FR2893139A1 - Micro capteur apte a detecter et a compter des chocs ou des accelerations/decelerations. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne le domaine des micro capteurs et à plus particulièrement pour objet un microcapteur en silicium apte à détecter et à compter des évènements mécaniques tels des chocs et comportant des moyens passifs de comptage desdits chocs possédant un support, des moyens mécaniques de comptage comportant au moins une roue dentée de comptage, des moyens aptes, au moins en partie, à se déplacer par rapport au support en cas de choc ou d'accélération comportant une masse inertielle et une poutre d'entraînement solidaire de la masse inertielle et comportant, à son extrémité, au moins une dent apte à s'engrener sur la roue dentée et un dispositif d'ancrage apte à limiter la rotation de la roue dentée lors de la détection d'un choc, et caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage est un dispositif d'ancrage élastique.

Description

La présente invention concerne le domaine des microcapteurs et a plus

particulièrement pour objet un micro capteur apte à détecter des évènements mécaniques tels des chocs ou des accélérations et à les compter. L'apparition d'un choc inopiné sur une structure, un élément de structure, un système embarqué (électronique notamment) ou même un équipement (munition, arme etc.) peut avoir des conséquences graves sur l'intégrité et la sûreté de fonctionnement des systèmes d'arme. Dans d'autres cas, le choc est inhérent au mode de fonctionnement du système (armes), il est alors intéressant de détecter et de compter l'occurrence du phénomène car il est directement lié à la durée de vie du io système. Enfin, le choc peut être induit par la mise en oeuvre d'un sous-système comme un système pyrotechnique. Dans ce cas, il est important d'être en mesure de déterminer si un seuil critique d'intensité de choc a été ou non atteint au niveau de systèmes embarqués. Toutefois, on souhaite généralement utiliser des capteurs de petite taille afin 15 de ne pas alourdir ou gêner le fonctionnement du système. Il est connu d'utiliser des micro capteurs, dont la taille est inférieure ou de l'ordre du mm ou de quelques mm. On connaît notamment, dans le domaine de la détection des chocs, des micro systèmes électromécaniques (MEMs) utilisés, entre autre, pour le déclenchement des airbags des véhicules ou dans le domaine 20 biomédical. Ainsi, la demande de brevet US20020184949 décrit un micro capteur électromécanique comportant un support sur lequel sont montées deux électrodes disposées de part et d'autre d'un bras de levier flexible solidaire à l'une de ses extrémités du support et à l'autre d'une masse. Ce levier et cette masse sont réalisés 25 en un matériau électriquement conducteur et un circuit électrique assure une différence de potentiel entre chacune des électrodes et la masse. Lors d'un choc, la masse est accélérée et frappe l'une ou l'autre des électrodes, fermant ainsi ledit circuit pendant le temps de contact entre la masse et l'électrode et générant alors un signal électrique exploitable par exemple par un microprocesseur ou directement par 30 un relais pouvant commander le déploiement d'un airbag. Ces micro-capteurs présentent plusieurs inconvénients. Le premier d'entre eux concerne leur durée de vie : elle est limitée, au plus, à la durée de vie des moyens d'alimentation, à savoir des piles, soit environ un ou deux ans.

Le second d'entre eux concerne l'impossibilité de les utiliser en complète sécurité pyrotechnique. En effet, la présence d'une différence de potentiel et donc d'un courant électrique génère un risque de formation d'étincelle ou de court-circuit pouvant engendrer un incendie voire une explosion en présence de matières détonantes. Le troisième d'entre eux concerne leur sensibilité aux champs magnétiques à cause, notamment, de la génération de courants induits dans les circuits électriques et de la dégradation des composants électroniques qui en résulte. Pour résoudre ces inconvénients on connaît les brevets FR2468948, io GB705745 et US 4146987 qui décrivent chacun un capteur apte à détecter et à compter des évènements mécaniques tels des chocs et comportant des moyens passifs de comptage desdits chocs possédant un support, des moyens mécaniques de comptage comportant au moins une roue dentée, des moyens aptes, au moins en partie, à se déplacer par rapport au support en cas de choc ou d'accélération 15 comportant une masse inertielle et un bras solidaire de la masse inertielle et comportant, à son extrémité, au moins une dent apte à s'engrener sur la roue dentée. Par moyens passifs de comptage, il faut comprendre des moyens fonctionnant sans source d'énergie contrairement aux moyens, dits actifs, utilisés dans les 20 demandes de brevets susmentionnées et qui utilisent une source d'énergie, à savoir une alimentation électrique. Toutefois, ces capteurs sont de grande taille, typiquement de plusieurs centimètres et leur utilisation n'est pas possible sur des systèmes de petite taille, de quelques millimètres à quelques centimètres, car ils sont plus gros que le système 25 lui-même et affecte considérablement son centre de gravité et sa masse et donc son fonctionnement. Si l'on voulait réduire leur taille de façon homothétique, on serait confronté à des dimensions de défauts de fabrication telles que le capteur se bloquerait immédiatement et ne pourrait fonctionner. Par ailleurs, on connaît le brevet US6453746 qui décrit un microcapteur en 30 silicium apte à détecter et à compter des évènements mécaniques tels des chocs et comportant des moyens passifs de comptage desdits chocs possédant un support, des moyens mécaniques de comptage comportant au moins une roue dentée, des moyens aptes, au moins en partie, à se déplacer par rapport au support en cas de choc ou d'accélération comportant une masse inertielle et un bras solidaire de la masse inertielle et comportant, à son extrémité, au moins une dent apte à s'engrener sur la roue dentée et un dispositif d'ancrage comportant un axe et une pièce en forme de U apte à osciller autour de l'axe et à limiter la rotation de la roue dentée lors de la détection d'un choc.

