FR2813122A1

FR2813122A1 - Miniature accelerometer of the non-slaved type having vibrating beam sensors arranged on either side of a central mass so that a highly linear response is obtained without any coupling problems

Info

Publication number: FR2813122A1
Application number: FR0010675A
Authority: FR
Inventors: Roy Jean Claude Le
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2002-02-22
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: FR2813122B1

Abstract

Detector comprises a body (12) having a central part (16) and two seismic masses (24a-24b) situated on either side of the central part and connected to it by articulations allowing movement about a central axis of sensitivity. Sensors for measuring the force exerted by the vibrating beams attach each mass to the central part. The assembly is such that when one beam is subjected to a traction force the other is submitted to a compression force of the same value. The cells, each comprising a beam mass and a sensor, are arranged nose to tail and symmetrically with respect to the fixation axis (20) of the central structure whose acceleration is to be measured.

Description

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ACCELEROMETRE MINIATURE NON ASSERVI La présente invention concerne les accéléromètres du type comportant des masses sismiques, dites aussi masses d'épreuve, non ramenées à une position d'équilibre par un asservissement. Ils sont différents des accéléromètres à pendule asservi, qui peuvent être précis mais sont d'un coût très élevé, comportant des moyens de commande électrostatiques ou électromagnétiques destinés à ramener la masse sismique dans une position déterminée. Ces appareils, fonctionnant en boucle fermée, sont complexes. De plus, ils utilisent dans la plupart des cas une électronique analogique. <Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to accelerometers of the type comprising seismic masses, also called test masses, which are not brought back to an equilibrium position by servo-control. They are different from servo pendulum accelerometers, which can be precise but are very expensive, comprising electrostatic or electromagnetic control means intended to bring the seismic mass to a determined position. These devices, operating in closed loop, are complex. In addition, in most cases they use analog electronics.

On connaît également déjà des accéléromètres miniatures à masse pendulaire non asservie, dont la masse pendulaire est sollicitée vers une position de repos par une liaison avec un socle par une poutre vibrante (ou une paire de poutres vibrantes) placée de façon qu'une accélération suivant un axe sensible crée une contrainte de traction ou de compression dans une poutre. La variation de la fréquence de résonance de la poutre est alors représentative de l'accélération appliquée. L'utilisation de deux poutres, une en traction et une en compression, permet, par exploitation différentielle des fréquences de résonance, de linéariser le comportement. Ces appareils fonctionnant en boucle ouverte permettent d'obtenir un signal numérique. Ils sont simples à réaliser. Jusqu'ici ils présentent une précision insuffisante pour certaines applications. Miniature accelerometers with non-servo pendular mass are also known, whose pendulum mass is urged towards a rest position by a connection with a base by a vibrating beam (or a pair of vibrating beams) placed so that an acceleration following a sensitive axis creates a tensile or compressive stress in a beam. The variation of the resonant frequency of the beam is then representative of the applied acceleration. The use of two beams, one in tension and one in compression, makes it possible, by differential exploitation of the resonance frequencies, to linearize the behavior. These devices operating in open loop make it possible to obtain a digital signal. They are simple to make. So far they have insufficient precision for certain applications.

Le brevet US 4 939 935 et la demande française correspondante 88 02079 décrivent un tel accéléromètre ayant une masse sismique unique reliée à une base par une charnière. Deux poutres vibrantes en matériau piézoélectrique relient la base à la masse sismique et sont munies d'électrodes destinées à faire vibrer les poutres à leur fréquence de résonance. Ces poutres sont placées symétriquement par rapport à la masse sismique, de part et d'autre de la charnière, de sorte que toute accélération le long d'un axe sensible crée US Patent 4,939,935 and the corresponding French application 88,02079 describe such an accelerometer having a single seismic mass connected to a base by a hinge. Two vibrating beams made of piezoelectric material connect the base to the seismic mass and are provided with electrodes intended to vibrate the beams at their resonant frequency. These beams are placed symmetrically with respect to the seismic mass, on either side of the hinge, so that any acceleration along a sensitive axis creates

des contraintes de traction dans une poutre et des contraintes de compression dans l'autre. tensile stresses in one beam and compression stresses in the other.

