FR2918758A1 - Nouveau type d'accelerometre a quartz - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un accéléromètre piézoélectrique à quartz comportant un élément sensible, un circuit de traitement de signal, une base, un carter et une prise.L'élément sensible comporte deux plaquettes piézoélectriques rondes (22) installées symétriquement de part et d'autre de l'axe (23) d'une colonne entre un panneau haut et un panneau bas, un dispositif de protection de surtension au niveau des directions axiale, transversale et verticale des plaquettes piézoélectriques (22), le dispositif de protection axiale de surcharge comportant un bloc sensible, un amortisseur disposé entre un panneau bas et un support, et un boulon axialement ajustable supporté par une colonne réalisant le bloc sensible (20), les dispositifs de protection transversale et verticale de surcharge comportant un cadre protecteur de surtension, l'élément sensible comportant également un scellement (14) fixé sur ladite base.
Description
La présente invention concerne un nouveau type d'accéléromètre
piézoélectrique à quartz dans le domaine de l'électronique sensible qui s'applique aux appareils volants, aux robots, bateaux, véhicules, au forage de pétrole et aux systèmes auto-commandés industriels. Il comprend un élément sensible, un circuit de traitement des signaux, un siège, un carter et une prise. Depuis que les recherches expérimentales de J.M. Ratajski d'IBM aux Etats-Unis d'Amérique ont confirmé le caractère effort-fréquence des plaquettes piézoélectriques dans les années 1960 du 20eme siècle, les plaquettes piézoélectriques sont utilisées pour mesurer l'accélération. Pour exemple, le Kearfott aux Etats-Unis peut révéler les variations de gravité causées par la lune par un accéléromètre piézoélectrique à quartz sur la base des recherches de double-blocs de qualité et de double-résonateurs. Le MICOM et Allied Signal Aerospace Instrument System ont adopté une structure à double-blocs de qualité et à fréquence différentielle pour développer un accéléromètre piézoélectrique à quartz dont le domaine de mesure atteint 1200 g, et le coefficient de ratio est de 1,1 Hz/g. Les brevets US-5578755 et US-5962786 divulguent différents modes de réalisation d'accéléromètre piézoélectrique à quartz de structures différentes. L'ONERA a adopté un accéléromètre de la structure de faisceau vibrant. Cependant, ces accéléromètres piézoélectriques à quartz ne peuvent répondrent aux exigences de résolution, linéarité, stabilité et vitesse de démarrage pour les dispositifs de hautes performances, et ils ne résistent pas au choc de vibration.
Le problème technique que vise la présente invention est de fournir un accéléromètre piézoélectrique à quartz de haute résolution, stabilité, linéarité, résistant au choc de vibration et démarrant rapidement. L'invention a donc pour objet un accéléromètre piézoélectrique à quartz comportant un élément sensible, un circuit de traitement de signal, une base, un carter et une prise, caractérisé en ce que l'élément sensible comporte deux plaquettes piézoélectriques rondes installées symétriquement de part et d'autre de l'axe d'une colonne entre un panneau haut et un panneau bas, un dispositif de protection de surtension au niveau des directions axiale, transversale et verticale des plaquettes piézoélectriques, le dispositif de protection axiale de surcharge comportant un bloc sensible, un amortisseur disposé entre un panneau bas et un support, et un boulon axialement ajustable supporté par une colonne réalisant le bloc sensible, les dispositifs de protection transversale et verticale de surcharge comportant un cadre protecteur de surtension, l'élément sensible comportant également un scellement fixé sur ladite base. Selon une caractéristique, les deux plaquettes piézoélectriques rondes de l'élément sensible sont montées verticalement, horizontalement ou inclinées, les deux plaquettes piézoélectriques rondes étant installées parallèlement entre le support et le support, les fils d'électrode des deux plaquettes piézoélectriques rondes étant connectés respectivement avec leur circuit de dynamisation. Selon une autre caractéristique, la structure d'installation des deux plaquettes piézoélectriques rondes de l'élément sensible peut être tri-faisceaux mono-île, les deux plaquettes piézoélectriques rondes étant installées parallèlement entre le support et le support, les deux plaquettes piézoélectriques rondes étant connectées par le faisceau flexible, les fils d'électrode des deux plaquettes piézoélectriques étant connectés respectivement avec leur circuit de dynamisation. Selon encore une autre caractéristique, la structure d'installation des deux plaquettes piézoélectriques rondes de l'élément sensible mentionné peut être des puces symétriques, les deux supports formant une structure globale, le support se trouvant au milieu, le support se situant symétriquement de chaque côté, les deux plaquettes piézoélectriques rondes étant installées symétriquement sur les supports, les fils d'électrode des deux plaquettes piézoélectriques étant connectés respectivement avec leur circuit de dynamisation. Selon encore une autre caractéristique, le dispositif d'amortissement axial mentionné est composé d'un bloc sensible de qualité et d'un dispositif de tapis anti-choc entre le support et le plateau, ledit bloc sensible de qualité étant d'une structure élastique composée de trois cylindres de diamètres différents.
