FR2628844A1 - Accelerometre a masse-etalon et fluide magnetique - Google Patents
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Abstract
L'invention est relative à un accéléromètre destiné notamment aux mesures à fond de forage. Une masse-étalon 15 mobile dans un boîtier 10 est supportée par des ensembles à paliers 22, 23 écartés de cette masse-étalon et de préférence reliés à elle par un bras 20 et un arbre pivotant 21. Un fluide magnétisable est entreposé entre les éléments fixe et mobile 26, 28 des paliers dont l'un est magnétique, ce qui élimine les frottements. De préférence, la masse-étalon et un bobinage mobile 18 qui fait partie d'un condensateur variable relié à des moyens de détection qui commande une force de rappel vers une position zéro.
Description
() RÉPUBLIQUE FRAN AISE N' de publication: 2 628 844 (à n'utiliser que
pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉSTÉ INDUSTRIELLE e ^^ DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE N d'enregistrement national: 89 03294 PARIS
( Int Cl4: G01 P 15/13, 15/08.
@ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
) Date de dépôt: 14 mars 1989. ( Demandeur(s): Société dite: BAROID TECHNOLOGY
Inc. - US.
) Priorité: GB, 15 mars 1988, n 8806114.
Inventeur(s) Kenneth Stephen Evans.
( Date de la mise à disposition du public de la
demande BOPI " Brevets " n 38 du 22 septembre 1989.
) Références à d'autres documents nationaux appa-
rentés: (rt Titulaire(s): ( Mandataire(s) Cabinet de Boisse, Conseils en Brevets d'invention.
( Accéléromètre à masse-étalon et fluide magnétique.
L'invention est relative à un accéléromètre destiné notam- 12 ment aux mesures à fond de forage. s.22
Une masse-étalon 15 mobile dans un boîtier 10 est suppor-
tée par des ensembles à paliers 22, 23 écartés de cette. 3 -.1= masseétalon et de préférence reliés à elle par un bras 20 et un arbre pivotant 21. Un fluide magnétisable est entreposé n { /I entre les éléments fixe et mobile 26, 28 des paliers dont l'un est magnétique, ce qui élimine les frottements. De préférence, \ 26 l la masse-étalon et un bobinage mobile 18 qui fait partie d'un ' 27 condensateur variable relié à des moyens de détection qui.- 2 3 commande une force de rappel vers une position zéro. 28 Iole <o N De ILL D vente des fescicules à 'IMPRIMERIE NATIONALE. 27. rue de le Convention -- 75732 PARIS CEDEX 15
La présente invention concerne les accéléromè-
tres, et elle est plus particulièrement bien que non exclusivement relative aux accéléromètres destinés à être utilisés dans les appareillages de fond de puits pour surveiller un sondage.
GB-A-1 492 142 décrit un accéléromètre compre-
nant un boîtier délimitant une chambre, un fluide magné-
tisable à l'intérieur de la chambre, un aimant permanent suspendu magnétiquement dans la chambre par le fluide magnétisable, avec ses pôles orientés le long d'un axe de déplacement, et pouvant être déplacé le long dudit
axe, à partir d'une position zéro, par une force appli-
quée, et des moyens de détection pour détecter le dépla-
cement de l'aimant permanent le long de l'axe de dépla-
cement et pour fournir un signal électrique indicatif de
la force appliquée à l'appareil.
Un tel accéléromètre doit être étalonné avant d'être utilisé. On a cependant trouvé que l'étalonnage
nécessaire de l'accéléromètre peut avoir tendance à déri-
ver dans des conditions de température et de vibration élevées que l'on rencontre en fond de sondage, et ceci peut conduire à une imprécision dans les mesures. On
croit qu'une telle dérive est provoquée par des varia-
tions de la masse efficace de -la masse-étalon de l'accé-
léromètre, variations dues à des changements dans la répartition des particules magnétiques au sein du fluide et dans l'interaction magnétique entre ces particules et l'aimant.
Un but de l'invention est de fournir un accé-
léromètre nouveau ayant un rendement amélioré dans de-
telles conditions.
Suivant l'invention, il est prévu un accéléro-
mètre comprenant un boîtier, une masse-étalon suspendue à l'intérieur du boîtier de manière à pouvoir se déplacer le long d'un axe de déplacement & partir d'une position zéro, par une force appliquée, et des moyens de détection pour détecter un déplacement de la masse-étalon le long
de l'axe de déplacement et pour fournir un signal élec-
trique indicatif de la force appliquée, dans lequel la masse-étalon est soutenue par des paliers espacés de la masse-étalon et comportant un élément de palier mobile, déplaçable avec la masse-étalon et par rapport à un élément de palier fixe, un fluide magnétisable étant - interposé entre lesdits éléments de paliers, et l'un de ces éléments comprenant des aimants pour aimanter le
fluide magnétisable.