La structure plate de cette disposition (l'épaisseur étant généralement inférieure à 1 mm pour des dimensions en plan pouvant aller jusqu'à 1 cm environ) permet une fabrication simple et économique par des procédés d'attaque chimique. La fabrication peut être collective, c'est-à-dire que de nombreux accéléromètres peuvent être simultanément fabriqués sur une même tranche de matériau en général piézoélectrique, mais pouvant être le silicium. The flat structure of this arrangement (the thickness being generally less than 1 mm for plan dimensions of up to approximately 1 cm) allows simple and economical manufacture by chemical etching methods. The manufacturing can be collective, that is to say that many accelerometers can be simultaneously manufactured on the same wafer of material generally piezoelectric, but which can be silicon.

On a également proposé (FR-A-2 685 964 et 2 784 752) des accéléromètres miniatures monolithiques, pouvant être fabriqués de façon économique. L'accéléromètre suivant le document FR-A- 2 685 964 est à simple poutre, ce qui crée des problèmes d'isolement, qui ne peuvent être compensés que partiellement et par une structure de filtrage mécanique qui consomme de la surface et ajoute à l'ensemble une souplesse qui fait que les premiers modes de vibration de structure se placent dans la plage de fréquence susceptible d'être rencontrée pour les applications potentielles. There have also been proposed (FR-A-2 685 964 and 2 784 752) monolithic miniature accelerometers, which can be produced economically. The accelerometer according to document FR-A- 2 685 964 is a single beam, which creates insulation problems, which can only be partially compensated for and by a mechanical filtering structure which consumes the surface and adds to the 'a flexibility which makes that the first modes of structure vibration are placed in the frequency range likely to be encountered for potential applications.

Le document FR-A-2 784 752 décrit un détecteur accélérométrique ayant un corps monolithique présentant une partie centrale et deux masses sismiques situées de part et d'autre de la partie centrale, reliées à la partie centrale par des articulations permettant un mouvement autour d'un axe perpendiculaire à l'axe sensible et des capteurs de force à poutre vibrante reliant chacun une des masses à la partie centrale, montés de façon que, lorsqu'une des poutres est soumise à une force de traction due à une accélération suivant l'axe sensible, l'autre poutre est soumise à une force de compression de même valeur. The document FR-A-2 784 752 describes an accelerometric detector having a monolithic body having a central part and two seismic masses located on either side of the central part, connected to the central part by articulations allowing movement around '' an axis perpendicular to the sensitive axis and vibrating beam force sensors each connecting one of the masses to the central part, mounted so that, when one of the beams is subjected to a tensile force due to an acceleration along l 'sensitive axis, the other beam is subjected to a compressive force of the same value.

Cette disposition laisse subsister des défauts, dus notamment à ce que les pieds des cellules supportant les extrémités des poutres vibrantes sont reliés This arrangement allows defects to remain, due in particular to the fact that the feet of the cells supporting the ends of the vibrating beams are connected