Comme indiqué dans ce brevet, la taille d'un micro système ainsi obtenu est inférieur à 5 centimètres et l'on constate qu'en fonctionnement, le dispositif d'ancrage a tendance à bloquer régulièrement la roue et ainsi d'engendrer des erreurs de comptage des chocs. De plus, plus on réduit de façon homothétique la taille du capteur et plus ce phénomène de blocage s'accroît, le dispositif d'ancrage n'assurant to plus du tout sa fonction. Le but de l'invention est de résoudre ces inconvénients en proposant un microcapteur notamment de chocs, présentant une durée de vie quasiment illimitée, pouvant être utilisé en sécurité pyrotechnique et ne présentant aucune sensibilité aux champs électromagnétiques, et dont, préférentiellement, sa plus grande dimension 15 n'excède pas 5 mm voire 10 mm si le nombre de comptage souhaité est très grand et qui permette un comptage sans erreur du nombre de choc ou d'accélération/décélération d'un système sans quasiment influencer la masse et le centre de gravité du système sur lequel il est fixé. La solution apportée est un microcapteur en silicium apte à détecter et à 20 compter des évènements mécaniques tels des chocs et comportant des moyens passifs de comptage desdits chocs possédant un support, des moyens mécaniques de comptage comportant au moins une roue dentée de comptage, des moyens aptes, au moins en partie, à se déplacer par rapport au support en cas de choc ou d'accélération comportant une masse inertielle, et une poutre d'entraînement 25 solidaire de la masse inertielle et comportant, à son extrémité, au moins une dent apte à s'engrener sur la roue dentée et un dispositif d'ancrage apte à limiter la rotation de la roue dentée lors de la détection d'un choc, et caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage est un dispositif d'ancrage élastique. Par moyens passifs de comptage, il faut comprendre des moyens fonctionnant 30 sans source d'énergie contrairement aux moyens, dits actifs, utilisés dans les demandes de brevets susmentionnées et qui utilisent une source d'énergie, à savoir une alimentation électrique.

Par élastique, il faut comprendre un dispositif comportant au moins un élément dont la déformation sous l'action d'un contact avec la roue dentée de comptage ou d'un élément qui lui est solidaire, permet de limiter la rotation de la roue de comptage et qui reprend sa forme initiale lorsque ce contact cesse.