Avec cet agencement, la masse-étalon est soutenue de façon à pouvoir se déplacer, sous l'action d'une force appliquée, virtuellement sans frottement grâce aux éléments de paliers. Ces éléments sont tels que les particules magnétisables au sein du fluide sont
magnétisées par les aimants et que l'interaction magné-
tique qui en résulte des particules les unes avec les
autres et avec les aimants produit une "pression magné-
tique" qui tend à maintenir espacées les surfaces adja-
centes des éléments de paliers. Le fluide magnétisable et les aimants peuvent être considérés comme fournissant des forces magnétiques permanentes de lévitation agissant entre les éléments de paliers. En outre,. aucune mesure
spéciale n'est nécessaire pour enfermer le fluide magné-
tisable à l'intérieur de l'espace entre les organes de portée, du fait que ce fluide est maintenu dans cet
espace par attraction magnétique.
2628844-
L'étalonnage d'un tel accéléromètre est moins sujet à dériver que l'accéléromètre décrit dans
GB-A-1 492 142 du fait que la masse-étalon est soutenue-
par des éléments de paliers espacés de la masse-étalon plutôt que par un fluide magnétisable entourant la masse-étalon et susceptible d'affecter la masse efficace de cette masse-étalon par une interaction magnétique avec celle-ci. Le dispositif de palier est extrêmement robuste et à peu près inusable, ainsi que de fabrication économique. A cet égard le dispositif de palier supporte favorablement la comparaison avec d'autres types de dispositifs de paliers tels que des articulations à quartz qui sont coûteuses à fabriquer et sont facilement détériorées.
Suivant un mode de réalisation préféré de l'in-
vention, la masse-étalon est un bobinage mobile ayant un axe central aligné le long de l'axe de déplacenment. En outre, le bobinage entoure de préférence un almant fixe dans le boîtier. Des moyens peuvent être prévus pdur fournir au bobinage un courant qui interagit avec le champ magnétique de l'aimant pour astreindre une force de rappel à agir sur le bobinage pour le ramener à sa
position zéro.
Les moyens de détection peuvent comprendre un ensemble d'électrodes comprenant une électrode mobile
sur la masse-étalon et une électrode fixe qui est dis-
posée adjacente à l'électrode mobile de manière que la mesure dans laquelle les électrodes se recouvrent l'une
l'autre varie en fonction du déplacement de la masse-
étalon à partir de la position zéro. Les moyens de détection peuvent fournir un signal pour commander le
courant devant être appliqué au bobinage.
La masse-étalon peut être montée sur une
extrémité d'un bras monté à pivot par son autre extré-
mité sur les dispositifs de paliers afin de permettre le déplacement de la masse-étalon suivant un trajet
incurvé. Dans la pratique, le déplacement de la masse-
étalon en service varie d'une façon très faible.
Le dispositif de palier peut comprendre un ensemble rotatif constitué par un élément rotatif de palier ayant une partie cylindrique reçue dans une
cavité cylindrique dans l'élément fixe de palier, le.
fluide magnétisable étant disposé dans la cavité, dans l'intervalle entre les deux éléments. De la façon la plus avantageuse, le dispositif de palier comprend deux
de ces ensembles rotatifs disposés chacun à une extré-
mité d'un arbre de support auquel est couplée la masse-
étalon. Suivant un autre aspect de l'invention, il est prévu un accéléromètre comprenant un boîtier, un bobinage mobile suspendu à l'in. térieur du boîtier de manière à pouvoir se déplacer le long d'un axe de déplacement, partir d'une position zéro, sous l'action d'une force appliquée, et des moyens de détection pour détecter un
déplacement du bobinage le long dudit axe et pour four-
nir un signal électrique indicatif de la force appliquée,
dans lequel les moyens de détection comprennent un dis-
positif à capacitance variable ayant une électrode fixe
et une électrode mobile, l'électrode mobile étant consti-
tuée par le bobinage.
La description qui va suivre en regard des
dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs
fera bien comprendre comment l'invention peut être réa-
lisée.
- la figure 1 est une vue de dessus de l'accé-
léromètre suivant l'invention;
- la figure 2 en est une vue en coupe axiaie su!-
vant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est un schéma synoptique d'un
circuit de commande de l'accéléromètre.