directement par une traverse appartenant à la partie fixe. Cette disposition conduit inévitablement à un couplage mécanique qui se traduit par un verrouillage des fréquences de vibration des poutres dans le cas d'accélération faible, c'est-à-dire à une zone aveugle. Dans la pratique, il est nécessaire de donner aux poutres des fréquences de résonance très différentes, de sorte que la compensation des modes communs n'est que partielle et que les performances sont dégradées. La présente invention vise notamment à fournir un détecteur accélérométrique miniature répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il présente une linéarité élevée, et écarte les problèmes de couplage, et cela en restant de coût faible, notamment lorsqu'il est réalisé sous forme plate et par des techniques se prêtant à une fabrication collective. Dans ce but, l'invention propose notamment un détecteur caractérisé en ce que les cellules constituées chacune d'une masse et d'un capteur sont disposées tête-bêche et symétriquement par rapport à l'axe de moyens de fixation de la partie centrale à la structure dont l'accélération est à mesurer. Une solution particulièrement simple consiste à solidariser la partie centrale d'un support présentant une excroissance sur laquelle est fixée une face de la partie centrale. II est même possible de constituer le corps, les capteurs de force et le support sous forme monolithique, en ménageant un jeu très faible, pouvant être de quelques dizaines de microns seulement, entre les masses sismiques et le support. Une telle constitution a l'avantage supplémentaire que le support constitue une butée limitant la déformation dans un sens orthogonal à l'axe sensible et évitant la destruction du détecteur. Dans un mode avantageux de réalisation, chaque masse sismique est reliée à la partie centrale par deux articulations disposées parallèlement l'une à l'autre directly by a cross member belonging to the fixed part. This arrangement inevitably leads to a mechanical coupling which results in a locking of the vibration frequencies of the beams in the case of weak acceleration, that is to say to a blind zone. In practice, it is necessary to give the beams very different resonant frequencies, so that the compensation of the common modes is only partial and that the performances are degraded. The present invention aims in particular to provide a miniature accelerometric detector which responds better than those previously known to the requirements of practice, in particular in that it has a high linearity, and eliminates the coupling problems, and this while remaining of low cost, in particular when made in flat form and by techniques suitable for collective production. To this end, the invention proposes in particular a detector characterized in that the cells each consisting of a mass and a sensor are arranged head to tail and symmetrically with respect to the axis of the means for fixing the central part to the structure whose acceleration is to be measured. A particularly simple solution consists in securing the central part of a support having a projection on which is fixed a face of the central part. It is even possible to constitute the body, the force sensors and the support in monolithic form, while leaving a very small clearance, possibly being of a few tens of microns, between the seismic masses and the support. Such a constitution has the additional advantage that the support constitutes a stop limiting the deformation in a direction orthogonal to the sensitive axis and avoiding the destruction of the detector. In an advantageous embodiment, each seismic mass is connected to the central part by two articulations arranged parallel to each other

et formant des charnières qui imposent à la masse sismique de se déplacer suivant une direction parallèle à l'axe sensible, c'est-à-dire à la direction du capteur de force, plutôt qu'en rotation. Ainsi, l'axe sensible n'est pas incliné par rapport à la direction de la poutre vibrante. En effet, les articulations constituent, avec la partie centrale et la masse sismique, l'équivalent d'un parallélogramme déformable. On obtient un résultat optimal en donnant à chaque masse sismique une forme telle que son centre de gravité se trouve dans le plan de la poutre. Les poutres seront généralement en matériau piézorésistif (quartz ou céramique). Cependant, il est également possible de constituer le détecteur en silicium, ce qui implique que l'excitation des poutres soit réalisée soit par un dépôt local d'une couche piézo-électrique, soit par un autre procédé physique (par exemple capacitif ou magnétique) ou la combinaison de ces procédés. Comme on l'a indiqué plus haut, le détecteur peut avoir une épaisseur très faible, nettement inférieure au millimètre (souvent environ 400 #im). La raideur élevée des parallélogrammes déformables dans la direction perpendiculaire à l'axe sensible et un choix approprié du rapport entre les raideurs permet de placer le premier mode de vibration de structure de façon orthogonale à l'axe sensible avec une fréquence en dehors des spectres utiles des applications potentielles sans pour autant diminuer la sensibilité suivant l'axe sensible. Les caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est uns vue en perspective simplifiée d'un détecteur suivant un premier mode de réalisation ; and forming hinges which force the seismic mass to move in a direction parallel to the sensitive axis, that is to say to the direction of the force sensor, rather than in rotation. Thus, the sensitive axis is not inclined relative to the direction of the vibrating beam. Indeed, the joints constitute, with the central part and the seismic mass, the equivalent of a deformable parallelogram. An optimal result is obtained by giving each seismic mass a shape such that its center of gravity is in the plane of the beam. The beams will generally be made of piezoresistive material (quartz or ceramic). However, it is also possible to constitute the silicon detector, which implies that the excitation of the beams is carried out either by a local deposition of a piezoelectric layer, or by another physical process (for example capacitive or magnetic) or a combination of these methods. As mentioned above, the detector can have a very small thickness, clearly less than a millimeter (often around 400 #im). The high stiffness of the deformable parallelograms in the direction perpendicular to the sensitive axis and an appropriate choice of the ratio between the stiffnesses makes it possible to place the first mode of vibration of structure orthogonal to the sensitive axis with a frequency outside the useful spectra potential applications without reducing the sensitivity along the sensitive axis. The above characteristics, as well as others, will appear better on reading the following description of particular embodiments, given by way of nonlimiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which - Figure 1 is a simplified perspective view of a detector according to a first embodiment;

- la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 ; - la figure 3 montre une constitution possible des moyens d'articulation du mode de réalisation de la figure 1 ; - la figure 4, similaire à la figure 1, montre une variante de réalisation sans parallélogramme déformable. - Figure 2 is a sectional view along line II-II of Figure 1; - Figure 3 shows a possible constitution of the articulation means of the embodiment of Figure 1; - Figure 4, similar to Figure 1, shows an alternative embodiment without deformable parallelogram.