Selon une caractéristique particulière, ce dispositif d'ancrage comporte un bras ou une poutre élastique apte à entrer en contact avec au moins une dent d'une roue dentée lors d'une rotation de cette dernière et apte à fléchir lors de ce contact. Selon une autre caractéristique, le dispositif d'ancrage comporte un bras solidaire dune part du support et d'autre part d'une pièce en U dont les extrémités io sont biseautées en sens opposé, chacune de ces extrémités biseautées étant aptes à entrer en contact avec une dent d'une roue dentée. Selon une autre caractéristique, le dispositif d'ancrage comporte une poutre rectiligne solidaire de la masse inertielle. Selon une caractéristique additionnelle, cette poutre rectiligne est apte être is mue entre deux positions extrêmes dont l'une d'entre-elles dans laquelle la poutre rectiligne est ancrée entre deux dents d'une roue dentée. Selon une caractéristique particulière, une butée apte à limiter la flèche de l'extrémité de la poutre rectiligne est associée à cette dernière. Selon une autre caractéristique, le dispositif d'ancrage comporte une roue 20 dentée d'ancrage solidaire de ladite roue dentée de comptage et ayant le même axe de rotation. Selon une autre caractéristique, la roue de comptage comporte des dents triangulaires comportant chacune une surface périphérique radiale et une surface périphérique inclinée reliant le sommet de la surface de cette dent à la base de la 25 surface radiale de la dent suivante et la poutre d'entraînement est apte, d'une part, à constituer un engrenage avec une première dent de la roue de comptage et d'entraîner cette roue en cas de déplacement de la masse inertielle dans une direction appelée direction du choc et, d'autre part, d'escamoter une seconde dent de la roue de comptage en cas de retour de la masse inertielle à sa position initiale. 30 Selon une caractéristique additionnelle, un micro capteur comporte un dispositif anti-retour de la roue de comptage comportant un bras solidaire, à l'une de ses extrémités au support et, à l'autre, d'une dent anti-retour, cette dent étant apte, d'une part, de par le fléchissement du bras, à escamoter une première dent de la roue de comptage en cas de déplacement de la masse inertielle dans une direction appelée direction du choc et, d'autre part, constituer une butée lors du retour de la masse inertielle à sa position initiale. Selon une caractéristique particulière, un micro capteur selon l'invention comporte un support, des moyens aptes, au moins en partie, à se déplacer par rapport au support en cas de choc ou d'accélération, ce déplacement étant apte à mouvoir lesdits moyens passifs de comptage. Selon une caractéristique particulière, les moyens aptes à se déplacer par rapport au support comportent une masse inertielle. Selon une autre caractéristique, un micro capteur selon l'invention comporte io des moyens aptes à limiter le déplacement de la masse inertielle, par exemple constitués par des butées.. Selon une caractéristique particulière, la taille des dents de la roue dentée est inférieure à 100pm et la taille du micro capteur micro est inférieure à 5 mm. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la 15 description d'un mode particulier de réalisation de l'invention et au regard des figures annexées parmi lesquelles : la figure 1 présente un schéma général de l'invention. la figure 2 montre un schéma d'un premier mode de réalisation de l'invention, 20 - la figure 3 présente un schéma de moyens d'engrenage associés à une masse inertielle, - les figures 4a et 4b montrent un schéma d'une première partie de moyens de limitation de l'angle de rotation des moyens de comptage selon ce mode de réalisation de l'invention, 25 - les figures 5a et 5b montrent un schéma d'une seconde partie de moyens de limitation de l'angle de rotation des moyens de comptage selon ce mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 montre une variante de réalisation des moyens de solidarisation de la masse inertielle au support, 30 - la figure 7 présente un second mode de réalisation de l'invention, la figure 8 montre un schéma d'une partie d'un dispositif d'ancrage associé aux moyens de comptage selon l'invention. - les figures 9 à 12 présentent deux variantes de réalisation et des détails associés d'un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 13 montre un schéma d'une variante de réalisation des moyens de comptage - la figure 14 présente un microcapteur similaire à celui de la figure 12 mais comportant un dispositif d'ancrage particulier montré en détail sur la figure 15, - la figure 16 montre l'évolution de la poutre d'entraînement et du système d'ancrage lors d'un choc. Le micro capteur selon le premier mode de réalisation utilise le train d'onde élastique transmis par le choc pour mettre en mouvement une masse inertielle dont la géométrie permet d'actionner un système d'engrenage sur des moyens io mécaniques de comptage qui permettent de comptabiliser les chocs subis. La figure 1 présente un schéma général d'un micro capteur selon l'invention. Ce micro capteur comporte un support 1, des moyens 2 aptes à se déplacer de façon élastique par rapport au support 1 et des moyens 3 passifs de comptage desdits chocs. 15 Comme montré sur la figure 2, les moyens 2 aptes à se déplacer de façon élastique comportent deux bras 4, 5 comportant chacun deux extrémités dont l'une est solidaire du support 1 et l'autre d'une masse inertielle 6 en forme de couronne. Ces deux bras 4, 5 sont disposés de façon diamétralement opposée par rapport au centre O de la couronne. Cette masse inertielle 6 est aussi solidaire d'un bras 7 20 rectiligne disposé le long de la paroi interne 8 de la couronne 6. L'extrémité libre 9 du bras 7 comporte une dent 10 dont l'extrémité libre est de forme triangulaire, le sommet étant disposé en regard du centre O de la couronne 6. Cette masse inertielle 6 comporte, en outre, deux dents 11,12 diamétralement opposées, disposées en regard du centre de la couronne et dont l'extrémité libre est de forme triangulaire. La 25 dent 11 est une dent anti-retour tandis que la dent 12 est une dent de limitation de course. Les dents 11 et 12 sont disposées en regard et sont perpendiculaires à la