FR2620234A1

FR2620234A1 - Circuit de compensation en temperature pour accelerometre

Info

Publication number: FR2620234A1
Application number: FR8811757A
Authority: FR
Inventors: Kazuhiro Sakuma; Yasuhiko Fukumoto; Akihiro Tomioka
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1988-09-08
Publication date: 1989-03-10
Also published as: JPS6468662A; GB2209606B; DE3830416C2; US4887467A; GB2209606A; DE3830416A1; GB8820949D0

Abstract

L'invention concerne un circuit de compensation en température pour accéléromètre capacitif, comportant un pont à déformations 40, muni de composants résistants piézoélectriques 50, 51 et dont le signal est envoyé à un préamplificateur 42, un amplificateur d'addition 44 et un amplificateur de contre-réaction 46, R2, R4 dont le signal de sortie est renvoyé à des bobines de commande 30 qui rappellent une palette 20. Le problème à résoudre consiste à corriger les effets des variations de température. Le circuit de compensation est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens R4, R5 SEL pour corriger les variations en fonction de la température du gain de l'amplificateur de contre-réaction 46, R2, R4 en utilisant les variations en fonction de la température de la résistance des bobines de commande 30. L'invention est applicable notamment au guidage des aéronefs et des vaisseaux spatiaux.

Description

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CIRCUIT DE COMPENSATION EN TEMPERATURE POUR

ACCELEROMETRE

L'invention a pour objet un circuit de compensation en température pour accéléromètre et notamment un circuit pour stabiliser le fonctionnement

d'un accéléromètre sur une large étendue de température.

Il est bien connu dans la technique de monter un accéléromètre capacitif pour mesurer et détecter l'accélération d'un objet ou d'un véhicule. Cet accéléromètre capacitif comporte un bottier ou carter, deux unités magnétiques comprenant deux structures magnétiques montées dans le boîtier, et une palette ou élément fléchissant constitué en quartz fondu revêtu de métal. La palette est intercalée entre les unités

magnétiques et montée à flexion par rapport au boîtier.

Deux bobines sont respectivement montées sur les côtés opposés de la palette de manière à entourer chacun des aimants permanents qui font partie d'une unité magnétique. Lorsque l'objet ou le véhicule sur lequel l'accéléromètre est monté, est accéléré, la palette tend à rester immobile dans l'espace; elle se déplace donc par rapport aux structures magnétiques. Deux condensateurs sont respectivement formés d'un côté et de l'autre de la palette et, lorsque celle palette se déplace par rapport aux structures magnétiques, la capacité de l'un de ces condensateurs croit et la capacité de l'autre condensateur décroit. Ces condensateurs sont utilisés en liaison avec un circuit d'équilibrage pour produire un courant continu qui est proportionnel à l'accélération et qui est renvoyé aux bobines de l'accéléromètre pour provoquer le rappel de la palette. Ce type d'accéléromètre peut être utilisé dans une partie des installations de navigation ou de guidage d'un aéronef ou d'un vaisseau spatial. Il en résulte que la température du milieu d'environnement de

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l'accéléromètre varie dans une large étendue. En conséquence, on doit prendre un soin particulier pour que les éléments de l'accéléromètre mesurent l'accélération avec une précision élevée sur une large étendue de température. Compte tenu de ce qui précède, le document de brevet des E.U.A. n' 4 658 647 divulgue des moyens pour éliminer les facteurs d'erreurs provenant d'une variation de la température ambiante du milieu d'environnement de l'accéléromètre. En outre, le document de brevet des E. U.A. n' 4 498 342, par exemple, divulgue un accéléromètre muni d'un microcircuit comportant un pont à déformations, un préamplificateur, un amplificateur d'addition, un amplificateur pilote et une résistance de lecture. Le i5 pont comporte quatre résistances sensibles aux déformations branchées dans un circuit en pont et ayant des bornes d'entrée alimentées en courant continu ainsi que des bornes de sortie donnant un signal de pont en courant continu représentant la déformation de l'élément fléchissant à partir de l'état neutre au point de vue

mécanique.

Même si l'accéléromètre est construit pour minimiser les effets des variations de température, les composants électroniques et les résistances sont affectés de façon considérable par ces variations. Il en résulte que le fonctionnement de l'accéléromètre n'a pas une

précision uniforme.

A la lumière de ce qui précède, l'invention a pour but de créer un circuit de compensation en température pour corriger l'erreur de sortir due aux variations de température, du circuit électronique d'un accéléromètre. Un autre but de l'invention est de créer un circuit de compensation en température pour accéléromètre destiné à corriger la déformation des éléments

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piézoélectriques résistants et les variations du signal de sortie du circuit électronique de l'accéléromètre dus & des variations de température, en utilisant un

amplificateur & contre-réaction.

