FR2892519A1

FR2892519A1 - Dispositif de mesure avec capteur d'acceleration et goniometre

Info

Publication number: FR2892519A1
Application number: FR0609257A
Authority: FR
Inventors: Peter Uerlings; Manfred Winter
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-10-22
Filing date: 2006-10-20
Publication date: 2007-04-27
Anticipated expiration: 2026-10-20
Also published as: FR2892519B1; DE102005050702B3

Abstract

Le dispositif de mesure comporte un capteur d'accélération (2), qui délivre au moins un signal d'accélération, dont la valeur correspond à une accélération du capteur d'accélération (2) dans une direction de mesure prédéfinie par le capteur d'accélération (2). En outre, il est prévu un goniomètre (6), qui délivre au moins un signal angulaire, dont la valeur correspond à un angle entre la direction de mesure, prédéfinie par le capteur d'accélération (2), et une direction spatiale, prédéfinie par voie externe.

Description

La présente invention concerne un dispositif de mesure comportant un

capteur d'accélération qui délivre au moins un signal d'accélération, dont la valeur correspond à une accélération du capteur d'accélération dans une direction de mesure prédéfinie par le capteur d'accélération, un goniomètre étant prévu, qui délivre au moins un signal angulaire, dont la valeur correspond à un angle entre la direction de mesure, prédéfinie par le capteur d'accélération, et une direction spatiale, prédéfinie par voie externe. to État de la technique Lorsque des accélérations doivent être mesurées dans une direction déterminée avec un capteur d'accélération, il faut alors que le capteur d'accélération soit orienté avec sa direction de mesure exactement dans cette direction. Cela est nécessaire, d'une part, parce 15 que, dans le cas contraire, le capteur d'accélération délivre une valeur erronée pour l'accélération intéressée, laquelle se différencie de manière typique d'un facteur cos phi de la valeur réelle, phi étant l'angle entre la direction de l'accélération et la direction de mesure prédéfinie par la structure et l'orientation du capteur d'accélération. En outre, un 20 capteur d'accélération, dont la direction de mesure n'est pas exactement orientée sur la direction des accélérations intéressées, enregistre aussi des composantes d'accélération dans d'autres directions orthogonales à la direction de l'accélération intéressée, qui doivent être séparées de manière complexe des accélérations concernées, pour autant que cela 25 soit d'ailleurs possible avec le signal d'accélération du capteur d'accélération. Concrètement, dans le cas de mesures d'oscillations, par exemple, sur des aéronefs ou véhicules spatiaux, il est souvent nécessaire que les capteurs d'accélération utilisés à cet effet soient orientés exactement 30 dans le sens vertical, c'est-à-dire parallèlement à l'axe z dans le système de coordonnées xyz classique. Pour faciliter cette orientation, on connaît des capteurs d'accélération avec des alésages, dans lesquels peuvent être enfichés des pointeurs, qui indiquent la direction de mesure du capteur d'accélération. Ces pointeurs sont utilisés pour orienter à vue d'oeil les capteurs d'accélération connus, des erreurs étant inévitables dans ce cas. Une autre possibilité connue pour détecter l'orientation des capteurs d'accélération consiste à poser ceux-ci le long d'une surface structurelle et de déterminer l'angle de la surface structurelle à partir de dessins techniques, afin de corriger avec cet angle la valeur du signal d'accélération du capteur d'accélération. Cette procédure est cependant complexe et entachée d'erreurs, car elle ne détecte pas l'orientation réelle de la direction de mesure du capteur d'accélération. Un dispositif de mesure comportant un capteur d'accélération du genre mentionné dans l'introduction est connu du document DE 32 33 029 Al. Ledit document décrit un dispositif de navigation gyroscopique, qui comporte un capteur d'accélération. Le capteur d'accélération comporte deux axes sensibles, dont les positions actuelles sont mesurées par des goniomètres. Le dispositif de navigation gyroscopique connu n'est pas prévu pour l'utilisation de capteurs d'accélération dans des conditions de place étroites et ne convient pas à une telle utilisation. But de l'invention Le but de l'invention est de proposer un dispositif de mesure comportant un capteur d'accélération qui délivre au moins un signal d'accélération, dont la valeur correspond à une accélération du capteur d'accélération dans une direction de mesure prédéfinie par le capteur d'accélération, un goniomètre étant prévu, qui délivre au moins un signal angulaire, dont la valeur correspond à un angle entre la direction de mesure, prédéfinie par le capteur d'accélération, et une direction spatiale, prédéfinie par voie externe, lequel dispositif peut également être utilisé lorsque la place disponible pour le montage du capteur d'accélération est étroite, de telle sorte qu'il est impossible d'intégrer le capteur d'accélération et le goniomètre dans un boîtier commun. Solution Le but de l'invention est atteint par un dispositif de mesure caractérisé