Le détecteur accélérométrique montré schématiquement en figures 1 et 2 a une constitution monolithique. Il peut être regardé comme ayant un corps 12 et des capteurs de force 14a et 14b constitués chacun par une poutre vibrante reliée à un circuit de mesure de la différence des fréquences de résonance. Le corps 12 présente une partie centrale 16 destinée à être fixée à la structure dont l'accélération est à mesurer. L'emplacement de fixation constitue un centre de symétrie pour le détecteur. Dans le cas illustré sur les figures 1 et 2, le corps est solidarisé d'un support 18 par collage de sa partie centrale sur une excroissance 20 du support. Avantageusement, le jeu ménagé entre le support et la grande face en regard du corps 12 est très faible, par exemple de l'ordre de quelques #tm dans le cas d'un accéléromètre miniature de forme plate, de façon- que le support constitue une butée limitant le débattement transversal des parties mobiles du corps. Dans une variante de réalisation, le corps et le support constituent un ensemble monolithique, par exemple en silicium, fabriqué par des techniques classiques d'attaque chimique. The accelerometric detector shown schematically in Figures 1 and 2 has a monolithic constitution. It can be viewed as having a body 12 and force sensors 14a and 14b each consisting of a vibrating beam connected to a circuit for measuring the difference in resonance frequencies. The body 12 has a central part 16 intended to be fixed to the structure whose acceleration is to be measured. The mounting location provides a center of symmetry for the detector. In the case illustrated in Figures 1 and 2, the body is secured to a support 18 by gluing its central part on a projection 20 of the support. Advantageously, the clearance between the support and the large opposite face of the body 12 is very small, for example of the order of a few #tm in the case of a miniature accelerometer of flat shape, so that the support constitutes a stop limiting the transverse movement of the movable parts of the body. In an alternative embodiment, the body and the support constitute a monolithic assembly, for example made of silicon, manufactured by conventional techniques of chemical attack.

La partie centrale 16 est reliée, par des moyens d'articulation, à deux masses sismiques ou masse d'épreuve 24a et 24b symétriques par rapport à l'axe de la zone de fixation de la partie centrale. Dans le cas illustré sur la figure 1, les moyens d'articulation sont d'une seule pièce avec les masses sismiques et avec la partie centrale et les moyens d'articulation de chaque masse sismique sont constitués par deux lames qui, dans leur position de repos, sont orthogonales à l'axe sensible X. Par exemple, les deux lames 22a qui maintiennent la masse sismique 24a relient les extrémités de la partie centrale, dans le sens de l'axe sensible, aux extrémités de la masse sismique 24a. La structure en parallélogramme déformable et l'orientation des poutres The central part 16 is connected, by means of articulation, to two seismic masses or test mass 24a and 24b symmetrical with respect to the axis of the fixing zone of the central part. In the case illustrated in FIG. 1, the articulation means are in one piece with the seismic masses and with the central part and the articulation means of each seismic mass are constituted by two blades which, in their position rest, are orthogonal to the sensitive axis X. For example, the two blades 22a which hold the seismic mass 24a connect the ends of the central part, in the direction of the sensitive axis, to the ends of the seismic mass 24a. The deformable parallelogram structure and the orientation of the beams

perpendiculaire à l'axe sensible ne contraint pas la position du centre de gravité. perpendicular to the sensitive axis does not constrain the position of the center of gravity.

Si on définit l'axe de pendule comme étant perpendiculaire à l'axe défini par les centres de rotation de charnières et passant par le centre de gravité des masses pendulaires, le défaut de parallélisme de cet axe de pendule conduit, dans le cas de l'art antérieur, à un axe sensible incliné. Ce problème est écarté dans le cas d 'une structure en parallélogramme. If the pendulum axis is defined as being perpendicular to the axis defined by the centers of rotation of hinges and passing through the center of gravity of the pendulum masses, the lack of parallelism of this pendulum axis leads, in the case of l prior art, with an inclined sensitive axis. This problem is eliminated in the case of a parallelogram structure.

