FR3142309A1 - Accelerometre - Google Patents

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FR3142309A1
FR3142309A1 FR2212179A FR2212179A FR3142309A1 FR 3142309 A1 FR3142309 A1 FR 3142309A1 FR 2212179 A FR2212179 A FR 2212179A FR 2212179 A FR2212179 A FR 2212179A FR 3142309 A1 FR3142309 A1 FR 3142309A1
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FR
France
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deformable part
mass
lever
support
levers
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FR2212179A
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Inventor
Christophe Morelle
Jean-Sébastien Mace
Philippe Onfroy
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Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Safran Electronics and Defense SAS
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
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    • G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0814—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type

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Abstract

Accéléromètre (0) comprenant : - un support (Sp) ; - une masse (M1) ; - un système de guidage (G1) de la masse (M1) selon un axe (X-X) ; - une pièce déformable (P1) ; et - un premier levier (L1) pivotant autour d’un premier point de pivot (X1) et relié à la masse (M1) et à la pièce déformable (P1) de manière que le déplacement de la masse (M1) entraine un pivotement du premier levier (L1). L’accéléromètre (0) comporte un deuxième levier (L2) pivotant autour d’un second point de pivot (X2), le deuxième levier étant relié au support et à la pièce déformable, le premier point de pivot et le second point de pivot étant reliés par l’intermédiaire d’une barre (11) de manière que lors dudit déplacement de la masse, lesdits leviers pivotent et déforment la pièce déformable. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1

Description

Accéléromètre
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
La présente invention concerne le domaine des accéléromètres.
Il est connu du document brevet US2020025790A1 un accéléromètre comprenant :
- un support ;
- une masse mobile par rapport au support ;
- un système de guidage en translation de la masse par rapport au support selon un axe de mobilité de la masse par rapport au support ;
- une pièce déformable élastiquement entre des première et seconde parties de la pièce déformable ; et
- un premier levier pivotant autour d’un premier point de pivot, le premier levier étant relié mécaniquement d’une part à la masse et d’autre part à la première partie de la pièce déformable de telle manière que le déplacement de la masse par rapport au support suivant l’axe de mobilité entraine un pivotement du premier levier autour du premier point de pivot qui appartient au support.
Il a été constaté que la précision de la mesure d’accélération de cet accéléromètre est affectée par des variations de la température ambiante du lieu d’utilisation de l’accéléromètre.
Cette variation de la précision de mesure en fonction de la température ambiante est problématique car cela impose, selon le cas :
  • De sélectionner des accéléromètres en fonction de la plage de température où doit être utilisé l’accéléromètre ; et/ou
  • De fournir des moyens pour limiter la variation de température autour de l’accéléromètre.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a notamment pour but de fournir un accéléromètre ayant, au moins dans certaines conditions, une précision de mesure relativement constante sur toute une plage de variation de température du lieu d’utilisation de l’accéléromètre.
A cet effet, on prévoit, selon l’invention un accéléromètre comprenant :
- un support ;
- une masse mobile par rapport au support ;
- un système de guidage en translation de la masse par rapport au support selon un axe de mobilité de la masse par rapport au support ;
- une pièce déformable élastiquement entre des première et seconde parties de la pièce déformable ; et
- un premier levier pivotant autour d’un premier point de pivot, le premier levier étant relié mécaniquement d’une part à la masse et d’autre part à la première partie de la pièce déformable de telle manière que le déplacement de la masse par rapport au support suivant l’axe de mobilité entraine un pivotement du premier levier autour du premier point de pivot.
L’accéléromètre selon l’invention est essentiellement caractérisé en ce qu’il comporte un deuxième levier pivotant autour d’un second point de pivot, le deuxième levier étant relié mécaniquement d’une part au support et d’autre part à la seconde partie de la pièce déformable, le premier point de pivot et le second point de pivot étant reliés l’un à l’autre par l’intermédiaire d’une barre de telle manière que lors dudit déplacement de la masse par rapport au support, lesdits premier et deuxième leviers pivotent par rapport à la barre et génèrent un déplacement de la première partie de la pièce déformable par rapport à la seconde partie de la pièce déformable.
Avec l’accéléromètre selon l’invention, lorsque la masse est soumise à une accélération suivant ledit axe de mobilité, elle se déplace par rapport au support et le mouvement de déplacement de la masse par rapport au support entraine un pivotement de chacun des premier et second leviers vis-à-vis de la barre (chaque barre est une pièce distincte du support).
