au premier axe, ce déplacement dépendant de l'accélération suivant l'axe d'entrée, caractérisé en ce que la masse (107) a un centre de gravité (114) qui est décalé par rapport à la feuille (104) suivant l'axe d'entrée, et en ce que

l'ensemble mobile formé de la feuille, de la sus-

pension, de la masse et d'un ressort au moins possède une fréquence fondamentale de déplacement angulaire autour du premier axe, cette fréquence fondamentale variant avec le déplacement de la masse, si bien que la fréquence de

déplacement angulaire de l'ensemble mobile est représenta-

tive de l'accélération le long de l'axe d'entrée.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille a un profil interne délimitant une ouverture, et en ce que la masse (107) comporte une seconde feuille (109a, 109b) suspendue dans l'ouverture, la seconde feuille ayant un centre de gravité décalé par rapport au premier axe, et le dispositif de suspension comporte au moins un second élément élastique (108) formant ressort assurant la suspension de la seconde feuille afin qu'elle puisse se déplacer par torsion autour d'un second axe (X) qui est perpendiculaire à l'axe d'entrée (Z) et au premier

axe (Y).

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de suspension comporte

des plots (122a-122d) fixés à la feuille et dépas-

sant de celle-ci, et des barreaux (123) partant des plots et rejoignant la masse (124) afin qu'ils permettent le déplacement de

la masse par flexion des barreaux.

4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de suspension comporte une membrane (123) ayant une masse (124) placée en son centre et destinée à permettre un déplacement par déformation de la membrane, et des entretoises (122a-122c) fixées à la feuille et à la membrane et destinées à maintenir cette dernière

à distance de la feuille.

5. Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (111) de commande de l'ensemble mobile à sa fréquence de résonance, et un dispositif (112) de détection de la fréquence

de déplacement de l'ensemble mobile.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de détection comporte un dispositif (117) de comptage d'impulsions correspondant à la fréquence

de déplacement.

7. Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 4, caractérisé en ce que le ressort, la feuille

et la masse sont fabriqués sous forme de structures micro-

mécaniques réalisées par les techniques de fabrication des

semi-conducteurs.

8. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de commande réalisé

-en une seule pièce sur la base et destiné à commander l'en-

semble mobile et à détecter sa fréquence de déplacement.

9. Accéléromètre, caractérisé en ce qu'il comprend

deux appareils selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, 7 et 8, dans lequel le centre de gravité de la masse du premier appareil est décalé dans un premier sens le long de l'axe d'entrée et le centre de gravité de la masse du second appareil est décalé par rapport à la feuille du second appareil en sens opposé au premier sens le long de l'axe d'entrée.

10. Accéléromètre selon la revendication 7, carac-

térisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de commande des ensembles mobiles respectifs du premier et du second appareil à leur fréquence fondamentale respective, et un dispositif de détection de la fréquence de

déplacement des ensembles mobiles respectifs.

11. Accéléromètre selon la revendication 8, carac-

térisé en ce que le dispositif de détection comporte un

dispositif (115,117) de comptage d'impulsions, représenta-

tives des fréquences respectives de déplacement des ensembles mobiles.