dent 10 solidaire du bras 7 Des moyens 3 passifs de comptage de chocs sont associés aux moyens 2 aptes à se déplacer de façon élastique. Ces moyens 3 de comptage comportent une 30 roue dentée 13 libre en rotation autour d'un axe 14 situé en son centre et qui est solidaire du support 1. La masse inertielle 6 et la roue dentée 13 sont disposées de façon concentrique et de sorte que la dent 10 solidaire du bras 7 forme un engrenage avec la roue dentée 13. Le matériau constitutif du support 1, de la roue dentée 13, de la masse inertielle 6 et des bras associés est du silicium. De plus, l'une des dents Il, 12 forme aussi un engrenage avec la roue dentée 13. Les dents 10, 11, 12 et 15 ont une taille de l'ordre de la dizaine de microns Le fonctionnement du micro capteur selon ce premier mode de réalisation de l'invention est le suivant : Lorsque ce micro capteur reçoit un choc direct ou indirect dans le sens de la flèche de la figure 2, la masse inertielle 6 subit, par rapport au support 1, une accélération qui produit une déformation des bras 4 et 5 associés à la masse 6 et provoque un déplacement dans la direction du choc de la masse inertielle 6 par rapport au support 1. Ce déplacement de la masse inertielle 6 provoque un io déplacement du bras 7 qui lui est solidaire. Comme montré sur la figure 3, les dents 15 de la roue dentée 13 sont de forme trapézoïdale et destinées à venir en contact avec la dent 10 du bras 7 pour former un engrenage de sorte que le déplacement du bras 7, et de la dent 10 qui lui est associée, produit une rotation de la roue dentée 13 dans le sens aller de la masse inertielle 6 et l'escamotage de la dent suivante dans le 15 sens retour, l'extrémité biseautée 17 de la dent 10 glissant alors sur la partie biseautée 18 de la dent 15. Ainsi, le mécanisme d'entraînement retourne dans sa position de repos et est prêt pour engrener la dent suivante de la roue de comptagel3 lorsque surviendra un autre choc. Comme montré sur les figures 4a et 4b, la dent anti-retour 11 est engrenée 20 sur les dents 15 de la roue dentée 13 lorsque le mécanisme d'entraînement est au repos et sa forme empêche la roue de subir une rotation dans le sens de rotation non désiré. Par contre, lors d'un choc dans le sens référencé translation, la masse inertielle 6 se déplace et ce déplacement induit le dégagement progressif de la dent anti-retour 11, autorisant ainsi la rotation de la roue dentée de comptage 13. 25 Bien évidemment, la roue dentée comporte au moins un repère, non représenté, par exemple numérique ou graphique, pour permettre de repérer l'évolution de la roue dentée dans le temps. Comme montré sur les figures 5a et 5b, la dent de limitation de course 12 n'est pas engrenée lorsque le mécanisme est au repos. Par contre, lorsque le micro 30 capteur inertielle est soumis à un choc ou à une accélération, le déplacement de la masse inertielle provoque la rotation de la roue de comptage via la dent 10 associée au bras 7. Cependant, en fin de mouvement de la masse inertielle 6 dans le sens aller, c'est-à-dire dans le sens du choc, la dent 12 de limitation de course s'engrène sur celles de la roue dentée 13, stoppant alors sa rotation. Les dents 10 et 12 et la s roue dentée 13 sont agencés de sorte que la dent 10 n'entraîne en rotation la roue dentée 13 que sur un angle sensiblement égal à la valeur du pas des dents 15. Le dispositif proposé permet de compter les chocs dont l'amplitude se situe dans une gamme connue. II est ainsi dimensionné pour une échelle de sensibilité à définir selon les cas d'application. La technologie permet d'envisager de mettre en parallèle sur le même support des compteurs dont les gammes de sensibilité se complètent afin de couvrir, si nécessaire, une large gamme. De plus, il est possible de disposer soit un micro capteur selon la direction prévisible des chocs, soit plusieurs micro capteurs selon des orientations différentes afin de pouvoir compter to des chocs selon plusieurs directions. L'extrême compacité des compteurs, de l'ordre d'une centaine de micromètres, autorise leur démultiplication. La figure 6 présente une variante de réalisation de l'invention dans laquelle la masse inertielle est solidarisée au support 1 par l'intermédiaire de quatre bras, dont 15 seulement deux, 20 et 21, sont représentés. Ils sont disposés parallèlement par paire et de façon quasi symétrique par rapport au centre O de la couronne 6, l'une des paires étant disposée de part et d'autre de la dent 10 du bras 7 mais du côté externe de la couronne. L'utilisation de quatre bras parallèles deux à deux permet de limiter la rotation du bras d'entraînement 7 et donc de favoriser un mouvement de 20 translation de la dent d'entraînement 10. Cette variante de réalisation permet aussi d'éviter toute rotation parasite de la masse inertielle. La figure 7 montre un schéma d'un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les moyens 23 aptes à se déplacer de façon élastique comportent deux bras 24,25 dont l'une des extrémités est solidaire du support 1 et l'autre d'une masse 25 inertielle 26 disposée entre eux et de forme parallélépipédique. Un bras 27 en forme de L est solidaire de la masse inertielle 26 par son extrémité la plus courte 28. La partie la plus longue 29 du bras est parallèle à l'une des faces de la masse inertielle 26 et comporte, à son extrémité, une dent 30 de forme triangulaire et dont la pointe est orientée en regard des dents 15 de la roue dentée 13 de sorte à former un 30 engrenage avec ces dernières. De plus, le déplacement de la masse inertielle est limité par deux butées 31, 32 disposées de part et d'autre de cette dernière et solidaires du support 1. Au repos, la butée 31 est disposée à proximité immédiate de la masse inertielle tandis que l'autre, 32, en est éloignée d'une distance e. Ces deux butées élastiques limitent la course de la masse inertielle, respectivement, dans la phase aller de la masse inertielle, c'est-à-dire dans la direction du choc, et lors du retour élastique de la masse inertielle à sa position d'équilibre. L'élasticité des butées induit un amortissement des oscillations de la masse inertielle nécessaire pour éviter l'entraînement de deux dents successives de la roue de comptage.