Avantageusement, la partie du grand diamètre est le corps de qualité, équipé d'une masse d'ajustage de poids, la partie du second diamètre étant la partie élastique, la partie de plus petit diamètre étant la partie pour l'installation de boulon, la partie élastique servant de ressort d'amortissement anti-choc, et il comprend un butoir transversal composé du cadre limiteur anti-choc fixé à l'extérieur d'un plateau, de boulons limiteurs réglables autour du cadre limiteur anti-choc et d'un boulon limiteur réglable latéral, le cadre limiteur anti-choc étant équipé d'un boulon de fixation qui sert à ajuster les jeux entre les boulons limiteurs réglables et le bloc sensible de qualité. Selon encore une autre caractéristique, le bloc sensible de qualité peut comprendre une structure de spirale unique, une structure de double spirale, une structure de deux trous et de section I, ou une structure de trois trous. Avantageusement, -le bloc sensible de qualité de la structure de spirale unique est composé de cylindres différents, y compris le corps de qualité, de la partie flexible, de la partie pour installation de boulon, ces trois éléments formant un tout, la partie flexible étant formée d'une structure de ressort de spirale unique, le pas de filet de la partie flexible de spirale unique étant de 2 à 6 mm environ, la largeur de goujure étant de 1 à 2 mm environ, le calibre de la boucle spirale étant de 5 à 8 mm environ, le diamètre extérieur de la boucle spirale étant de 10 à 14 mm environ, -le bloc sensible de qualité de la structure de doubles spirales comprend le corps de qualité, la partie flexible de structure de ressort de doubles spirales et la partie pour installation de boulon, les trois formant un tout, le pas de filet de la partie flexible de doubles spirales étant de 4 à 8 mm environ, la largeur de goujure étant de 1 à 2 mm environ, - le bloc sensible de qualité de la structure de deux trous et de section I comprend le corps de qualité, la partie flexible de deux trous et de section I et la partie pour installation de boulon, les trois formant un tout, l'intervalle entre les sections I de la partie flexible de deux trous et de section I étant de 0,8 à 2 mm environ, la largeur de goujure étant de 0,3 à 0,5 mm environ, la largeur de colonne verticale étant de 1 à 4 mm environ, - le bloc sensible de qualité de la structure de trois 10 trous et de section I comprend le corps de qualité, la partie flexible de trois trous et de section I et la partie pour installation de boulon, les trois formant un tout, l'intervalle entre les sections I de la partie flexible de trois trous et de section I étant de 0,8 à 2 mm environ, la 15 largeur de goujure étant de 0,3 à 0,5 mm environ, la largeur de colonne verticale étant de 1 à 4 mm environ. Selon encore une autre caractéristique, la matière du bloc sensible de qualité décrit, des supports et du cadre limiteur anti-choc est constituée par l'acier à ressort, et 20 de préférence 1Cr18Ni9Ti. Selon encore une autre caractéristique, la structure d'étanchéité d'extrudage décrite entre le moyen de scellement et le siège, ladite structure ayant une interface d'étanchéité convexe-concave, une boucle inter-faciale de 25 repérage convexe étant prévue dans la partie de contact du siège et de la rondelle d'étanchéité, une boucle inter-faciale de repérage concave étant prévue dans la partie de contact du moyen de scellement et de la rondelle d'étanchéité. 30 Selon encore une autre caractéristique, la structure d'étanchéité d'extrudage est présente entre le moyen de scellement et le siège, et étant apte à constituer une structure d'interface protubérante et comporte une boucle inter-faciale de repérage convexe de la rondelle d'étanchéité 35 d'extrudage sur le siège, une boucle inter-faciale de repérage convexe sur le moyen de scellement. Pour résoudre les problèmes techniques mentionnés, la présente invention se base sur le caractère de variation de la formation de l'effet piézoélectrique du cristal piézoélectrique. L'effort correspondant à l'accélération mesurée change l'état d'effort du cristal piézoélectrique, ce qui règle la fréquence de résonance du résonateur. Deux plaquettes piézoélectriques sont adaptées dans l'élément sensible. Ils sont installés symétriquement et ont les mêmes paramètres et les mêmes caractères. Il y a un intervalle parallèle entre les deux plaquettes symétriquement installées, leur fil d'électrode connectés respectivement à leur circuit de dynamisation. Le sens d'induction de l'accéléromètre est le sens de connexion du centre des deux plaquettes piézoélectriques. Quand une accélération est introduite, l'effort des plaquettes piézoélectriques varie, la pression de l'un augmente et la force de traction de l'autre augmente. L'une des fréquences correspondantes augmente, l'autre fréquence diminue, et après différenciation des fréquences, un signal digital proportionnel à l'accélération est obtenu. L'accélération est calculée en mesurant les variations du résonateur quartz.