Les masses sismiques représentées ont une forme en U, la majeure partie de la masse étant concentrée dans les branches du U. L'une de ces branches est reliée à la partie centrale 16 par le capteur 14a ou 14b, dirigé suivant l'axe sensible et placé de façon telle que le centre de gravité G soit approximativement dans le plan du capteur. The seismic masses shown have a U-shape, most of the mass being concentrated in the branches of the U. One of these branches is connected to the central part 16 by the sensor 14a or 14b, directed along the sensitive axis and placed so that the center of gravity G is approximately in the plane of the sensor.

Les lames 22a et 22b constituant les moyens d'articulation peuvent être simplement des lames minces, comme indiqué sur la figure 1, ou elles peuvent présenter chacune des rétrécissements 26 à leur extrémité, comme indiqué sur la figure 3. Elles peuvent également être fractionnées en deux parties. Dans tous les cas, il est avantageux de constituer ces lames de façon que le premier mode d'oscillation de structure ait une fréquence très élevée par rapport à la plage requise pour les accélérations à mesurer. De plus, la flexibilité des lames est avantageusement suffisante pour ne pas provoquer une force de rappel appréciable. The blades 22a and 22b constituting the articulation means can simply be thin blades, as indicated in FIG. 1, or they can each have narrowing 26 at their end, as indicated in FIG. 3. They can also be divided into two parts. In all cases, it is advantageous to constitute these plates so that the first mode of structure oscillation has a very high frequency compared to the range required for the accelerations to be measured. In addition, the flexibility of the blades is advantageously sufficient not to cause an appreciable restoring force.

En cas de détecteur accélérométrique destiné à des engins, le spectre au-delà duquel il faut rejeter le premier mode de vibration de structure s'arrête généralement vers 3 kHz. In the case of an accelerometric detector intended for vehicles, the spectrum beyond which the first mode of structure vibration must be rejected generally stops around 3 kHz.

Le terme "poutre", utilisé pour désigner le capteur, doit être interprété de façon large et comme désignant tout capteur de forme allongée pouvant utiliser l'effet piézoélectrique, l'effet piézorésistif (pour la détection) ou, dans une constitution The term "beam", used to designate the sensor, should be interpreted broadly and as designating any elongated sensor that can use the piezoelectric effect, the piezoresistive effect (for detection) or, in a constitution

moins avantageuse, un effet capacitif et fournissant un signal représentatif des contraintes de traction et de compression longitudinales. On peut notamment utiliser une simple poutre vibrante d'une seule pièce. Cependant, il est de beaucoup préférable d'utiliser une poutre constituant diapason ou double diapason, comme par exemple le transducteur double décrit dans US-A-5 020 370 (demande FR 88 15835) ou la constitution suivant US-A-4 939 935. Dans le cas illustré sur la figure 2, la poutre est dédoublée en deux éléments parallèles l'un à l'autre. less advantageous, a capacitive effect and providing a signal representative of the longitudinal tension and compression stresses. One can in particular use a simple vibrating beam of a single piece. However, it is much preferable to use a beam constituting a tuning fork or double tuning fork, such as for example the double transducer described in US-A-5,020,370 (application FR 88 15835) or the constitution according to US-A-4,939,935 In the case illustrated in Figure 2, the beam is split into two elements parallel to each other.

L'épaisseur des poutres étant très faible, elles n'exercent qu'une force de rappel très faible. Le résonateur travaillant en traction-compression, et non pas en flexion-traction comme dans des systèmes de l'art antérieur, les poutres n'influencent pas de façon défavorable le mode de résonance de structure selon l'axe sensible. The thickness of the beams being very small, they exert only a very weak restoring force. The resonator working in traction-compression, and not in bending-traction as in systems of the prior art, the beams do not adversely influence the mode of resonance of structure along the sensitive axis.