Des moyens 3 passifs de comptage de chocs sont associés aux moyens 23 aptes à se déplacer de façon élastique. Ces moyens 3 de comptage comportent une roue dentée 13 libre en rotation autour d'un axe 14 situé en son centre et qui est to solidaire du support 1. La niasse inertielle 26 est disposée quasiment tangentiellement à la roue dentée 13 de sorte que la dent 30 solidaire du bras 27 forme un engrenage avec les dents 15 de forme trapézoïdale de la roue dentée 13 quelle que soit la position angulaire de cette dernière. Le matériau constitutif de la roue dentée 13 est du silicium. 15 Dans ce mode de réalisation, un dispositif d'ancrage, présenté plus particulièrement sur la figure 8, est associé aux moyens de comptage passifs. Il est constitué par une roue dentée 36 comportant des dents 37 de forme trapézoïdale et qui est solidaire et coaxiale à la roue dentée 13. Une ancre 38 en forme de Y est associée à cette roue dentée 36. Cette ancre comporte un bras 39 dont une 20 extrémité est solidaire du support 1 tandis que l'autre extrémité 40 est solidaire d'un élément 41en forme de U disposé perpendiculairement et dont les deux extrémités sont biseautées de façon symétrique de sorte que l'un des biseaux, référencé 42, est sensiblement parallèle à celui des dents 37 permettant ainsi un certain glissement entre eux, tandis que l'autre, 43, est biseauté selon une direction sensiblement 25 perpendiculaire à celle des dents 37. La distance séparant les deux pointes 44, 45 des extrémités de l'élément en U est supérieure au pas des dents 37 de la roue 36 et inférieure à 1,5 fois le pas. Le dispositif d'ancrage élastique limite la rotation de la roue de comptage à une valeur d'angle correspondant au pas de la denture. II permet ainsi de garantir le 30 passage d'une et d'une seule dent de la roue de comptage. Il joue également le rôle de dispositif anti-retour pour la roue de comptage. L'ancre 38 fonctionne de la façon suivante : lorsque la roue dentée 37 du dispositif d'ancrage est entraînée en rotation en même temps que la roue dentée 13 des moyens de comptage, la pointe 44 de l'ancre 38 vient glisser sur le sommet de la i0 dent 37 numérotée (1). Le sommet de la dent 37 étant incliné, le glissement de la pointe 44 provoque une rotation de l'ancre autour du point O. Cette rotation induit un déplacement de l'autre pointe 45, qui vient progressivement se positionner entre les dents 37 numérotées (1) et (2). Le dispositif est dimensionné de telle façon que la pointe 44 quitte le sommet de la dent 37 numérotée (1) juste avant que la pointe 45 ne vienne en contact avec le flanc de la dent 37 numérotée (2). Le contact entre la pointe 45 de l'ancre et le flanc de la dent 37 numérotée (2) assure ensuite l'arrêt en rotation de la roue de l'ancre. Le retour de l'ancre à la position d'équilibre s'effectue élastiquement, par le bras 39 qui assure la liaison entre l'ancre et le support. io L'ancre 38, à savoir le bras 39 et l'élément 41 est dimensionnée de telle sorte qu'elle représente l'équivalent cinématique d'une liaison pivot sans frottement de centre O'. Les figures 9 à 12 présentent des variantes de réalisation et des détails associés, 15 permettant d'améliorer le fonctionnement du micro capteur lorsqu'il existe un jeu important entre la roue 13 et l'axe 14. Le micro capteur, montré sur la figure 9, comporte un support 1, des moyens 2 aptes à se déplacer de façon élastique par rapport au support et des moyens 3 passifs de comptage desdits chocs. 20 Les moyens 3 passifs de comptage de chocs sont identiques à ceux décrits dans le cadre de la figure 2. Les moyens 2 aptes à se déplacer de façon élastique comportent quatre bras 20,21,60,61 comportant chacun deux extrémités dont l'une est solidaire du support 1 et l'autre d'une masse inertielle 62 en forme de tronçon de profilé creux de forme 25 interne et externe, carrée et de centre O. Ces bras sont disposés par deux sur deux cotés opposés 63, 64 du tube et de façon diamétralement opposée par rapport au centre O. Cette masse inertielle 62 est aussi solidaire d'un bras 7 rectiligne disposé le long d'une première paroi interne 66 de l'un des côtés du tube. L'extrémité libre 9 du bras 7 comporte une dent d'entraînement 10 dont l'extrémité libre est de forme 30 triangulaire, le sommet étant disposé en regard du centre O du tube. Cette masse inertielle 6 comporte, en outre, un patin 67, disposé sur une seconde paroi interne 68 qui est perpendiculaire à la première paroi interne. Par ailleurs un second bras 69, élastique, comportant une première extrémité solidaire du support 1 et une seconde extrémité 70 comportant une dent anti-retour 71, est disposé parallèlement au bras 7 2893139 Il et de sorte d'une part que chacune des dents 10 et 71 engrène sur celles 15 de la roue dentée 13 et d'autre part que l'espace entre les dents 10, 71 soit d'environ deux fois le pas des dents 15. Ce second bras 69 constitue un dispositif anti-retour. Lorsque le micro capteur est 5 soumis à un choc, le déplacement de la masse inertielle 62 provoque la rotation de la roue 13. Pendant cette phase aller de la masse inertielle dans le sens du choc, la dent anti-retour 71 est escamotée du fait de l'élasticité du second bras 69, son extrémité biseautée glissant sur la partie biseautée de la dent 15 de la roue 13. Pendant la phase retour de la masse inertielle, dans le sens opposé à celui du choc, to la dent suivante de la roue 13 est escamotée par le bras d'entraînement 7, la roue 13 étant bloquée en rotation par le second bras 69. Une butée 74, fixée au support 1, limite la course de la masse inertielle 62 lors de sa phase retour c'est-à-dire lors de son retour dans sa position d'équilibre. Selon une caractéristique permettant d'accroître la fiabilité d'un microcapteur selon 15 l'invention et montrée sur la figure 10, le diamètre de la roue 13 est tel que la mise en position de la roue 13 sur l'axe 14 nécessite une mise en flexion de l'un au moins des bras 7 et 69 assurant ainsi une précontrainte sur le bras en cause. Les figures 11 a et 11 b présentent un dispositif de limitation de course proposé dans le cadre de cette variante de réalisation. Au lieu d'une dent 12 de limitation de course 20 12 comme décrit au regard de la figure 2, il s'agit là d'un patin 67 qui vient impacter la roue 13 en fin de course de la masse inertielle 62 de façon à stopper la rotation de la roue 13. Le contact entre le dispositif de limitation de course 67 et la roue 13 étant très furtif, l'utilité d'une dent venant s'engrener sur la roue 13 pour bloquer celle-ci n'est pas indispensable. 25 La figure Il a montre la position du patin en l'absence de choc. Aucune interaction ne se produit entre le patin 67 et les dents 15 de la roue dentée 13. Lors d'un choc, comme la dent 10 du bras 7 engrène sur les dents 15 de la roue 13, le déplacement de la masse inertielle 62, et donc de la dent 10 du bras 7 qui lui est solidaire, entraîne la roue 13 en rotation. Comme montré sur la figure 11 b, à la fin du 30 déplacement aller de la masse inertielle 62 dans la direction du choc, le patin 67 entre en contact avec la surface supérieure 73 des dents 15 et assure l'arrêt de la rotation de la roue 13.