Comme indiqué sur la figure 7, les deux plaquettes piézoélectriques possèdent les mêmes caractères et les mêmes paramètres 22a1 et 22a2 adaptés dans l'élément sensible de la présente invention et sont installées symétriquement entre le bloc sensible de qualité 20 et le siège 12. En même temps ils forment un résonateur avec leur circuit de dynamisation. Le bloc sensible de qualité 20 sert à transmettre l'effort généré par l'accélération aux deux plaquettes piézoélectriques rondes 22a1 et 22a2. Quand il n'y a pas de vitesse, le bloc sensible de qualité 20 agit symétriquement sur les deux plaquettes piézoélectriques rondes 22a1 et 22a2 ; les deux plaquettes piézoélectriques rondes 22al et 22a2 subissent le même effort du bloc sensible de qualité 20 ; les efforts intérieurs sont identiques et les signaux de sortie sont identiques ; quand une accélération est introduite verticalement sur le corps de l'accéléromètre piézoélectrique à quartz, l'état des deux plaquettes piézoélectriques rondes 22a1 et 22a2 change, les signaux de sortie des deux plaquettes piézoélectriques rondes ne sont
pas identiques. Selon le caractère effort-fréquence du cristal piézoélectrique, la formule suivante est conclue : Af =Kf • f2 •OF (1) D•n dont Of représente la variation de fréquence résonance du cristal piézoélectrique ; AF représente la force inertielle du résonateur piézoélectrique à quartz ; D la largeur de la section transmettant la force inertielle ; Kf est le coefficient Ratajski du résonateur piézoélectrique à quartz ; n est le nombre d'harmoniques ; f est la fréquence de résonance du résonateur piézoélectrique à quartz.
Selon la formule précédente, on peut conclure que la variation de fréquence résonance du résonateur piézoélectrique à quartz A f et la force inertielle AF sont reliées par une relation linéaire.
Quand une accélération a est introduite, la pression de l'une des deux plaquettes piézoélectriques à quartz augmente et la force de traction de l'autre augmente. Dans l'exemple, sachant que la pression du cristal piézoélectrique 22a2 augmente et la force de traction du cristal piézoélectrique 22a1 augmente et si la fréquence de résonance du cristal piézoélectrique à l'état équilibre est de fo, donc quand a est introduite, la fréquence du résonateur dont la pression augmente s'amplifie et devient fi =ffo+ fi ; la fréquence du résonateur, dont la force de traction augmente, diminue et devient A=)%- 2. La fréquence différentielle de sortie des deux plaquettes piézoélectriques est :
J =Ai-A =(.fo+Af1)-(fo-4f2) f Llfi+ 2 (2) L'épaisseur du cristal piézoélectrique étant largement moins importante que le diamètre, la relation entre les forces inertielles F et F' que subissent les plaquettes piézoélectriques 22a1 et 22a2, le paramètre structurel L (la distance entre le noyau du bloc sensible de qualité et la surface adhésive), H la distance entre les deux plaquettes piézoélectriques et l'accélération a se présente comme suit (3) (4) F = L m(a + g) F'= -m(a+g) Prenons l'état quand référence, donc Fo = H mg , 5 variations d'effort que piézoélectriques 22a1 et 22a2 OF,=FùFo= ma H OF2=F'ùFo' = ma H aù0 comme état équilibre de L Fo = H mg ; ;quand a les subissent les plaquettes sont comme suit
(5) (6) 10 Selon les formules (1), (2), (5) et (6), on peut conclure a f 2K,- o- L m a=Ka D.n H a K = 2K, 4 . m dont D-n H est le coefficient proportionnel, m la
qualité du bloc sensible de qualité. Selon la formule (7),
on peut conclure que l'accélération a se calcule en 15 mesurant la fréquence différentielle f. Suivant la base du plan technique de la présente invention, le nouveau type d'accéléromètre piézoélectrique à quartz comprend l'élément sensible, le circuit de traitement des signaux, le siège, le carter et la prise. Le siège
20 support et le carter sont reliés par des boulons et forment la cavité. Sur le siège sont installés l'élément sensible pour détection et le circuit de traitement des signaux. Les signaux traités et le courant sont transmis par la prise. L'élément sensible se compose des deux plaquettes
25 piézoélectriques rondes qui sont installées symétriquement des deux côtés de l'axe du support de deux colonnes. L'un des supports est sur le plateau, le plateau est fixé sur le siège, le bloc sensible de qualité s'appuie sur l'autre support, les signaux des deux plaquettes piézoélectriques
30 rondes sont exportés par la connexion et sont respectivement reliés à leur circuit de dynamisation pour former le circuit de vibration. Dans la présente invention, il existe trois (7) structures d'excellence d'installation pour les deux plaquettes piézoélectriques rondes selon le choix : la structure bi-faisceaux mono-île, la structure tri-faisceau mono-île et la structure puces symétriques.