Le premier levier pivote par rapport à la barre autour d’un premier point pivot qui forme une première liaison pivot entre le premier levier et la barre.
De manière similaire, le deuxième levier pivote par rapport à la barre autour d’un second point pivot qui forme une seconde liaison pivot entre le deuxième levier et la barre.
La barre est distincte du support et elle peut se déplacer vis-à-vis du support en fonction des efforts qu’elle reçoit via les premier et second points pivot, ce déplacement étant par exemple suivant une direction parallèle à l’axe de mobilité de la masse.
Le déplacement de la masse par rapport au support permet de générer, sur les leviers, des efforts inertiels (du fait de l’inertie de la masse par rapport au support) qui sont retransmis vers la pièce déformable par l’intermédiaire des leviers.
Ces leviers permettent une amplification d’efforts telle que les efforts respectivement appliqués par les leviers sur la pièce déformable sont supérieurs aux efforts respectivement appliqués sur les leviers par la masse ou par le support.
La barre et les leviers forment ainsi une structure amplificatrice d’efforts inertiels.
L’amplification des efforts d’inertie permet de minimiser la taille de la masse (aussi appelée masse sismique ou masse d’inertie).
En revanche, comme expliqué ci-après, l’invention permet grâce aux points pivot qui sont formés sur la barre, à distance du support, de supprimer des risques d’amplification d’efforts parasites, c’est-à-dire des efforts non inertiels comme des efforts thermomécaniques.
Le pivotement des premier et deuxième leviers induit un déplacement de la première partie de la pièce déformable par rapport à la seconde partie de la pièce déformable.
La déformation de la pièce déformable est par conséquent fonction de l’accélération subie par la masse suivant l’axe de mobilité.
L’observation / la mesure de caractéristiques physiques de la pièce déformable qui varient en fonction de la déformation de la pièce déformable permet d’estimer / de mesurer une valeur d’accélération courante subie par la masse suivant l’axe de mobilité.
Dans l’accéléromètre selon l’invention, les premier et deuxième leviers pivotent par rapport à une même barre, distincte du support, qui relie entre eux les points pivots de ces premier et second leviers.
Par conséquent, la barre de l’accéléromètre est mécaniquement découplée vis-à-vis de la masse et du support, le premier levier formant une interface entre la masse et la barre et le second levier formant une interface entre le support et la barre, la barre pouvant se déplacer par rapport au support. En minimisant, la raideur de couplage de la masse vers la barre ou du support vers la barre, l’invention permet d’augmenter le découplage mécanique de la structure amplificatrice (la structure amplificatrice est formée par les leviers qui pivotent par rapport à la barre autour des points pivot) vis-à-vis du support et corrélativement de minimiser l’amplification des efforts thermomécaniques liée à des dilatations différentielles entre masse et support (sous gradient thermique).
La précision (qualité) de la mesure de l’accéléromètre est ainsi moins affectée par les variations thermiques appliquées sur le support ou sur la masse mobile.
Cet agencement particulier de l’accéléromètre selon l’invention peut, dans certains cas, être utile pour supprimer des causes de défaillance et ainsi améliorer la durée de vie de l’accéléromètre.