Toute accélération suivant l'axe sensible provoque la mise en tension longitudinale d'une des poutres et la mise en compression de l'autre poutre. Un circuit relié à des électrodes d'excitation de la vibration des poutres à la résonance et à des électrodes permettant de détecter la fréquence de résonance permet de déterminer la différence entre les fréquences de résonance des deux poutres et d'en déduire l'accélération. Any acceleration along the sensitive axis causes the longitudinal tension of one of the beams and the compression of the other beam. A circuit connected to electrodes for exciting the vibration of the beams at resonance and to electrodes making it possible to detect the resonant frequency makes it possible to determine the difference between the resonant frequencies of the two beams and to deduce the acceleration therefrom.

La constitution montrée sur la figure 1 présente de nombreux avantages du point de vue de la précision. L'ensemble constitué par la partie centrale, les lames et une masse sismique constitue géométriquement un parallélogramme déformable par flexion des lames (figure 1) ou flexion au niveau des rétrécissements (figure 3). L'axe sensible ne change en conséquence pas d'orientation en cas de déplacement de la masse sismique. Le couplage entre les axes sensibles des deux cellules est très faible et le couplage entre les deux The constitution shown in Figure 1 has many advantages from the point of view of accuracy. The assembly constituted by the central part, the blades and a seismic mass geometrically constitutes a deformable parallelogram by bending of the blades (Figure 1) or bending at the level of the narrowing (Figure 3). The sensitive axis does not consequently change orientation in the event of displacement of the seismic mass. The coupling between the sensitive axes of the two cells is very weak and the coupling between the two

oscillateurs est réduit. II peut être totalement annulé en utilisant une conception en deux blocs. oscillators is reduced. It can be completely canceled using a two-block design.

Le détecteur peut notamment être fabriqué par gravure humide ou par la succession d'une gravure sèche dite "ion track" suivie d'une gravure chimique. Dans le cas où le corps est en matériau non piézoélectrique, par exemple en silicium, l'excitation des poutres peut être réalisée par un dépôt local en matériau piézoélectrique ou par in autre procédé physique tel que capacitif ou magnétique. The detector can in particular be manufactured by wet etching or by the succession of a dry etching called "ion track" followed by chemical etching. In the case where the body is made of non-piezoelectric material, for example silicon, the excitation of the beams can be carried out by a local deposition in piezoelectric material or by another physical process such as capacitive or magnetic.

Dans la variante de réalisation montrée en figure 4, où les éléments correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence, chaque masse sismique 24a ou 24b est reliée à la partie centrale 16 par une seule charnière 22 et par le capteur 14a ou 14b. La charnière est placée entre la portion massive de la masse sismique 24a ou 24b et le capteur correspondant 14a ou 14b. Du fait de la différence importante de bras de levier de part et d'autre de la charnière, la poutre constituant le capteur reste en permanence orientée sensiblement suivant l'axe sensible. In the alternative embodiment shown in FIG. 4, where the elements corresponding to those of FIG. 1 are designated by the same reference number, each seismic mass 24a or 24b is connected to the central part 16 by a single hinge 22 and by the sensor 14a or 14b. The hinge is placed between the massive portion of the seismic mass 24a or 24b and the corresponding sensor 14a or 14b. Due to the significant difference in the lever arm on either side of the hinge, the beam constituting the sensor remains permanently oriented substantially along the sensitive axis.

La figure 4 montre également, à titre de simple exemple, un circuit pouvant être associé aux poutres 14a et 14b pour mesurer la fréquence propre et en déduire l'accélération. Le circuit montré en figure 4 comporte deux oscillateurs 32a et 32b dont seul le second est montré en détail. II comporte également un module 34 de mesure de la différence entre les fréquences des signaux de sortie des oscillateurs. Chacun des oscillateurs est prévu pour maintenir à une valeur constante l'amplitude du courant appliqué aux électrodes des poutres, dont la constitution peut être celle décrite dans l'un des brevets de la demanderesse mentionnés plus haut. L'oscillateur 32b montré en figure 4 comprend un amplificateur 38 dont la boucle de réaction contient, disposées en série, les électrodes d'excitation à la résonance de la poutre 14b et un amplificateur à gain commandé 40. Le gain de l'amplificateur 40 est commandé par un module 44 qui reçoit une consigne de tension sur une entrée 46 et la FIG. 4 also shows, by way of simple example, a circuit which can be associated with the beams 14a and 14b to measure the natural frequency and to deduce the acceleration therefrom. The circuit shown in Figure 4 includes two oscillators 32a and 32b of which only the second is shown in detail. It also includes a module 34 for measuring the difference between the frequencies of the oscillator output signals. Each of the oscillators is designed to maintain the amplitude of the current applied to the beam electrodes at a constant value, the constitution of which may be that described in one of the applicant's patents mentioned above. The oscillator 32b shown in FIG. 4 comprises an amplifier 38 whose feedback loop contains, arranged in series, the excitation electrodes at resonance of the beam 14b and a gain-controlled amplifier 40. The gain of the amplifier 40 is controlled by a module 44 which receives a voltage setpoint on an input 46 and the