en ce qu'entre le capteur d'accélération et le goniomètre est réalisée une interface mécanique amovible, qui oriente le goniomètre de manière définie par rapport au capteur d'accélération. Des modes de réalisation préférés du nouveau dispositif de mesure sont décrits dans io la description qui va suivre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - il est prévu sur l'interface mécanique amovible une partie, qui est associée au goniomètre et qui est interchangeable ou destinée à recevoir différents adaptateurs de raccordement ; 15 -l'interface mécanique entre le capteur d'accélération et le goniomètre comporte des contacts électriques destinés à transmettre le signal angulaire depuis le goniomètre sur une ligne de transmission de signaux reliée au capteur d'accélération ; - un afficheur optique pour le signal angulaire est prévu sur le 20 goniomètre ; - le goniomètre est relié à un instrument d'affichage par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de signaux. - le goniomètre et/ou le capteur d'accélération sont/est relié(s) à une unité d'analyse des signaux par l'intermédiaire d'une voie de 25 transmission de signaux sans fil ; - les variations dans le temps du signal angulaire du goniomètre sont contrôlées par un dispositif de contrôle ; - le signal angulaire du goniomètre correspond à un angle par rapport à la verticale ; - une unité d'analyse du signal d'accélération du capteur d'accélération effectue une correction de la valeur du signal d'accélération en fonction de la valeur du signal angulaire du goniomètre. Description de l'invention Dans le nouveau dispositif de mesure, le goniomètre n'est pas relié en permanence avec le capteur d'accélération, mais est relié de manière amovible à celui-ci, la liaison étant si précise que le signal io angulaire du goniomètre indique réellement l'angle concerné entre la direction de mesure prédéfmie par le capteur d'accélération et la direction spatiale prédéfinie par voie externe, par rapport à laquelle le goniomètre effectue les mesures. L'interface mécanique amovible entre le capteur d'accélération et le goniomètre peut être un assemblage par 15 enfichage connu en soi, lorsque celui-ci possède des qualités de guidage mécaniques suffisantes pour l'orientation souhaitée du goniomètre par rapport à le capteur d'accélération. En lieu et place d'un assemblage par enfichage dont les parties sont, de manière typique, assemblées fermement, d'une part, avec le boîtier du capteur d'accélération et, 20 d'autre part, avec le boîtier du goniomètre, il est aussi possible que les boîtiers du capteur d'accélération et du goniomètre constituent eux- mêmes l'interface mécanique amovible pour l'orientation réciproque du goniomètre et du capteur d'accélération. Une fois que le capteur d'accélération a été orienté avec sa direction de mesure par rapport à la 25 direction spatiale prédéfinie par voie externe et que chaque orientation incorrecte subsistante a été détectée par le signal angulaire du goniomètre, le goniomètre peut être séparé du capteur d'accélération par la désolidarisation de l'interface mécanique, à la suite de quoi le nouveau dispositif de mesure à l'emplacement du capteur d'accélération 30 n'exige plus que la place nécessaire à le capteur d'accélération. Le5 goniomètre peut alors être utilisé pour l'orientation d'autres capteurs d'accélération. Pour utiliser le goniomètre avec différents capteurs d'accélération, les différences des capteurs d'accélération pouvant aussi résider dans le fait que leurs directions de mesure doivent être orientées différemment par rapport à la direction spatiale prédéfmie par voie externe, il est possible qu'une partie, associée au goniomètre, dans l'interface mécanique amovible, soit prévue de manière interchangeable ou pour recevoir différents adaptateurs de raccordement. Lorsqu'il est question Io d'orientations différentes de capteurs d'accélération identiques en soi, ces pièces interchangeables ou adaptateurs peuvent comporter des cornières. L'interface mécanique entre le capteur d'accélération et le goniomètre peut aussi comporter des contacts électriques pour la 15 transmission du signal angulaire du goniomètre sur une ligne de transmission de signaux raccordée à le capteur d'accélération. Par l'intermédiaire de cette ligne de transmission de signaux, le signal angulaire associé à le capteur d'accélération peut alors être transféré à une unité d'analyse et y être mémorisé. Il n'est pas nécessaire d'associer 20 manuellement le signal angulaire à le capteur d'accélération. Alors que le transfert du signal angulaire, cité en dernier lieu, vers une unité d'analyse présente des avantages, lorsque le signal angulaire doit être utilisé pour corriger le signal d'accélération, il est avantageux pour obtenir l'orientation souhaitée de la direction de 25 mesure du capteur d'accélération, qu'un afficheur optique du signal angulaire soit prévu sur le goniomètre. Lors de la mise en place du capteur d'accélération, le signal angulaire affiché peut être observé et utilisé pour effectuer l'orientation souhaitée de la direction de mesure du capteur d'accélération.