L’accéléromètre selon l’invention est ainsi moins impactant pour l’environnement.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
La est une vue schématique d’un premier mode de réalisation de l’accéléromètre 0 selon l’invention, l’accéléromètre comportant ici une seule masse sismique M1 mobile par rapport au support et fonctionnellement reliée / associée à une seule pièce déformable P1, en l’occurrence un résonateur qui est ici un diapason, la mesure de caractéristiques représentatives de déformations de la pièce déformable P1 permettant d’estimer une valeur d’accélération subie par la masse M1 selon un axe de mobilité X-X ;
La est une vue schématique d’un deuxième mode de réalisation de l’accéléromètre 0 selon l’invention, l’accéléromètre comportant ici deux masses sismiques M1, M2 mobiles par rapport au support Sp selon l’axe de mobilité X-X, deux pièces déformables P1, P2 (qui sont ici de type résonateur, plus particulièrement de type diapason) chacune fonctionnellement reliée à l’une des masses sismiques M1, M2 qui lui correspond, ce mode de réalisation permet de déterminer une accélération courante suivant l’axe de mobilité X-X via deux mesures distinctes de caractéristiques des pièces déformables P1, P2 qui varient en fonction de l’accélération subie par les masses M1, M2 (comme pour la , une caractéristique mesurée pour une pièce déformable donnée P1, P2 est par exemple la fréquence de vibration de la pièce déformable donnée entretenue / induite par une excitation vibratoire déterminée appliquée à cette pièce déformable donnée) ;
La est une vue schématique d’un troisième mode de réalisation de l’accéléromètre 0 selon l’invention, l’accéléromètre comportant ici une seule masse sismique M1 fonctionnellement reliée à deux pièces déformables P1, P2 via quatre paires de leviers L1, L2, L3, L4, le déplacement de la masse M1 dans un premier sens donné S10 suivant l’axe de mobilité X-X de la masse M1 par rapport au support Sp entraînant l’étirement de la première pièce déformable P1 et la compression de la seconde pièce déformable P2, inversement le déplacement de la masse M1 dans un second sens opposé audit premier sens S10 entrainant la compression de la première pièce déformable P1 et l’étirement de la seconde pièce déformable P2 ;
La est une vue schématique de la moitié d’un accéléromètre selon l’invention selon un quatrième mode de réalisation (ici, l’accéléromètre est symétrique par rapport à un plan Y-Y perpendiculaire à l’axe de mobilité X-X), chaque moitié d’accéléromètre comporte sa propre masse sismique M1 et sa propre pièce déformable P1 qui est d’un côté fonctionnellement reliée à la masse M1 via une paire de premiers levier L1 et d’un autre côté fonctionnellement reliée au support Sp via une paire de deuxièmes leviers L2, la distance entre l’axe de mobilité X-X et le point de pivot X1 autour duquel pivote chaque premier levier L1 est ici inférieure à la distance entre l’axe de mobilité X-X et le point de pivot X2 autour duquel pivote chaque deuxième levier L2, ce mode de réalisation permet d’augmenter le gain d’amplification par les leviers et accessoirement d’améliorer la résistance de l’accéléromètre vis-à-vis de chocs transversaux par rapport à l’axe de mobilité X-X ;
La est une vue schématique d’une partie d’un accéléromètre 0 selon l’invention associée à une vue de détail d’une pièce déformable P1 et d’une paire d’électrodes d’excitation E1 et de détection E2, ces électrodes E1, E2 étant associées pour mesurer une caractéristique vibratoire courante de la pièce déformable P1 qui est variable en fonction des efforts appliqués sur la pièce déformable P1, c’est-à-dire en fonction de l’accélération subie par la masse sismique M1 ;
La est une vue schématique d’une pièce déformable P1 d’un accéléromètre 0 selon l’invention associée à une électrode d’excitation centrale E1 (qui s’étend entre les branches parallèles de la pièce déformable P1) et à une paire d’électrodes de détection latérales E2 (qui s’étendent de part et d’autre d’une paire de branches de la pièce déformable P1), ces électrodes E1, E2 étant associées pour mesurer une caractéristique vibratoire courante de la pièce déformable P1 qui est variable en fonction des efforts appliqués sur la pièce déformable P1, c’est-à-dire en fonction de l’accélération subie par la masse sismique M1) ;
La est une vue schématique d’une pièce déformable P1 d’un accéléromètre selon l’invention associée à une seule électrode d’excitation centrale E1 (qui s’étend entre les branches parallèles de la pièce déformable P1) et à une paire d’électrodes de détection latérales E2 (disposées de part et d’autre des branches de la pièce déformable P1), des dents portées par les branches de la pièce déformable et par chacune des électrodes E1, E2 sont ici intercalées (interdigitées) de manière à obtenir, pour chaque électrode E1, E2, une surface totale de dents en regard qui varie en fonction de déplacements latéraux de la pièce déformable P1 par rapport à l’axe de mobilité X-X (ce mode de réalisation est avantageux par l’augmentation de la surface de détection et l’augmentation du rapport signal/bruit de l’accéléromètre, par ailleurs comme la surface totale de dents en regard varie proportionnellement aux déplacements transversaux de la pièce déformable tout en conservant une valeur d’entrefer constante entre les dents en regard, ce mode de réalisation a tendance à minimiser les perturbations de la mesure occasionnées par des raideurs électrostatiques) ;