compare à la tension de sortie de l'amplificateur 38. Du fait que le courant dans les électrodes de la poutre est maintenu à une valeur constante, fixée par la tension de consigne, les variations de fréquence liées à l'isochronisme sont annulées. compares with the output voltage of amplifier 38. Because the current in the electrodes of the beam is maintained at a constant value, fixed by the set voltage, the frequency variations linked to isochronism are canceled.

Les sorties des deux oscillateurs sont appliquées au circuit 34 qui détermine la différence df entre les fréquences de résonance' et en déduit l'accélération. Cette mesure peut être effectuée de façon numérique, du fait qu'une fréquence peut aisément être transformée en une série d'impulsions dont la fréquence de répétition correspond à la fréquence. The outputs of the two oscillators are applied to circuit 34 which determines the difference df between the resonance frequencies' and deduces the acceleration therefrom. This measurement can be performed digitally, since a frequency can easily be transformed into a series of pulses whose repetition frequency corresponds to the frequency.

L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation encore, sous forme monolithique aussi bien que sous forme de deux cellules séparées, en matériau piézoélectrique ou non, monolithique ou composite. Par ailleurs, et notamment lorsque le détecteur est constitué de façon monolithique avec le support 18, il est possible de réaliser, en une même opération, deux détecteurs ayant des axes sensibles croisés sur une même tranche de semi-conducteur. II est également possible d'associer, sur une même tranche, un ou deux détecteurs accélérométriques plats du genre représenté avec un capteur gyrométrique également plat. The invention is susceptible of numerous alternative embodiments, in monolithic form as well as in the form of two separate cells, made of piezoelectric material or not, monolithic or composite. Furthermore, and in particular when the detector is formed monolithically with the support 18, it is possible to produce, in a single operation, two detectors having sensitive axes crossed on the same semiconductor wafer. It is also possible to associate, on the same wafer, one or two flat accelerometric detectors of the type shown with a gyrometric sensor also flat.

Claims

CLAIMS 1. Accelerometric detector comprising a body (12) having a central part (16) and two seismic masses (24a-24b) located on either side of the central part, connected to the central part by articulations allowing movement around 'an axis perpendicular to the sensitive axis and vibrating beam force sensors each connecting one of the masses to the central part, mounted so that, when one of the beams is subjected to a tensile force due to a acceleration along the sensitive axis, the other beam is subjected to a compression force of the same value characterized in that the cells, each consisting of a mass and a sensor, are arranged head to tail and symmetrically with respect to the axis of means (20) for fixing the central part to the structure (18) whose acceleration is to be measured.

2. Detector according to claim 1, characterized in that the joints and the force sensors are provided so that the first mode of vibration of mass structure is in a direction orthogonal to the sensitive axis of the detector.

3. Detector according to claim 1 or 2, characterized in that each seismic mass (245a, 24b) is connected to the central part by two articulations arranged parallel to each other and forming two hinges which impose on the seismic mass to move in a direction parallel to the sensitive axis of the detector.

4. Detector according to claim 1, 2 or 3, characterized in that said central part is secured by one face of a projection of a support.

5. Detector according to claim 4, characterized in that the seismic masses are separated from a support by a small clearance.

6. Detector according to claim 2, characterized in that the joints consist of thin strips or each having narrowing (26) at their ends.

7. Detector according to claim 1, characterized in that each seismic mass is connected to the central part by a single articulation (22) forming a hinge, placed between the major part of the seismic mass and the beam.

8. Detector according to any one of the preceding claims, characterized in that each beam is constituted by a single or double tuning fork made of piezoelectric material.