Concrètement, le goniomètre peut être relié, par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de signaux raccordée, à un instrument d'affichage, qui affiche visuellement le signal angulaire. Il peut s'agir par exemple ici d'un instrument d'affichage numérique.

Il est aussi possible que le goniomètre et/ou le capteur d'accélération soit/soient relié(s) à une unité de traitement des signaux par l'intermédiaire d'une voie de transmission des signaux sans fil, moyennant quoi un câblage du nouveau dispositif de mesure est en grande partie inutile. La possibilité d'utilisation de voies de to transmission des signaux sans fil dépend cependant dans chaque cas de l'environnement de mesure. Si un dispositif de contrôle est utilisé pour contrôler les variations dans le temps du signal angulaire du goniomètre, ce contrôle pouvant être continu ou discontinu, le goniomètre pouvant être démonté à 15 nouveau du capteur d'accélération concerné entre les différentes mesures angulaires, il est possible d'obtenir un indice signalant que le capteur d'accélération est encore fermement monté avec l'orientation souhaitée ou qu'il s'est détaché ou a déjà perdu partiellement ou totalement son orientation pour d'autres raisons. 20 Concrètement, le goniomètre peut être un capteur d'inclinaison, dans lequel le signal angulaire correspond à un angle par rapport à la verticale. Avec un tel goniomètre, il est possible d'orienter verticalement, par exemple, des capteurs d'accélération destinés à mesurer des oscillations sur des aéronefs ou véhicules spatiaux. 25 Dans le nouveau dispositif de mesure, il est possible de prévoir une unité d'analyse automatique pour le signal d'accélération du capteur d'accélération, laquelle effectue une correction de la valeur du signal d'accélération en fonction de la valeur du signal angulaire du goniomètre, afin de compenser les orientations incorrectes subsistantes de la direction de mesure du capteur d'accélération par rapport à la direction spatiale prédéfmie. Des modes de réalisation améliorés avantageux de l'invention ressortent des revendications, de la description et des dessins. Les avantages des caractéristiques et des combinaisons de plusieurs caractéristiques, mentionnés dans l'introduction de la description, sont uniquement présentés à titre d'exemple, sans qu'ils soient nécessairement obtenus par les modes de réalisation selon l'invention. D'autres caractéristiques ressortent des dessins - en particulier des géométries représentées et des dimensions relatives de plusieurs composants les uns par rapport aux autres, ainsi que de leur agencement relatif et de leur liaison active. La combinaison de caractéristiques de différents modes de réalisation de l'invention ou de caractéristiques de différentes revendications est également possible en s'écartant des références choisies et est incitée par la présente. Cela concerne aussi des caractéristiques qui sont représentées sur des dessins séparés ou qui sont citées dans la description de ceux-ci. Ces caractéristiques peuvent aussi être combinées à d'autres caractéristiques. De même, des caractéristiques définies par la suite peuvent être supprimées dans d'autres modes de réalisation de l'invention. Brève description des dessins L'invention est expliquée et décrite ci-après de manière plus 25 détaillée à l'appui d'exemples de réalisation concrets par référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente la structure schématique d'un mode de réalisation du nouveau dispositif de mesure ; la figure 2 représente les deux parties d'une interface mécanique 30 du dispositif de mesure selon la figure 1 ; et la figure 3 représente le goniomètre d'un autre mode de réalisation du nouveau dispositif de mesure. Description des figures La figure 1 représente un dispositif de mesure 1 destiné à mesurer des accélérations. À cet effet, le dispositif de mesure 1 comporte un capteur d'accélération 2. Le capteur d'accélération 2 délivre un signal d'accélération par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de signaux 3, lequel correspond à l'accélération du to capteur d'accélération 2 dans une direction de mesure, qui est ici perpendiculaire au plan du dessin sur la figure 1. Le signal d'accélération est acheminé par l'intermédiaire de la ligne de transmission de signaux 3 vers une unité d'analyse 4, conçue sous la forme d'un ordinateur 5. L'unité d'analyse 4 calcule à partir de la valeur 15 du signal d'accélération l'accélération du capteur d'accélération 2 dans la direction de mesure. Le dispositif de mesure 1 comporte un goniomètre 6 pour pouvoir orienter exactement la direction de mesure du capteur d'accélération 2 par rapport à une direction spatiale prédéfmie par voie externe et pour 20 pouvoir détecter des divergences subsistantes de la direction de mesure par rapport à l'orientation souhaitée, lors de l'utilisation du dispositif de mesure 1. Le goniomètre 6 délivre un signal angulaire dont la valeur correspond à un angle entre la direction de mesure prédéfmie par le 25 capteur d'accélération 2 et une direction spatiale prédéfmie par voie externe, qui est la direction de référence utilisée par le goniomètre 6. Le signal angulaire peut également être transmis par l'intermédiaire de la ligne de transmission de signaux 3 vers l'unité d'analyse 4. Pour orienter exactement le goniomètre 6 par rapport à le capteur 30 d'accélération 2 et, dans le mode de réalisation du dispositif de mesure 1 selon la figure 1, pour raccorder également le goniomètre 6 à la ligne de transmission de signaux 3 en vue de la transmission du signal angulaire, il est prévu une interface 7 entre le goniomètre 6 et le capteur d'accélération 2.