La est une vue schématique d’une pièce déformable P1 d’un accéléromètre selon l’invention associée à une seule électrode d’excitation latérale E1 et à une seule électrode de détection latérale E2, ces électrodes E1, E2 étant disposées de part et d’autre de la paire de branches parallèles de la pièce déformable P1, la pièce déformable P1 et les électrodes E1, E2 étant pourvues de dents de peignes transversales par rapport à l’axe de mobilité X-X pour mesurer une caractéristique vibratoire courante de la pièce déformable P1 qui est variable en fonction des efforts appliqués sur la pièce déformable P1, c’est-à-dire en fonction de l’accélération subie par la masse sismique M1 (ou pour réaliser une mesure de déformation de la pièce P1) en limitant les perturbations occasionnées par des raideurs électrostatiques entre la pièce déformable P1 et l’une et/ou l’autre des électrodes ;
La est une vue schématique d’une pièce déformable P1 d’un accéléromètre selon l’invention, cette pièce déformable étant associée à une seule électrode d’excitation centrale E1 et une seule électrode de détection centrale E2, ces électrodes E1, E2 s’étendent entre les branches parallèles de la pièce déformable P1 ce qui permet une réduction de l’encombrement à la périphérie de la pièce déformable P1 ;
La est une vue schématique d’une pièce déformable P1 d’un accéléromètre selon l’invention, cette pièce déformable P1 étant associée à une seule électrode d’excitation centrale E1 et à une seule électrode de détection centrale E2, ces électrodes E1, E2 s’étendent entre les branches parallèles de la pièce déformable P1, ces branches et ces électrodes portant des dents de peignes intercalées / interdigitées pour mesurer une caractéristique vibratoire courante de la pièce déformable P1 qui est variable en fonction des efforts appliqués sur la pièce déformable P1, c’est-à-dire en fonction de l’accélération subie par la masse sismique M1 (ou pour mesurer des déformations latérales de la pièce déformable P1) en limitant les effets de raideur électrostatique tout en limitant l’encombrement à la périphérie de la pièce déformable P1.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
Dans tous les modes de réalisation illustrés aux figures 1, 2, 3 et 4 de l’accéléromètre 0 selon l’invention, l’accéléromètre comporte :
- un support Sp ;
- au moins une première masse mobile M1 par rapport au support Sp ;
- un système de guidage en translation G1 de la première masse M1 par rapport au support Sp selon un axe de mobilité X-X de la première masse M1 par rapport au support Sp ;
- au moins une première pièce déformable élastiquement P1 entre des première et seconde parties de la pièce déformable P1 ; et
- un premier levier L1 pivotant autour d’un premier point de pivot X1, le premier levier L1 étant relié mécaniquement d’une part à la première masse M1 et d’autre part à la première partie de la pièce déformable P1 de telle manière que le déplacement de la masse M1 par rapport au support Sp suivant l’axe de mobilité X-X entraine un pivotement du premier levier L1 autour du premier point de pivot X1.
L’accéléromètre 0 comporte aussi un deuxième levier L2 qui pivote autour d’un second point de pivot X2.
Le deuxième levier L2 est relié mécaniquement d’une part au support Sp et d’autre part à la seconde partie de la pièce déformable P1.
Chaque levier donné L2, L21, L4, L41 de l’accéléromètre est relié mécaniquement par rapport au support Sp par appui en un point de contact contre le support Sp qui est propre au levier donné de manière que chaque levier donné puisse pivoter par rapport au support Sp autour du point de contact entre le levier donné et le support.
Le premier point de pivot X1 et le second point de pivot X2 sont reliés l’un à l’autre par l’intermédiaire d’une première barre 11 de telle manière que lors dudit déplacement de la première masse M1 par rapport au support Sp, lesdits premier et deuxième leviers L1, L2 pivotent par rapport à la première barre 11 et génèrent un déplacement de la première partie de la première pièce déformable P1 par rapport à la seconde partie de la première pièce déformable P1.
En d’autres termes, le déplacement d’une masse donnée par rapport au support Sp génère des contraintes sur les leviers, les leviers transmettant ces contraintes vers les extrémités de la pièce déformable associée à ces leviers, la pièce déformable étant ainsi contrainte en traction ou en compression en fonction du sens de déplacement de la masse donnée par rapport au support.
Chaque levier donné applique ainsi des contraintes sur la pièce déformable associée à ce levier donné, ces contraintes étant amplifiées par rapport aux contraintes exercées sur le levier donné par la masse qui lui est associée.