La figure 12 montre une variante de réalisation du micro capteur selon la figure 9 dans laquelle le patin 67 a été supprimé tandis qu'une butée 75, apte à stopper la course de la masse inertielle 62, est fixée au support 1 tandis que les deux bras 7 et 69 sont précontraints en flexion par la roue dentée 13. Lors d'un choc, la masse inertielle 62 se déplace dans la direction indiquée du choc. Pendant cette phase aller de la masse inertielle, la dent anti-retour 71 est escamotée du fait de l'élasticitédu second bras 69, son extrémité biseautée glissant sur la partie biseautée de la dent 15 de la roue 13. Le déplacement de la masse inertielle est limité par la butée 75 et, pendant la phase retour de la masse inertielle 62, la dent suivante de la roue 13 est escamotée par le bras d'entraînement 7, la roue 13 étant ensuite bloquée en rotation par le second bras 69. La précontrainte des deux bras 7 et 69 sur la roue 13 est suffisante pour faire office de dispositif de limitation de course.

La figure 13 présente un exemple de réalisation des moyens de comptage qui peut être mis en oeuvre lorsque le micro capteur est susceptible d'être soumis à de multiples chocs ou accélérations. Ces moyens comportent plusieurs ensembles composés d'une première roue dentée 50 de grand diamètre et d'une seconde roue dentée 51 qui lui est solidaire, les première et seconde roues étant disposées de façon coaxiale et la première roue ayant dix fois plus de dents que la seconde. Ces ensembles sont disposés successivement de façon à ce que la première roue dentée de l'ensemble n+1 engrène sur la seconde roue dentée de l'ensemble n. Ainsi, il est possible de compter les unités sur le premier ensemble, les dizaines sur le second, les centaines sur le troisième, les milliers sur le quatrième...

La figure 14 présente un microcapteur similaire à celui de la figure 12 mais comportant, en plus, un dispositif d'ancrage particulier montré en détail sur la figure 15. Ce micro capteur comporte un support 81, des moyens 82 aptes à se déplacer de façon élastique par rapport au support 81 et des moyens 83 passifs de comptage desdits chocs.