Dans l'élément sensible sont installés un dispositif d'amortissement axial et un butoir transversal qui servent comme protection de surtension pour les deux plaquettes piézoélectriques rondes. Le bloc sensible de qualité et le dispositif de tapis anti-choc entre le support et le plateau composent le dispositif d'amortissement axial. Le bloc sensible de qualité est d'une structure élastique qui se compose de trois cylindres de diamètres différents, la partie de grand diamètre est le corps de qualité, la partie de moindre diamètre le deuxième plus grand est la partie élastique, formée en ressort pour résister au choc, la partie de plus petit diamètre est la partie pour l'installation des boulons. Il existe quatre structures d'excellence du bloc sensible de qualité dans l'élément sensible selon le choix : la structure de spirale unique, la structure de double spirale, la structure de deux trous et de section I, et la structure de trois trous et de section I ; le cadre limiteur anti-choc fixé à l'extérieur du plateau forme le butoir transversal de protection de surtension pour les deux plaquettes piézoélectriques rondes. Des boulons limiteurs et des boulons de fixation sont installés autour et sur les côtés du cadre limiteur anti-choc. Dans la présente invention, l'étanchéité entre le moyen de scellement qui forme la cavité de l'élément sensible et le siège se réalise par une structure d'étanchéité d'extrudage équipée par une rondelle d'étanchéité et fixé par des boulons. Il existe deux plans d'excellence au choix : la structure d'interface de repérage convexe-concave et la structure d'interface protubérante. La figure 8 est le bloc-diagramme du circuit de traitement des signaux de la présente invention qui se compose du circuit d'oscillation, du circuit de formation de fréquence différentielle pour l'extraction du signal, du circuit de fermeture de phase et de fréquence temporelle pour amplifier le signal, des circuits de phase de compensation zéro, de température de compensation de non-linéarité et de compensation, et de sortie. Quand une accélération a est réalisée dans le sens de l'axe d'import de l'accéléromètre, le circuit d'oscillation capture les signaux de fréquence de sortie des plaquettes piézoélectriques, le circuit de formation fréquence différentielle extrait et forme des signaux, le circuit de verrouillage multipliant fréquence amplifie les signaux, le circuit de compensation et de sortie réalise la compensation à zéro, la compensation de non-linéarité et la compensation de température, les signaux digitaux qui a une relation linéaire avec l'accélération sont finalement exportés, l'importance et la dynamique de ce signal digital représente précisément la grandeur et le sens de l'accélération mesurée par l'accéléromètre. La résolution du nouveau type d'accéléromètre piézoélectrique à quartz dans la présente invention est <5x10-5 g , la non-linéarité <-1X10-5, le domaine de mesure 10-9g - 102g , le domaine de température de travail -40-80 C, le coefficient de valeur référence de température <15 ppm/ C, le temps de démarrage <20 s, la résistance au choc de surtension plus de 110g. En comparaison avec les accéléromètres piézoélectriques à quartz normaux, le nouveau type d'accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la présente invention manifeste des caractères comme la résolution haute, la stabilité, la non-linéarité basse, la rapidité de démarrage, le domaine large de mesure, le domaine large de température de travail, la capacité puissante contre choc de surtension, la sortie digital, etc.
Description des figures On trouvera ci-après l'explication détaillée en combinaison avec les figures annexées et le plan détaillé de réalisation : - la figure 1 est une vue en coupe du nouveau type d'accéléromètre piézoélectrique à quartz de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe de l'élément sensible du nouveau type d'accéléromètre piézoélectrique à quartz de la présente invention, - la figure 3a représente la vue en coupe de la structure 5 bi-faisceaux mono-île des plaquettes piézoélectriques de l'élément sensible de la présente invention, - la figure 3b représente la vue en coupe de la structure tri-faisceaux mono-île des plaquettes piézoélectriques de l'élément sensible de la présente invention, 10 - la figure 3c représente la vue en coupe de la structure puces symétriques des plaquettes piézoélectriques de l'élément sensible de la présente invention, - la figure 4a représente la carte structurale du bloc sensible de qualité de spirale unique de l'élément sensible 15 de la présente invention, - la figure 4b représente la carte structurale du bloc sensible de qualité de double spirale de l'élément sensible de la présente invention, - la figure 4c représente la carte structurale du bloc 20 sensible de qualité de deux trous et de section I de l'élément sensible de la présente invention, - la figure 4d représente la carte structurale du bloc sensible de qualité des trois trous et de section I de l'élément sensible de la présente invention, 25 -Figure 5 représente la vue en coupe structurale du cadre limiteur anti-choc de l'élément sensible de la présente invention, - la figure 6 représente la vue en coupe structurale du moyen de scellement de l'élément sensible de la présente 30 invention, - la figure 6a représente la vue en coupe structurale d'étanchéité convexe-concave de l'élément sensible de la présente invention, - la figure 6b représente la vue en coupe structurale 35 d'étanchéité protubérante de l'élément sensible de la présente invention, - la figure 7 représente un schéma du principe de travail de l'élément sensible de la présente invention, et - la figure 8 représente le bloc-diagramme du circuit de traitement des signaux de la présente invention. Description détaillée de modes de réalisation Sur la figure 1, le nouveau type d'accéléromètre piézoélectrique à quartz de la présente invention comprend l'élément sensible 3, le circuit de traitement 8 des signaux, le siège 1, le carter 5 et la prise 11. Comme indiqué sur la figure 1, le siège 1 et le carter 5 sont étroitement fixés pour former une cavité, l'élément sensible 3 pour la mesure est fixé sur le siège 1 par des boulons 4. Sous l'élément sensible 3, il y a le tapis anti-choc 2, le circuit de traitement 8 des signaux et l'élément électronique 9 qui sont fixés sur l'élément sensible 3 par des boulons 7 du circuit.