Un autre but de l'invention est de créer un circuit de compensation en température pour accéléromètre, ce circuit évitant le fonctionnement erroné du circuit électronique à la suite des variations de température, l'accéléromètre pouvant ainsi avoir un fonctionnement fiable sur une large étendue de température. A cet effet, l'invention concerne un circuit du type ci-dessus caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour corriger les variations en fonction de la température du gain de l'amplificateur de contre-réaction en utilisant les variations en fonction de la température

de la résistance des bobines de commande.

L'invention est décrite plus en détail ci-après en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe schématique représentant un accéléromètre pouvant être muni du circuit suivant la présente invention; - la figure 2 est un schéma électrique représentant un circuit pouvant être utilisé pour mettre l'invention en pratique; - la figure 3 est un schéma de circuit classique d'un accéléromètre suivant la technique antérieure; - la figure 4 est un graphique représentant la

relation qui existe entre le gain d'une boucle de contre-

réaction et les variations de température avec le schéma de circuit classique de l'accéléromètre; - la figure 5 est un schéma montrant la relation qui existe entre le gain de boucle et le déplacement de la palette;

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- la figure 6 est un schéma du circuit de compensation en température suivant la présente invention et; - la figure 7 est un graphique représentant les variations de température d'une boucle de contre-réaction

D du circuit électrique suivant la présente invention.

Conformément à la figure 1 des dessins, un accéléromètre 10 pouvant être muni du circuit suivant la présente invention comporte deux éléments de boîtier creux 12 gui sont en matériau magnétique et qui

présentent une forme cylindrique autour de l'axe X-X.

Chacun des éléments de bottier creux 12 comporte une paroi d'extrémité plane 14 et une partie en forme de collerette 16 dirigée vers l'intérieur à partir de la paroi cylindrique de l'élément de boîtier 12. Un aimant permanent en forme de disque 18 est fixé sur la surface arrière de la paroi d'extrémité 14, l'un des pôles de cet aimant 18 étant en contact avec cette

surface arrière de la paroi d'extrémité plane 14.

Une palette 20, de forme circulaire et constituée en matériau non magnétique, est montée à flexion par une couronne porteuse 22 entre deux structures magnétiques qui comprennent les aimants permanents 18. Une partie du pourtour de la palette 20 est reliée à la couronne porteuse 22 par des zones d'articulation tandis que la partie restante du pourtour est séparée de la couronne porteuse 22 par un intervalle

étroit 26.

Deux carcasses de bobine 28 sont respectivement fixées sur la surface supérieure et la surface inférieure de la palette 20. Une bobine de commande ou enroulement 30 est enroulée sur chacune des

carcasses 28.

D'une façon générale, comme représenté sur la figure 2, le circuit électronique de l'accéléromètre comporte un circuit à déformations en pont 40, un circuit détecteur différentiel muni d'un préamplificateur 42, un circuit de conditionnement de signal muni d'un

amplificateur d'addition 44, un circuit de contre-

réaction muni d'un amplificateur pilote 46, les bobines

de commande 30 et une résistance de lecture 48.

Le circuit en pont 40 est constitué de deux éléments résistants piézoélectriques 50 et 51 dont la résistance dépend de la pression, deux résistances fixes 52 et 53, des résistances 54 et 55 respectivement branchées en série avec les résistances fixes 52 et 53, des bornes d'entrée 56 et 57 pour envoyer un courant continu au circuit en pont 40 et des bornes de sortie 58

et 59.

Quand l'accéléromètre est soumis à une accélération, la palette est déviée à partir de sa position neutre. En conséquence, il s'établit à la sortie du circuit en pont 40 un signal de courant continu représentant la déviation de la palette 20. Ce signal du circuit en pont est amplifié dans le préamplificateur 42. Le signal de sortie de l'amplificateur d'addition 44 alimente l'amplificateur pilote 46 dont le signal de sortie est à son tour envoyé, par l'intermédiaire des bobines de commande 30, à la résistance de lecture 48. La palette 20 est ainsi rappelée dans sa position neutre initiale. La figure 3 représente le circuit classique mentionné plus haut pour l'accéléromètre. On va maintenant étudier l'action des variations de température sur le circuit électronique comportant les éléments résistants sensibles à la pression. La tension de prise (V P/O) devant être appliquée à l'amplificateur pilote 46 a un coefficient de température négatif (- C>), comme représenté sur la figure 4 sur laquelle les variations de température sont

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reportées en abscisses. Etant donné que le gain de l'amplificateur pilote 46 est essentiellement déterminé par les résistances Rl et R2, le signal de sortie (V O/A) de l'amplificateur pilote varie avec un coefficient de

température négatif comme la tension de prise (V P/O).