Les moyens 82 aptes à se déplacer de façon élastique comportent deux bras comportant chacun deux extrémités dont l'une est solidaire du support 1 et l'autre d'une masse inertielle 86 de forme carrée évidée en son centre, cet évidement ayant lui aussi une forme carrée. Cette masse inertielle 86 est solidaire d'une poutre d'entraînement élastique constituée d'un bras élastique 87 rectiligne disposé coté évidement le long de sa paroi interne 88 et parallèlement à cette dernière. L'extrémité libre 89 du bras 87 comporte une dent d'entraînement 90 dont l'extrémité libre est de forme triangulaire, le sommet étant disposé en regard du centre O de l'évidement. Cette masse inertielle 86 comporte, en outre, une poutre rectiligne 91 disposée coté évidement le long de sa paroi interne 92 et perpendiculairement à cette dernière, lesdites parois internes 88 et 92 étant perpendiculaires. Par ailleurs un second bras 93, élastique, comportant une première extrémité solidaire du support 81 et une seconde extrémité 94 comportant une dent anti-retour 95, est disposé parallèlement au bras 87 de la poutre d'entraînement et de sorte d'une part que chacune des dents 90 et 95 engrène sur celles 96 d'une roue dentée 97 faisant partie des moyens de comptage explicités et d'autre part que l'espace entre les dents 90 et 95 soit d'environ deux fois le pas des dents 96. Le déplacement de la masse inertielle est limité d'une part par une première butée 84 disposée sur un côté du support du support 81 et à une distance de 15 pm de cette masse inertielle et d'autre part par une seconde butée 85 disposée sur un côté opposé du support selon la direction des chocs et à une distance de 125 pm de cette masse inertielle d'un côté distance destinée à limiter la course de la masse inertielle. Des moyens 3 passifs de comptage de chocs sont associés aux moyens 2 aptes à se déplacer de façon élastique. Ces moyens 3 de comptage comportent ladite roue dentée de comptage 97 libre en rotation autour d'un axe situé en son centre et qui est solidaire du support 81. Cet axe n'est pas représenté afin de bien montrer la présence des deux roues dentées 97 et 98. Les dents 96 de cette roue dentée sont de forme triangulaire de sorte à former une première surface périphérique radiale 103 disposée radialement et une seconde surface périphérique inclinée 104 reliant le sommet de la surface 103 à la base de surface radiale 103 de la dent suivante. Le pas des dents 96 de cette roue de comptage 87 est d'environ 80 pm. La masse inertielle 86 et la roue dentée 97 sont disposées de façon concentrique, la roue 97 étant disposée à l'intérieur dudit évidement et de sorte que la dent 90 solidaire du bras 87 forme un engrenage avec la roue dentée 97. Ces moyens de comptage comporte en outre d'une part un dispositif anti-retour constitué par ledit second bras 93 et la dent 95 associée et d'autre part un dispositif d'ancrage présenté plus particulièrement sur la figure 15. Ce dispositif d'ancrage est constitué par une seconde roue dentée 98, ladite poutre rectiligne 91 et une butée 99. Cette seconde roue dentée 98 est solidaire et accolée à la roue dentée 97, ces deux roues étant coaxiales. La seconde roue dentée 98, qui a un diamètre plus petit que la roue dentée de comptage 97, comporte des dents 100 de forme parallélépipédique de même pas que celui de la roue dentée de comptage 97 et de sorte que deux dents successives forment un U. Les dimensions de la poutre rectiligne 91 sont d'environ 1000 pm de longueur et 20 pm de largeur et son extrémité libre 101 affleure celle 102 des dents 100 de la deuxième roue dentée 98. La butée 99 est disposée en aval de la poutre rectiligne 91 dans le sens de rotation normal de la roue dentée de comptage 97. Comme la roue de comptage 97 n'est pas dans le même plan que la roue du dispositif d'ancrage, il en est de même pour les organes correspondants, à savoir d'une part la poutre d'entraînement et la dent anti-retour et d'autre par la poutre rectiligne 91 du dispositif d'ancrage. Le fonctionnement de ce microcapteur lors d'un choc est le suivant : lors d'un choc, la masse inertielle 86 se déplace, par rapport au support 81 tout d'abord dans la direction du choc puis dans la direction opposée. Les figures 17a à 17e montrent l'évolution des positions d'une part de la dent d'entraînement 90 de la poutre d'entraînement et de la dent anti-retour 95 solidaire dudit second bras 93 et d'autre part de la poutre rectiligne 91 du dispositif d'ancrage, dans la direction du choc et pour différentes distances de déplacement de la masse inertielle depuis sa position d'équilibre à sa position maximale contre la butée 85. Dans cet exemple donné à titre illustratif, à l'équilibre, 6=0, la dent 90 est au niveau de la surface inclinée 104 de la dent 96n+1 tandis que la dent anti-retour 95 est contre la surface périphérique radiale 103 de la dent 96n_4 . Lorsque la masse inertielle s'est déplacée d'une distance 6=40pm la dent d'entraînement 90 entre en contact avec la surface périphérique radiale 103 de la dent 96, tandis que la dent 95 n'a pas encore bougé et la poutre rectiligne 91 du dispositif d'ancrage à commencé a pénétré dans l'espace séparant deux dents successives 100 de la roue dentée 98 du dispositif d'ancrage. Lorsque la masse inertielle s'est déplacée d'une distance b=80pm la dent d'entraînement 90 est toujours en contact avec la surface périphérique radiale 103 de la dent 96,, et a donc entraîné la rotation de la roue dentée de comptage de cette même distance. L'extrémité de la dent anti-retour 95 a commencé à glissé sur la surface périphérique inclinée 104 de la dent 96n_3, tandis que la poutre rectiligne 91 a pénétré plus profondément dans l'espace séparant deux dents successives 100 de la roue dentée 98 du dispositif d'ancrage. Comme la dent d'entraînement et la poutre rectiligne 91 sont solidaires de la masse inertielle, ils se déplacent en même temps avec le même mouvement. Lorsque la masse inertielle s'est déplacée d'une distance 6=125pm, elle est contre la butée 85 qui limite ainsi son déplacement et la dent d'entraînement 90 est toujours en contact avec la surface périphérique radiale 103 de la dent 96n et a donc entraîné la rotation de la roue dentée de comptage de cette même distance. L'extrémité de la dent anti-retour 95, de par la flexion du bras 93, a complètement escamoté la dent 96n_3 et se retrouve en contact avec la surface périphérique radiale 103 de la dent 96n_2 , empêchant alors tout retour en arrière de la roue dentée de comptage 97. La io poutre rectiligne 91 a pénétré plus profondément dans l'espace séparant deux dents successives 100 de la roue dentée 98 du dispositif d'ancrage et son extrémité libre présente une flèche correspondant à la distance de rotation de la roue dentée de comptage à savoir environ un pas de la roue dentée de comptage. En effet, quand bien même la force exercée par la poutre d'entraînement sur la roue de comptage 15 serait apte à la faire tourner de plusieurs pas, la butée 99 empêche la poutre rectiligne 91 de fléchir davantage. et cette dernière retient la roue dentée 98, donc aussi la roue de comptage qui lui est solidaire, de par son engagement entre les dents 100. Ainsi, la poutre rectiligne, de par son élasticité et la présence de la butée 99, permet de limiter la rotation de la roue de comptage 97 d'un pas.