Entre le circuit de traitement 8 des signaux et l'élément sensible 3, il y a le tapis isolant 6, le courant et les signaux sont importés et exportés par le câble 10 et la prise 11. Comme indiqué dans la figure 2, les deux plaquettes piézoélectriques rondes 22 de l'élément sensible 3 sont installées symétriquement des deux côtés de l'axe du support colonne 21 et du support 23. Le support 23 est fixé sur le plateau 15 par le boulon 29. Le plateau 15 est fixé sur le siège 12 de l'élément sensible 3 par le boulon du plateau 26 et le bloc sensible de qualité 20 s'appuie sur le support 21. Le moyen de scellement 14 de l'élément sensible 3 est disposé sur le siège 12. Sur le siège 12, il y a les plots de raccordement 28a et 28b des deux plaquettes piézoélectriques rondes 22 et le tuyau d'évacuation 30 qui extrait l'air du moyen de scellement 14. Les signaux du cristal piézoélectrique 22 sont exportés des plots de raccordement 28a et 28b par le fil de connexion 27 et sont reliés respectivement à leur circuit de dynamisation pour former le circuit de vibration.
Les figures 3a, 3b et 3c montrent trois structures d'installation des deux plaquettes piézoélectriques rondes 22 de l'accéléromètre piézoélectrique à quartz.
La figure 3a illustre la structure de support double- faisceaux mono-île. Les supports 21a et 23a sont fixés par plaquette de connexion, une couche d'adhésif est mise sur la face arquée de connexion des supports 21a et 23a où sont incrustées les plaquettes 22a1 et 22a2 qui forment la structure de support double-faisceaux mono-île pour les deux plaquettes piézoélectriques 22a1 et 22a2. L'adhésif est une résine époxy particulière, la matière du support est 1Cr18Ni9Ti, la profondeur de la face arquée de connexion est de 0,2 àl mm environ, l'intervalle parallèle entre les deux plaquettes piézoélectriques est de 1 à 5 mm environ, les fils d'électrode des deux piézoélectriques sont respectivement reliés avec leur circuit de dynamisation. Le sens d'induction de l'accéléromètre est le sens de connexion du centre des deux plaquettes piézoélectriques. Quand une accélération est appliquée, l'effort que subissent les plaquettes piézoélectriques varie, la pression de l'une augmente et la force de traction de l'autre augmente, l'une des fréquences correspondante augmente, l'autre fréquence diminue. Après différenciation les fréquences, un signal digital proportionnel à l'accélération est obtenu. L'accéléromètre piézoélectrique à quartz de la structure de double-faisceau mono-île est hautement sensible et convient pour mesurer des signaux d'une accélération peu importante.
La figure 3b illustre la structure de support tri-faisceaux mono-île. Les deux supports 21b et 23b sont connectés par le faisceau flexible 22b3, les supports 21b, 23b et le faisceau flexible 22b3 sont formés de la même matière. Une couche d'adhésif est mise sur la face arquée de connexion des supports 21b et 23b où sont incrustées les plaquettes piézoélectriques 22b1 et 22b2, ce qui rajoute un faisceau de connexion entre les deux plaquettes piézoélectriques 22b1 et 22b2 et forme la structure de support de tri-faisceaux mono-îles des deux plaquettes piézoélectriques 22b1 et 22b2. L'intervalle parallèle des deux plaquettes est de 3 à 8 mm environ. L'épaisseur de la charnière du faisceau flexible du support est de 0,2 à 0,7 mm environ, la matière est lCrl8Ni9Ti. Les fils d'électrode des deux plaquettes piézoélectriques sont respectivement connectés à leur circuit de dynamisation. Le sens d'induction de l'accéléromètre est le sens de connexion du centre des deux plaquettes piézoélectriques. Quand une accélération est appliquée, des deux plaquettes piézoélectriques, la pression de l'une augmente et la fréquence amplifie, la force de traction de l'autre augmente et la fréquence diminue. Après différenciation des fréquences, un signal digital proportionnel à l'accélération est obtenu. L'accéléromètre piézoélectrique à quartz de la structure de support tri-faisceau mono-île résiste bien au choc et convient pour mesurer une accélération importante. La figure 3c illustre la structure de puces symétriques. Les deux supports 21c et 23c forment un tout, le support 21c se trouve au milieu, et le support 23c situé symétriquement des deux côtés. Une couche d'adhésif de résine époxy est mise sur la face arquée du support où sont incrustées les plaquettes piézoélectriques 22c1 et 22c2. L'épaisseur des charnières flexibles du support est de 0,2 à 0,7 mm environ, la matière est lCrl8Ni9Ti. Les fils d'électrode des deux plaquettes piézoélectriques sont respectivement reliés à leur circuit de dynamisation. Le sens d'induction de l'accéléromètre est le sens de connexion du centre des deux plaquettes piézoélectriques. Quand une accélération est appliquée, des deux plaquettes piézoélectriques, la pression de l'une augmente et la fréquence amplifie, la force de traction de l'autre augmente et la fréquence diminue, après différencier les fréquences, un signal digital proportionnel à l'accélération est obtenu. L'accéléromètre piézoélectrique à quartz d'une telle structure est convenable pour mesurer une accélération très importante. L'élément sensible 3 est équipé du dispositif d'amortissement axial et du butoir limiteur transversal qui sert cômme protection de surtension des deux plaquettes piézoélectriques rondes 22. Le dispositif d'amortissement axial se compose du bloc sensible de qualité 20 et le tapis anti-choc 31 entre le support 23 et le plateau 15, et forme la protection de surtension axiale de l'élément sensible 3.