En se référant aux figures 1 et 2, l'accéléro-
mètre représenté comprend un boîtier cylindrique 10 fait
d'un matériau ferromagnétique et consistant en un élé-
ment 11 en forme de cuvette et un élément supérieur 12 qui présente à peu près la forme d'un anneau ayant une
fente 13. Un aimant permanent 16 est disposé à l'inté-
rieur du boîtier 10 avec l'un de ses pôles couplé magné-
tiquement à une pièce polaire cylindrique 19 qui est disposée à l'intérieur de l'anneau formé par l'élément
supérieur 12, et avec son autre pôle couplé magnétique-
ment au fond dé l'élément 11 en forme de cuvette. La pièce polaire.19, l'aimant 16 et le boîtier 10 forment
ainsi un circuit magnétique produisant un champ magnéti-
que radial dans un entrefer annulaire 14 entourant la
pièce polaire 19.
Une masse-étalon arnnulaire 15 suspendue à l'intérieur de l'entrefer anrnulaire 14 est constituée par une armature 17 de bobine et un bobinage 18 enroulé sur l'armature 17. La masse-étalon 15 est montée sur un bras 20 s'étendant à travers la fente 13 prévue dans l'élément supérieur 12. Le bras 20 est lui-même monté pivotant sur un arbre de support 21 qui est soutenu à ses extrémités par des ensembles rotatifs respectifs de
palier 22 et 23 soutenus sur le bottier 10 par des sup-
ports 24 et 25.
Chacun des ensembles 22 et 23 comprend un élément de portée cylindrique rotatif reçu dans une cavité cylindrique 27 d'un élément de support fixe 28
(représenté en coupe à la figure 1 pour montrer l'agen-
cement interne de l'ensemble). Un aimant 29 est incor-
poré à l'élément fixe 28, et un fluide magnétisable 30 est disposé dans l'entrefer entre l'élément rotatif 26 et l'élément fixe 28. Le fluide magnétisable 30 est un fluide ferreux constitué d'une suspension colloïdale de particules ferromagnétiques très fines dans un véhicule liquide, tel qu'un hydrocarbure synthétique. Il résulte de l'interaction magnétique entre l'aimant 29 et les particules ferromagnétiques du fluide magnétisable 30 que l'élément rotatif de palier 26 est soutenu par le fluide magnétisable 30 sans contact avec les parois de la cavité 27. Un autre fluide magnétisable peut être disposé dans l'entrefer annulaire 14, à la fois entre
la pièce polaire 19 et l'armature 17 et entre le bobi-
nage 18 et l'élément supérieur 12 qui l'entoure, dans
le but de centrer le bobinage 18 dans l'entrefer 14.
La masse-étalon 15 peut ainsi être déplacée à peu près axialement à l'intérieur de l'entrefer 14 par une force qui est appliquée (c'est-àdire la force devant être mesurée) et le déplacement qui en résulte provoque un faible pivotement du bras 20, et ainsi une légère rotation des éléments rotatifs 26 des ensembles rotatifs 22 et 23. Un tel déplacement est détecté par un agencement de détection comprenant des électrodes 31 et 32 montées sur un support 33 d'électrodes qui, comme représenté à la figure 1, présente à peu près la forme d'un C, vu de dessus, de sorte que les électrodes 31 et
32 ne forment pas des boucles fermées.
Les électrodes 31 et 32 interagissent électro-
statiquement avec le bobinage 18, qui agit comme une électrode mobile, et peuvent être considérées comme formant, avec le bobinage 18, deux condensateurs dont la capacité varie en fonction de la mesure dans laquelle chaque électrode est recouverte par le bobinage 18. On voit à cet égard à la figure 2 que, dans la position
zéro représentée, le bobinage 18 est disposé symétrique-
' ment par rapport aux électrodes 31 et 32 et recouvre légèrement plus de la moitié de l'étendue axiale de chaque électrode. D'une façon évidente, si le bobinage 18 se déplace axialement dans l'une ou l'autre des directions par rapport à sa position zéro, le degré de recouvrement de l'une des électrodes augmente, et de ce fait la capacitance associée à cette électrode augmente, tandis que le degré de recouvrement de l'autre électrode diminue, et que de ce fait la capacitance associée à
cette électrode diminue.
En se référant à la figure 3, le circuit de commande de l'accéléromètre comprend un oscillateur 40
relié aux électrodes 31 et 32 par des résistances res-
pectives 41 et 42 de valeurs égales. Dans le schéma de
circuit représenté les électrodes 31 et 32 sont considé-
rées comme formant avec le bobinage 18 deux condensa-
teurs variables 43 et 44 reliés en série, ainsi qu'à la masse par leur jonction. Lorsque les capacités des
condensateurs 43 et 44 sont inégales, en raison du dépla-
cement du bobinage 18 à partir de la position zéro, les sorties de ces condensateurs 43 et 44 sont déphasées, et ceci est détecté par un détecteur 45 sensible à la phase, qui fournit une sortie par impulsions soit Positives soit négatives, en.fonction du sens dans leqael est
déplacé le bobinage 18.