Le premier point de pivot X1 est solidaire d’une première extrémité de la première barre 11 et le second point de pivot X2 est solidaire d’une seconde extrémité de la première barre 11.
Chaque barre est rigide relativement à la première pièce déformable P1 au moins selon l’axe de mobilité X-X de telle manière que lors du déplacement de la masse par rapport au support, la pièce déformable se déforme beaucoup plus que la barre rigide.
En fonctionnement, lorsque la première masse M1 est soumise à une accélération suivant ledit axe de mobilité X-X, cette masse M1 se déplace par rapport au support Sp ce qui entraîne un pivotement simultané des premier et second leviers L1, L2 vis-à-vis de la première barre 11 qui est rigide relativement à la pièce déformable P1.
Le pivotement des premier et deuxième leviers L1, L2 induit un déplacement de la première partie de la première pièce déformable P1 par rapport à la seconde partie de la première pièce déformable P1.
La première pièce déformable P1 est ainsi déformée en fonction de l’accélération courante appliquée à la première masse M1 suivant l’axe de mobilité X-X par rapport au support Sp.
Les premier et deuxième leviers L1, L2 permettent une amplification des contraintes exercées sur la pièce déformable et une transformation du mouvement de déplacement de la première masse M1 vis-à-vis du support Sp.
Comme la première barre 11 par rapport à laquelle pivotent les premier et deuxième leviers L1, L2 est distincte de la première masse M1 et du support Sp, l’invention permet un découplage mécanique entre support et pièce(s) déformable(s) ce qui permet de minimiser l’amplification des efforts thermomécaniques liée à des dilatations différentielles entre masse et support (sous gradient thermique).
La précision de l’accéléromètre est ainsi moins affectée par des variations de température sur une plage donnée de température de fonctionnement de l’accéléromètre.
Avec l’accéléromètre 0 selon l’invention, l’impact de la variation de température sur la qualité de la mesure d’accélération est particulièrement réduit par rapport aux accéléromètres de l’art antérieur, comme celui du document US2020025790A1.
L’accéléromètre selon l’invention est par conséquent plus robuste vis-à-vis de variations thermiques.
La précision de mesure d’accélération est ainsi relativement stable sur toute la durée de vie de l’accéléromètre.
L’estimation / la mesure d’une valeur d’accélération courante subie par la première masse M1 selon l’axe de mobilité X-X est réalisée en fonction d’une mesure de caractéristique physique de la première pièce déformable P1 qui varie en fonction de sa déformation.
Comme on le verra par la suite, notamment en références aux figures 5 à 10, chaque pièce déformable donnée P1, P2 de l’accéléromètre 0 est élastiquement déformable au moins suivant l’axe de mobilité X-X.
Préférentiellement chaque pièce déformable donnée P1, P2 est une pièce résonante de type résonateur dont on peut mesurer des caractéristiques vibratoires à l’aide d’électrodes, ces caractéristiques vibratoires étant variables en fonction de la déformation de la pièce déformable donnée P1, P2 et par conséquent en fonction de l’accélération courante selon l’axe de mobilité X-X. Préférentiellement, un résonateur est un diapason.
Préférentiellement, chaque pièce déformable P1, P2 donnée de type résonateur (ou plus particulièrement de type diapason), comporte des première et seconde branches parallèles entre elles, une première portion de liaison reliant des premières extrémités terminales des première et seconde branches entre elles et éventuellement, une seconde portion de liaison reliant des secondes extrémités terminales des première et seconde branches entre elles de manière à améliorer le couplage vibratoire entre ces branches. On parle ici de branches de résonateur / diapason bi-encastrées.
Ainsi, la mise en vibration de l’une des première ou seconde branches entraîne la mise en vibration de l’autre de ces branches.
Le comportement vibratoire des branches du diapason varie en fonction des efforts appliqués sur la pièce déformable P1, P2, ces efforts transitant via les première et seconde branches.
Par conséquent, le comportement vibratoire du diapason, varie en fonction des efforts transmis via les branches, ces efforts étant eux même fonction de la valeur courante d’accélération subie par la masse M1, M2 correspondante suivant l’axe de mobilité X-X.