L'interface 7 est formée par deux parties 8 et 9, la partie 8 étant assemblée au goniomètre 6 de manière fixe, c'est-à-dire dans une orientation définie, et la partie 9 étant assemblée à le capteur d'accélération 2 de manière fixe, c'est-à-dire également dans une orientation définie. L'interface 7 est amovible, sachant que, dans la to position assemblée représentée sur la figure 1, le capteur d'accélération 2 et le goniomètre 6 sont orientés exactement l'un avec l'autre par les surfaces de guidage des parties 8 et 9. Après l'orientation souhaitée de la direction de mesure du capteur d'accélération 2 et la constatation d'une éventuelle orientation 15 incorrecte subsistante, le goniomètre 6 peut être détaché du capteur d'accélération 2 en désolidarisant l'interface 7 entre les parties 8 et 9. La figure 2 représente l'interface 7 selon la figure 1 sur une vue en élévation des parties 8 et 9 du goniomètre 6 et du capteur d'accélération 2. La partie 8 comporte un évidement 10 destiné à 20 recevoir la partie 9 selon une orientation exacte du goniomètre 6 par rapport à le capteur d'accélération 2. De plus, des ergots 18 et 19 complémentaires sont prévus sur les parties 8 et 9, lesquels permettent un assemblage des deux parties 8 et 9 dans une seule orientation relative, de telle sorte qu'après l'assemblage, le goniomètre 6 est orienté 25 par rapport à le capteur d'accélération 2 en étant défini totalement, c'est-à-dire par rapport à un signe des directions. En outre, des plots de contact 11 sont prévus sur la partie 8 et des douilles 12 sont prévues sur la partie 9, afin de pouvoir transmettre le signal angulaire du goniomètre 6 au-delà de l'interface 7.