La sortie du détecteur 45 est intégrée par un intégrateur 46 qui fournit une sortie au bobinage 18 qui est inclinée positivement ou négativement suivant que l'entrée par impulsions à l'intégrateur 46 est positive ou négative. Le bobinage 18 est relié à la masse par une résistance 47, et le courant fourni au bobinage 18 interagit avec le champ magnétique dans l'entrefer 14
pour engendrer une force de rappel agissant sur le bobi-
nage 18 afin de le rappeler dans sa position zéro. La sortie V = IR est proportionnelle à la force réelle de rappel et de ce fait à la force appliquée agissant sur l'accéléromètre.
Claims (10)
1. Accélércmntre - comprenant un boîtier (10), une masse-étalon (15) suspendue à l'intérieur du boîtier (10) de manière à pouvoir se déplacer le long d'un axe de déplacement à partir d'une position zéro, sous l'action d'une force appliquée, et des moyens de détection
(31, 32, 33) pour détecter un déplacement de la masse-
étalon (15) le long dudit axe et pour fournir un signal électrique indicatif de la force appliquée, caractérisé
en ce que la masse-étalon (15) est soutenue par des dis-
positifs de paliers (22, 23) espacés de la masse-étalon (15) et comprenant un élément mobile (26) pouvant se déplacer avec la masse- étalon (15) par rapport à un élément fixe (28), un fluide magnétisable (30) étant interposé entre les éléments mobile et fixe (26, 28), et l'un desdits éléments (26, 28) comprenant des moyens
magnétiques (29) pour aimanter le fluide magnétisable (30).
2. Accéléromètre suivant la revendication 1,
caractérisé en ce que la masse-étalon (15) est un bobi-
nage mobile (18) ayant un axe central aligné le long de
l'axe de déplacement.
3. Accéléromètre suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le bobinage (18) entoure un aimant
fixe (I6) à l'intérieur du boîtier (10).
4. Accéléromètre suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (46, 47) pour fournir au bobinage 18 un courant qui interagit avec le champ magnétique de l'aimant (16) pour produire une force de rappel qui agit sur le bobinage (18) pour le
rappeler dans sa position zéro.
5. Accéléromètre suivant l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
moyens de détection comprennent un ensemble d'électrodes
constitué par une électrode mobile (18) sur la masse-
étalon (15) et une électrode fixe (31, 32) qui est disposée adjacente à l'électrode mobile (18) de telle sorte que la mesure dans laquelle les électrodes
(18, 31, 32) se recouvrent l'une l'autre varie en fonc-.
tion du déplacement de la masse-étalon (15) à partir de sa position zéro.
6. Accéléromètre suivant la revendication 5,
caractérisé en ce que les moyens de détection compren-
nent en outre un oscillateur (40) pour fournir un signal d'entrée alternatif à l'ensemble d'électrodes, et un détecteur (45) sensible à la phase pour détecter des
variations de phase de la sortie de l'ensemble à élec-
trodes provoquées par un déplacement de la masse-étalon.(15).
7. Accéléromètre suivant l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la
masse-étalon (15) est montée sur une extrémité d'un bras (20) qui est soutenu par son autre extrémité, de façon pivotante, par les dispositifs de paliers (22, 23) de façon à permettre un déplacement de la masseétalon (15)
suivant un trajet courbe.
8. Accéléromètre suivant l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le
dispositif de paliers comprend un ensemble rotatif de paliers (22, 23) constitué par un élément rotatif (26) ayant une partie cylindrique reçue dans une cavité cylindrique (27) dans l'élément fixe (28), le fluide magnétisable (30) étant disposé dans la cavité (27) dans
l'entrefer entre les deux éléments (26, 28).
9. Accéléromètre suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de paliers comprend deux desdits ensembles rotatifs de paliers (22, 23) disposés chacun à une extrémité d'un arbre de support
(21) auquel est couplée la masse-étalon (15).
10. Accéléromètre comprenant un boîtier (10), un bobinage mobile (18) suspendu à l'intérieur du boîtier (10) afin de pouvoir être déplacé le long d'un axe de déplacement, à partir d'une position zéro, par une
force appliquée, et des moyens de détection pour détec-
ter un déplacement du bobinage (18) le long dudit axe pour.fournir un signal électrique indicatif de la force appliquée, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un dispositif à capacitance variable ayant une électrode fixe (31, 32) et une électrode mobile,
l'électrode mobile étant constituée par le bobinage (18).
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L L 6Z -9 1' E z z9 - Z;_/ g
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3 1j 1 3 ev
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