20 Les figures 17f et 17g montre l'évolution des positions des mêmes éléments que précédemment respectivement au début du retour de la masse inertielle à sa position d'équilibre et à sa nouvelle position d'équilibre. Au début du retour de la masse inertielle à sa position d'équilibre montré sur la figure 17f, la roue de comptage, de par son inertie, à tendance à poursuivre sa rotation.

25 Cependant, comme explicité précédemment, elle en est empêché par le dispositif d'ancrage ou limitée à une valeur très inférieure à celle du pas et donc non susceptible de produire une rotation de la roue dentée de deux pas ou plus. Par ailleurs, la dent anti-retour 95 qui est en contact avec la surface périphérique radiale 103 de la dent 96n_2 , empêche tout retour en arrière de la roue dentée de comptage 30 97. Au nouvel équilibre, 6=0, la dent 90 est au niveau de la surface inclinée 104 de la dent 96n+2 tandis que la dent anti-retour 95 est contre la surface périphérique radiale 103 de la dent 96n_3 . Ainsi la dent d'entraînement a, de part l'élasticité du bras 87, escamoté la dent 96n+1 et la poutre rectiligne du dispositif d'ancrage a repris sa position d'équilibre. La roue dentée de comptage a donc tourné d'une distance égale à un pas et a donc permis de compter ce choc. Tout autre choc détecté sera compté selon ce même procédé. Les modes de réalisation précédemment décrits présentent, par rapport à l'état de la technique, de nombreux avantages. Ainsi, le compteur de choc est totalement passif, et c'est l'événement lui-même (choc, accélération) qui fourni l'énergie nécessaire à l'activation des fonctions de détection et de comptage. Dans le cas présent, le micro capteur est mis en service pour une durée qui n'est pas limitée par la durée de vie de la source d'énergie. Compte tenu de la nature même des matériaux utilisés, par exemple du type céramique, l'espérance de vie du capteur est dans tous les cas très supérieure à celle de tous les systèmes d'arme y compris pour des systèmes passifs stockés pour de très longues périodes. Dans le cas présent, le caractère inerte du compteur permet d'envisager de l'appliquer sur un système fonctionnant en sécurité pyrotechnique, ce qui procure une avancée considérable par rapport aux capacités actuelles. De plus, un micro capteur selon l'invention est totalement insensible aux champs électromagnétiques. En outre, la solution proposée est très simple à mettre en oeuvre et son fonctionnement très fiable. Il est, indépendant d'une source d'énergie, discret, et d'un coût unitaire faible.20

Claims (11)

Revendications

1. Microcapteur en silicium apte à détecter et à compter des évènements s mécaniques tels des chocs et comportant des moyens passifs de comptage desdits chocs possédant un support, des moyens mécaniques de comptage comportant au moins une roue dentée de comptage, des moyens aptes, au moins en partie, à se déplacer par rapport au support en cas de choc ou d'accélération comportant une masse inertielle et une poutre d'entraînement solidaire de la masse inertielle et io comportant, à son extrémité, au moins une dent apte à s'engrener sur la roue dentée et un dispositif d'ancrage apte à limiter la rotation de la roue dentée lors de la détection d'un choc, et caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage est un dispositif d'ancrage élastique.

2. Micro capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 15 dispositif d'ancrage comporte un bras ou une poutre élastique apte à entrer en contact avec au moins une dent d'une roue dentée lors d'une rotation de cette dernière et apte à fléchir lors de ce contact.

3. Micro capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage comporte un bras solidaire dune part du support et d'autre part 20 d'une pièce en U dont les extrémités sont biseautées en sens opposé, chacune de ces extrémités biseautées étant aptes à entrer en contact avec une dent d'une roue dentée.

4. Micro capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage comporte une poutre rectiligne solidaire de la masse inertielle. 25

5. Micro capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la poutre rectiligne est apte être mue entre deux positions extrêmes dont l'une d'entre-elles dans laquelle la poutre rectiligne est ancrée entre deux dents d'une roue dentée.

6. Micro capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage comporte une butée apte à limiter la 30 flèche de l'extrémité de la poutre rectiligne.

7. Micro capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif d'ancrage comporte une roue dentée d'ancrage solidaire de ladite roue dentée de comptage et ayant le même axe de rotation..

8. Micro capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la roue de comptage comporte des dents triangulaire comportant chacune une surface périphérique radiale et une surface périphérique inclinée reliant le sommet de la surface de cette dent à la base de surface radiale de la dent suivante et la poutre d'entraînement est apte, d'une part, à constituer un engrenage avec une première dent de la roue de comptage et d'entraîner cette roue en cas de déplacement de la masse inertielle dans une direction appelée direction du choc et, d'autre part, d'escamoter une seconde dent de la roue de comptage en cas de retour de la masse inertielle à sa position initiale.

9. Micro capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif anti-retour de la roue de comptage comportant un bras solidaire, à l'une de ses extrémités au support et, à l'autre, d'une dent anti-retour, cette dent étant apte, d'une part, de par le fléchissement du bras, à escamoter une première dent de la roue de comptage en cas de déplacement de la masse inertielle dans une direction appelée direction du choc et, d'autre part, constituer une butée lors du retour de la masse inertielle à sa position initiale..

10. Micro capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à limiter le déplacement de la masse inertielle, par exemple constitués par des butées.

11. Micro capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la taille des dents de la roue dentée est inférieure à 100pm et la plus grande dimension du microcapteur est inférieure à 5 mm.25