Dans chacun des modes de réalisation de l’accéléromètre 0 illustrés aux figures 1, 2, 3 et 4, le support Sp est une interface qui permet de relier mécaniquement l’accéléromètre 0 à un élément de l’environnement externe à l’accéléromètre 0.
Par exemple, le support Sp peut définir un plan duquel s’étendent des excroissances du support Sp, la ou les masses M1, M2 étant montées face à ce plan pour pouvoir se translater le long de ce plan, éventuellement en glissant contre ce plan du support Sp.
Les excroissances du support Sp qui s’étendent depuis le plan du support forment des ancrages fixes de positionnement d’éléments constitutifs du ou des systèmes de guidage G1, G2 qui permettent de guider la ou les masses M1, M2 en translation par rapport au support et le long de l’axe de mobilité X-X (l’axe de mobilité X-X est ici parallèle au plan du support Sp).
Le support Sp peut, selon le cas, former un fond de l’accéléromètre destiné à être directement fixé contre une structure externe à l’accéléromètre dont on veut mesurer une accélération.
Ce support Sp peut aussi constituer le fond d’un boîtier de l’accéléromètre, chaque masse, chaque levier, chaque pièce déformable et chaque barre de l’accéléromètre se trouvant à l’intérieur du boîtier.
Le premier système de guidage G1 est adapté à exercer des efforts élastiques de rappel de la première masse M1 vers une position de repos de la première masse M1.
La position de repos de la masse M1 est la position dans laquelle se trouve la masse M1 lorsqu’elle ne subit aucune accélération selon l’axe de mobilité X-X, les efforts élastiques de rappel forçant la translation de la masse M1 vers cette position de repos.
Cet effort élastique de rappel est généré dès lors que la masse M1 est écartée de la position de repos par translation par rapport au support Sp selon l’axe de mobilité X-X.
Dans le mode de réalisation de l’accéléromètre illustré à la , ladite masse mobile M1 est une première masse M1, ledit système de guidage G1 en translation de la première masse M1 est un premier système de guidage G1, ladite pièce déformable élastiquement P1 est une première pièce déformable élastiquement P1, ladite barre est une première barre 11.
Cet accéléromètre 0 de la comporte en outre :
- une seconde masse M2 mobile par rapport au support Sp ;
- un second système de guidage en translation G2 de la seconde masse M2 par rapport au support Sp selon ledit axe de mobilité X-X par rapport au support Sp ;
- une seconde pièce P2 déformable élastiquement entre des première et seconde parties de la seconde pièce déformable P2 ;
- un troisième levier L3 pivotant autour d’un troisième point de pivot X3, le troisième levier L3 étant relié mécaniquement d’une part à la seconde masse M2 et d’autre part à la première partie de la seconde pièce déformable P2 de telle manière que le déplacement de la seconde masse M2 par rapport au support Sp suivant l’axe de mobilité X-X entraine un pivotement du troisième levier L3 autour du troisième point de pivot ;
- un quatrième levier L4 pivotant autour d’un quatrième point de pivot X4.
Le quatrième levier L4 est relié mécaniquement d’une part au support Sp et d’autre part à la seconde partie de la seconde pièce déformable P2.
Le troisième point de pivot X3 et le quatrième point de pivot X4 sont reliés l’un à l’autre par l’intermédiaire d’une seconde barre 12 (distincte du support) de telle manière que lors dudit déplacement de la seconde masse M2 par rapport au support Sp, lesdits troisième et quatrième leviers L3, L4 pivotent par rapport à la seconde barre 12 et génèrent un déplacement de la première partie de la seconde pièce déformable P2 par rapport à la seconde partie de la seconde pièce déformable P2.
Les premier, deuxième, troisième et quatrième leviers L1, L2, L3, L4 sont agencés de manière que lorsque les première et seconde masses (M1, M2) se déplacent dans un même premier sens S10 le long de l’axe de mobilité X-X, il en résulte une extension de la première pièce déformable P1 entre ses première et seconde parties et une compression de la seconde pièce déformable P2 entre ses première et seconde parties.
Dans ce mode de réalisation illustré à la , le troisième point de pivot X3 autour duquel pivote de troisième levier L3 est solidaire d’une première extrémité de la seconde barre 12, qui est une barre rigide relativement à la seconde pièce déformable P2 et le quatrième point de pivot X4 autour duquel pivote le quatrième levier L4 est solidaire d’une seconde extrémité de la seconde barre 12.