Le bloc sensible de qualité 20, comme indiqué sur la figure 4a, est composé de trois cylindres de diamètres différents, La partie de grand diamètre est le corps de qualité 20a (équipé d'une masse d'ajustage de poids 18), la partie de diamètre inférieur le second en taille est la partie élastique 20b, la partie du petit diamètre est la partie pour l'installation de boulon 20c. La partie élastique 20b est formée en structure ressort ; le cadre limiteur anti-choc 16 est fixé à l'extérieur du plateau 15 et il est installé autour du corps de qualité 20a par des boulons limiteurs réglables 17a, 17b, 17c, 17d (17b et 17d non indiqués sur la figure), avec le boulon limiteur 19 installé sur le côté. Ils forment le butoir limiteur transversal qui sert comme protection de surtension transversale de l'élément sensible 3. Comme représenté sur la figure 2, le cadre limiteur antichoc 16 comprend aussi le boulon de fixation 25 réglant les jeux entre les boulons limiteurs 17a, 17b, 17c, 17d, 19 et le bloc sensible de qualité 20. Le jeu présent définit le rayon de vibration axiale et transversale du bloc sensible de qualité 20a. La matière du cadre limiteur anti-choc 16 est identique que celle du support21. La figure 5 représente la carte structurale du cadre limiteur anti-choc. Le cadre limiteur anti-choc a une structure encadrement. Autour du cadre, il y a quatre boulons limiteurs 17a, 17b, 17c, 17d, le boulon limiteur du côté 19, et le boulon de fixation 25. La matière du cadre limiteur anti-choc 16 est identique que celle du support 21. Le bloc sensible de qualité 20 du nouveau type d'accéléromètre piézoélectrique à quartz de la présente invention possède quatre structures différentes selon la partie élastique. La première est la structure de spirale unique, comme indiqué sur la figure 4a. Le bloc sensible de qualité 20 se compose des trois cylindres de diamètres différents y compris le corps de qualité 20a, la partie élastique 20b et la partie 20c pour installation de boulon. La partie élastique 20b est formée en ressort, les trois parties sont formées comme un tout. La matière est l'acier à ressort comme lCrl8Ni9Ti. Le pas de vis de la partie élastique 20b de spirale unique est de 2 à 6 mm environ, la largeur de goujure est de 1 à 2 mm environ, le calibre de la boucle spirale est de 5 à 8 mm environ, le diamètre extérieur de la boucle spirale est de 10 à 14 mm environ. La fonction de la partie élastique 20b est d'amortir le choc sous un choc axial de l'accéléromètre piézoélectrique à quartz, et de protéger les deux plaquettes piézoélectriques rondes 22a1 et 22a2 du choc. La figure 4b illustre la structure du bloc sensible de double spirale, y compris le corps de qualité 20d, la partie flexible de double spirale 20e et la partie pour installation de boulon 20f. Les trois parties sont formées comme un tout et la matière est la même que précédemment. Le pas de vis de la partie élastique de double spirales est de 4 à 8 mm environ, la largeur de goujure de 1 à 2 mm environ. La figure 4c illustre la structure du bloc sensible de qualité de deux trous et de section I, y compris le corps de qualité 20m, la partie élastique de deux trous 20n et de section I et la partie 20s pour installation de boulon. Les trois parties sont formées comme un tout et la matière est la même que précédemment. L'intervalle entre les sections I de la partie flexible de deux trous et de section I est de 0,8 à 2 mm environ, la largeur de goujure est de 0,3 à 0,5 mm environ, la largeur de colonne verticale est de 1 à 4 mm environ. La figure 4d illustre la structure du bloc sensible de qualité de trois trous et de section I, y compris le corps de qualité 20x, la partie élastique 20y de trois trous et de section I et la partie 20z pour installation de boulon. Les trois parties sont formées comme tout et la matière est celle indiquée précédemment. L'intervalle entre les sections I de la partie flexible de trois trous et de section I est de 0,8 à 2 mm environ, la largeur de goujure est de 0,3 à 0,5 mm environ, la largeur de colonne verticale est de 1 à 4 mm environ. L'étanchéité entre le moyen de scellement 14 formant la cavité de l'élément sensible et le siège 12 se fait par une structure d'étanchéité d'extrudage équipée de la rondelle d'étanchéité 13, et fixée par des boulons. La figure 6 illustre la vue en coupe de la structure de cavité. Entre le moyen de scellement 14 et le siège 12 est installée la rondelle 13, le boulon 24 est