Io L'interface 7 peut cependant aussi être une interface purement mécanique, lorsque le signal angulaire du goniomètre 6 est transmis d'une autre manière vers l'unité d'analyse 4, par exemple sans fil ou par l'intermédiaire d'une autre ligne de transmission de signaux raccordée au goniomètre 6. En outre, il est possible d'afficher la valeur du signal angulaire du goniomètre 6 directement sur le goniomètre 6. Dans ce cas également, l'interface 7 peut être une interface purement mécanique. Un tel affichage du signal angulaire du goniomètre 6 sur le goniomètre 6 est esquissé sur la figure 3. Sur celle-ci, une ligne de I o transmission de signaux 13 part du goniomètre 6 et est raccordée à un instrument d'affichage 15 par l'intermédiaire d'une fiche 14. L'instrument d'affichage 15 affiche dans le cas présent deux valeurs 16 et 18, qui indiquent l'inclinaison du goniomètre 6 par rapport à deux directions x et y horizontales, orthogonales l'une à l'autre. À partir de 15 ces deux valeurs 16 et 17, il est possible de déterminer totalement l'orientation de la direction de mesure d'un capteur d'accélération 2, raccordé au goniomètre 2 selon la figure 1 par l'intermédiaire de l'interface 7. Si les deux valeurs 16 et 17 sont nulles, la direction de mesure du 20 capteur d'accélération 2 est exactement perpendiculaire au plan projeté par la direction x et la direction y, c'est-à-dire exactement verticale, comme il est souhaité pour de nombreuses applications. Une orientation incorrecte subsistante du capteur d'accélération 2 peut être compensée sur la base des valeurs 16 et 17, du fait que le signal 25 d'accélération du capteur d'accélération 2 est corrigé par des facteurs de correction correspondants.

LISTE DES REPERES

1 dispositif de mesure 2 capteur d'accélération 3 ligne de transmission de signaux 4 unité d'analyse 5 ordinateur 6 goniomètre 7 interface t o 8 partie 9 partie évidement 11 plot de contact 12 douille 13 ligne de transmission de signaux 14 fiche 15 instrument d'affichage 16 valeur 17 valeur 18 ergot 19 ergot

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure comportant un capteur d'accélération, qui délivre au moins un signal d'accélération dont la valeur correspond s à une accélération du capteur d'accélération dans une direction de mesure prédéfinie par le capteur d'accélération, un goniomètre étant prévu qui délivre au moins un signal angulaire, dont la valeur correspond à un angle entre la direction de mesure, prédéfinie par le capteur d'accélération, et une direction spatiale, prédéfmie par voie 1 o externe, caractérisé en ce qu'entre le capteur d'accélération (2) et le goniomètre (6) est réalisée une interface (7) mécanique amovible qui oriente le goniomètre (6) de manière définie par rapport au capteur d'accélération (2).

2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en 15 ce qu'il est prévu sur l'interface (7) mécanique amovible une partie (8) qui est associée au goniomètre (6) et qui est interchangeable ou destinée à recevoir différents adaptateurs de raccordement.

3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'interface (7) mécanique entre le capteur 20 d'accélération (2) et le goniomètre (6) comporte des contacts électriques (11, 12) destinés à transmettre le signal angulaire depuis le goniomètre (6) sur une ligne de transmission de signaux (3) reliée au capteur d'accélération (2).

4. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un afficheur optique pour le signal angulaire est prévu sur le goniomètre (6).

5. Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que le goniomètre (6) est relié à un instrument d'affichage (15) par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de signaux (13). 30

6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le goniomètre (6) et/ou lecapteur d'accélération (2) sont/est relié(s) à une unité d'analyse des signaux par l'intermédiaire d'une voie de transmission de signaux sans fil.

7. Dispositif' de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les variations dans le temps du signal angulaire du goniomètre (6) sont contrôlées par un dispositif de contrôle.

8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le signal angulaire du to goniomètre (6) correspond à un angle par rapport à la verticale.

9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une unité d'analyse (4) du signal d'accélération du capteur d'accélération (2) effectue une correction de la valeur du signal d'accélération en fonction de la valeur 15 du signal angulaire du goniomètre (6).