!5> Par conséquent, pourvu que la bobine de commande 30 ait un coefficient de température positif et une résistance positive (R TG), le courant (ia) passant dans la bobine 30 est représenté par la formule suivante: ia V O/A

R TG + R MAS

dans laquelle R MAS désigne la résistance de

la résistance de mesure 48.

Il en résulte que le courant (ia) passant dans la bobine de commande 30 a un coefficient de température négatif (- [), comme indiqué par A ia/ t = sur la

figure 4.

Etant donné que le gain de boucle de l'accéléromètre est proportionnel à la sensibilité de variation de la tension de prise (V P/O), au gain (G1) de l'amplificateur 46 et au courant (ia) passant dans la bobine de commande 30, le coefficient de température du gain de boucle de l'accéléromètre est donné par l'expression suivante: coefficient de température ( t K BOUCLE/ t) =

- +

Oh'effectue habituellement la compensation de phase et le réglage du gain de boucle de l'accéléromètre à une température normale de 25C environ. Si l'accéléromètre est exposé à une température d'environnement élevée, par exemple égale & 96C, le gain

de boucle de l'accéléromètre diminue.

Par conséquent, comme représenté sur la figure , en supposant qu'une accélération (K) soit appliquée à un axe d'entrée idéal X de l'accéléromètre et qu'une 3rE

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accélération () soit appliquée suivant un axe Y qui recoupe perpendiculairement l'axe d'entrée X, la palette étant alors déviée à partir de sa position neutre d'un angle el, cet angle de déviation el de la palette est représenté par l'expression suivante: e = (c cos eIl +, Xsin el) x 1

KBOUCLE

Quand l'accéléromètre est exposé aux températures d'environnement élevées mentionnées plus haut, la sensibilité de variation de l'accélération à

mesurer est réduite et la gamme dynamique est abaissée.

Etant donné que la déviation de la palette 20 est inversement proportionnelle au gain de boucle (K BOUCLE) et qu'aux températures élevées la déviation de la palette est réduite, l'erreur linéaire est accrue et la

précision de l'accéléromètre diminue.

Compte tenu des considérations qui précèdent, dans le circuit suivant la présente invention, tel qu'il est représenté sur les figures 2 et 6, des résistances R4 et R5 (SEL) sont disposées dans la partie de réaction qui

comprend l'amplificateur pilote 46.

Dans ces conditions, le gain de l'amplificateur 46 varie en réponse à la variation de la charge qui doit lui être appliquée. Ainsi, étant donné que la bobine de commande 30 a un coefficient de température positif, le gain de l'amplificateur 46 a aussi un coefficient de

température positif.

Par conséquent, quand le coefficient de température positif mentionné plus haut est choisi pour compenser le coefficient de température négatif de la sensibilité de variation (signal de sortie) de la tension de sortie (V P/O) et du courant (ia) passant dans. la bobine 30, le gain de la boucle de contre-réaction

devient nul, comme représenté sur la figure 7.

Suivant la présente invention, la variation de la température de la résistance de la bobine de commande

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de l'accéléromètre est utilisée pour annuler la variation en fonction de la température du gain de contre-réaction. Ainsi, le gain de boucle peut être

indépendant des variations de température.

s

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Claims

REVENDICATIONS

1) Circuit de compensation en température pour accéléromètre comportant deux bobines de commande (30) respectivement montées sur des surfaces opposées d'une palette (20) intercalée entre deux structures magnétiques (12, 18), un pont & déformations (40) qui comprend des composants résistants piézoélectriques (50, 51) pour détecter la déviation de la palette & partir de sa position neutre en réponse à l'accélération appliquée à l'accéléromètre et qui fournit un signal de pont en courant continu correspondant à la déviation, un préamplificateur (42) pour amplifier le courant continu, un amplificateur d'addition (44) relié au préamplificateur, un amplificateur de contre-réaction qui comprend un amplificateur pilote (46) alimenté par le signal de sortie de l'amplificateur d'addition, le signal de sortie de l'amplificateur de contre-réaction étant envoyé aux bobines de commande (30) pour rappeler la palette (20) dans sa position neutre et pour ramener le signal de sortie du pont à zéro, une résistance de lecture (48) dans laquelle on fait passer le signal de sortie de l'amplificateur de contre-réaction pour obtenir une mesure de l'accélération, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens [R4, R5, (SEL)] pour corriger les variations en fonction de la température du gain de l'amplificateur de contre-réaction (46, R2, R4) en utilisant les variations en fonction de la température de

la résistance des bobines de commande (30).

2) Circuit de compensation de température pour accéléromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour corriger les variations en fonction

de la température du gain de l'amplificateur de contre-

réaction sont des éléments résistants [(R4, R5 (SEL)].