fixe. Pour améliorer l'effet d'étanchéité, les parties de contact du moyen de scellement 14 et du siège 12 avec la rondelle 13 adapte l'étanchéité d'extrudage. Deux structures d'interface sont présentées à titre d'exemple. La figure 6a est un plan amplifié de la partie de structure d'étanchéité entre le moyen de scellement 14 et le siège 12 qui adapte une structure convexe-concave. Il y a une boucle inter-faciale de repérage convexe 32a sur le siège 12 ; une boucle de repérage concave 32b sur le moyen de scellement 14. En compressant le moyen de scellement 14 et le siège 12 avec la maquette, la boucle de repérage convexe 32a du siège 12 s'appuie sur la rondelle 13. La rondelle 13 se déforme et entre dans la boucle de repérage concave 32b du moyen de scellement, fixé avec le boulon 24 pour réaliser l'étanchéité de cavité. La matière du moyen de scellement 14, du siège 12 est identique à celle du bloc sensible de qualité 20 et la matière de la rondelle est cuivre OFHC. L'étanchéité du moyen de scellement 14 et du siège 12 peut aussi se réaliser par une structure protubérante. La figure 6b est un plan amplifié de la partie de structure d'étanchéité entre le moyen de scellement 14 et le siège 12 qui adapte une structure d'étanchéité protubérante. La boucle de repérage convexe 33a du siège 12 est protubérante. Sur la pointe, il y a arc directeur, la boucle de repérage convexe 33b du moyen de scellement 14 est aussi protubérante. L'angle de protubérance est de 45 à 90 , la hauteur de 0,5 à 1,5 mm environ. Les boucles de repérage convexes 33a et 33b protubérantes du moyen de scellement 14 et du siège 12 s'appuient respectivement sur la rondelle 13, la rondelle se déforme et est fixée avec le boulon 24 pour réaliser l'étanchéité de cavité. Tableau 1 : les caractéristiques excellentes du nouveau type d'accéléromètre piézoélectrique à quartz de la présente invention sont indiquées ci-après Indices techniques Caractères techniques Domaine de mesure (g) 10-4g-102g Forme de sortie numérique Déviation (mg) 0,5 Seuil (g) <5xl0 5 Non linéarité <1x10 5 Etat de Azimut anglesortie (5p) <I30"I de Etat désalignement pendulaire <130"I (6o) Coefficient de nonlinéarité <10 de second ordre (pg/g2) Coefficient de température <-15 d'échelle (ppm/ C) Coefficient de température déviation (pg/ C) <20 Stabilité mensuelle de <20 déviation(pg) Stabilité mensuelle <20 d'échelle (ppm) Domaine de température( C) -40-80 Tension électrique de 15 travail(V) Courant de travail (mA) <-20 Qualité (g) <805
Claims (11)
1. Accéléromètre piézoélectrique à quartz comportant un élément sensible (3), un circuit de traitement de signal (8), une base (1), un carter (5) et une prise (11), caractérisé en ce que l'élément sensible (3) comporte deux plaquettes piézoélectriques rondes (22) installées symétriquement de part et d'autre de l'axe (23) d'une colonne entre un panneau haut et un panneau bas, un dispositif de protection de surtension au niveau des directions axiale, transversale et verticale des plaquettes piézoélectriques (22), le dispositif de protection axiale de surcharge comportant un bloc sensible, un amortisseur disposé entre un panneau bas et un support, et un boulon axialement ajustable supporté par une colonne réalisant le bloc sensible (20), les dispositifs de protection transversale et verticale de surcharge comportant un cadre protecteur de surtension, l'élément sensible (3) comportant également un scellement (14) fixé sur ladite base.
2. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaquettes piézoélectriques rondes (22) de l'élément sensible (3) sont montées verticalement, horizontalement ou inclinées, les deux plaquettes piézoélectriques rondes (22a1, 22a2) étant installées parallèlement entre le support (21a) et le support (23a), les fils d'électrode des deux plaquettes piézoélectriques rondes (22a1, 22a2) étant connectés respectivement avec leur circuit de dynamisation.
3. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure d'installation des deux plaquettes piézoélectriques rondes (22) de l'élément sensible (3) peut être tri-faisceaux mono-île, les deux plaquettes piézoélectriques rondes (22b1, 22b2) étant installées parallèlement entre le support (21b) et le support (23b), les deux plaquettes piézoélectriques rondes (22b1, 22b2) étant connectées par le faisceau flexible (22b3), les fils d'électrode des deux plaquettes piézoélectriques (22b1r 22b2) étant connectés respectivement avec leur circuit de dynamisation.
4. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure d'installation des deux plaquettes piézoélectriques rondes (22) de l'élément sensible mentionné (3) peut être des puces symétriques, les deux supports (21c, 23c) formant une structure globale, le support (21c) se trouvant au milieu, le support (23c) se situant symétriquement de chaque côté, les deux plaquettes piézoélectriques rondes (22c1, 22c2) étant installées symétriquement sur les supports (21c, 23c), les fils d'électrode des deux plaquettes piézoélectriques étant connectés respectivement avec leur circuit de dynamisation.
5. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'amortissement axial mentionné est composé d'un bloc sensible de qualité (20) et d'un dispositif de tapis antichoc (31) entre le support (23) et le plateau (15), ledit bloc sensible de qualité (20) étant d'une structure élastique composée de trois cylindres de diamètres différents.
6. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie du grand diamètre est le corps de qualité (20a), équipé d'une masse d'ajustage de poids (18), la partie du second diamètre étant la partie élastique (20b), la partie de plus petit diamètre étant la partie pour l'installation de boulon (20c), la partie élastique (20b) servant de ressort d'amortissement anti-choc, et en ce qu'il comprend un butoir transversal composé du cadre limiteur anti-choc (16) fixé à l'extérieur d'un plateau (15), de boulons limiteurs réglables (17a, 17b, 17c, 17d) autour du cadre limiteur anti-choc (16) et d'un boulon limiteur réglable latéral (19), le cadre limiteur anti-choc (16) étant équipé d'un boulon de fixation (25) qui sert à ajuster les jeux entre les boulons limiteurs réglables (17a, 17b, 17c, 17d, 19) et le bloc sensible de qualité (20).
7. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bloc sensible de qualité (20) peut comprendre une structure de spirale unique, une structure de double spirale, une structure de deux trous et de section I, ou une structure de trois trous.
8. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la revendication 7, caractérisé en ce que : - le bloc sensible de qualité de la structure de spirale unique est composé de cylindres différents, y compris le corps de qualité (20a), de la partie flexible (20b), de la partie pour installation de boulon (20c), ces trois éléments formant un tout, la partie flexible (20b) étant formée d'une structure de ressort de spirale unique, le pas de filet de la partie flexible de spirale unique (20b) étant de 2 à 6 mm environ, la largeur de goujure étant de 1 à 2 mm environ, le calibre de la boucle spirale étant de 5 à 8 mm environ, le diamètre extérieur de la boucle spirale étant de 10 à 14 mm environ, - le bloc sensible de qualité de la structure de doubles spirales comprend le corps de qualité (20d), la partie flexible de structure de ressort de doubles spirales (20) et la partie pour installation de boulon (20f), les trois formant un tout, le pas de filet de la partie flexible de doubles spirales étant de 4 à 8 mm environ, la largeur de goujure étant de 1 à 2 mm environ, - le bloc sensible de qualité de la structure de deux trous et de section I comprend le corps de qualité (20m), la partie flexible (20n) de deux trous et de section I et la partie pour installation de boulon (20s), les trois formant un tout, l'intervalle entre les sections I de la partie flexible de deux trous et de section I étant de 0,8 à 2 mm environ, la largeur de goujure étant de 0,3 à 0,5 mm environ, la largeur de colonne verticale étant de 1 à 4 mm environ, - le bloc sensible de qualité de la structure de trois trous et de section I comprend le corps de qualité (20x), la partie flexible (20y) de trois trous et de section I et la partie pour installation de boulon (20z), les trois formant un tout, l'intervalle entre les sections I de la partie flexible de trois trous et de section I étant de 0,8 à 2 mm environ, la largeur de goujure étant de 0,3 à 0,5 mm environ, la largeur de colonne verticale étant de 1 à 4 mm environ.
9. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière dubloc sensible de qualité décrit (20), des supports (21a, 23a, 21b, 23b, 21c, 23c) et du cadre limiteur anti-choc (16) est constituée par l'acier à ressort, et de préférence lCrl8Ni9Ti.
10. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure d'étanchéité d'extrudage décrite entre le moyen de scellement (14) et le siège (12), ladite structure ayant une interface d'étanchéité convexe-concave, une boucle inter-faciale de repérage convexe (32a) étant prévue dans la partie de contact du siège (12) et de la rondelle d'étanchéité (13), une boucle inter-faciale de repérage concave (32b) étant prévue dans la partie de contact du moyen de scellement (14) et de la rondelle d'étanchéité (13).
11. Accéléromètre piézoélectrique à quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure d'étanchéité d'extrudage est présente entre le moyen de scellement (14) et le siège (12), et étant apte à constituer une structure d'interface protubérante et comporte une boucle inter-faciale de repérage convexe (33a) de la rondelle d'étanchéité d'extrudage (13) sur le siège (12), une boucle inter-faciale de repérage convexe(33b) sur le moyen de scellement (14).
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