Les effets de déformation induits sur les première et seconde pièces déformables P1, P2 lors du déplacement des première et seconde masses M1, M2 par rapport au support Sp, suivant un même sens de déplacement le long de l’axe de mobilité X-X (ici le sens opposé audit sens S10), sont opposés puisque l’une de ces pièces déformable (ici la pièce P1) est comprimée alors que l’autre de ces pièces déformables est étendue (ici la pièce P2).
Les flèches représentées sur les leviers et barres des figures illustrent les forces induites lors du déplacement de la / des masses M1, M2 selon le premier sens de déplacement S10 suivant l’axe de mobilité X-X.
L’accélération courante subie par les première et seconde masses M1, M2 est ici estimée en réalisant une mesure différentielle prenant en compte les déformations respectives de chacune des première et seconde pièces déformables P1, P2 (ces déformations étant opposées).
Bien entendu lorsque les masses M1, M2 sont déplacées suivant un même sens qui est opposé au sens de déplacement S10 illustré sur la , il en résulte une extension de la seconde pièce déformable P2 entre ses première et seconde parties et une compression de la première pièce déformable P1 entre ses première et seconde parties.
L’estimation de l’accélération courante se fait toujours en réalisant une mesure différentielle prenant en compte les déformations respectives des première et seconde pièces P1, P2.
Le premier système de guidage en translation G1 est ici formé par un premier ensemble de ressorts interposés entre la première masse M1 et le support Sp.
Le second système de guidage en translation G2 est ici formé par un second ensemble de ressorts interposés entre la seconde masse M2 et le support Sp.
Le second système de guidage G2 est également adapté à exercer des efforts élastiques de rappel de la seconde masse M2 vers une position de repos de la seconde masse M2 qui est fixe par rapport au support Sp.
Dans le mode de réalisation de l’accéléromètre 0 selon la , ladite masse mobile M1 est une première masse M1, ledit système de guidage en translation G1 de la première masse M1 est un premier système de guidage G1, ladite pièce déformable élastiquement est une première pièce déformable élastiquement P1, ladite barre 11 est une première barre 11.
Cet accéléromètre 0 comporte en outre :
- une seconde pièce déformable élastiquement P2 entre des première et seconde parties de la seconde pièce déformable P2 ;
- un troisième levier L3 pivotant autour d’un troisième point de pivot, le troisième levier L3 étant relié mécaniquement d’une part à la première masse M1 et d’autre part à la première partie de la seconde pièce déformable P2 de telle manière que le déplacement de la première masse M1 par rapport au support Sp suivant l’axe de mobilité X-X entraine un pivotement du troisième levier L3 autour du troisième point de pivot X3, un quatrième levier (L4) pivotant autour d’un quatrième point de pivot X4, le quatrième levier (L4) étant relié mécaniquement d’une part au support Sp et d’autre part à la seconde partie de la seconde pièce déformable P2.
Le troisième point de pivot X3 et le quatrième point de pivot X4 sont ici reliés l’un à l’autre par l’intermédiaire d’une seconde barre 12 (distincte du support Sp) de telle manière que lors dudit déplacement de la première masse M1 par rapport au support Sp lesdits troisième et quatrième leviers L3, L4 pivotent par rapport à la seconde barre 12 et génèrent un déplacement de la première partie de la seconde pièce déformable P2 par rapport à la seconde partie de la seconde pièce déformable P2.
Par ailleurs, les premier, deuxième, troisième et quatrième leviers L1, L2, L3, L4 sont ici agencés de manière que lorsque la première masse M1 se déplace dans un premier sens S10 le long de l’axe de mobilité X-X, il en résulte une extension de la première pièce déformable P1 entre ses première et seconde parties et une compression de la seconde pièce déformable P2 entre ses première et seconde parties.
Dans ce mode de réalisation, le troisième point de pivot X3 autour duquel pivote de troisième levier L3 est solidaire d’une première extrémité de la seconde barre 12 et le quatrième point de pivot X4 autour duquel pivote le quatrième levier L4 est solidaire d’une seconde extrémité de la seconde barre 12.
Cette seconde barre 12 est rigide relativement à la seconde pièce déformable P2 de manière que ce soit la seconde pièce déformable P2 qui se déforme lors du déplacement des masses vis-à-vis du support, la barre 12 conservant sa forme.
Les effets de déformation induits sur les première et seconde pièces déformables P1, P2 lors du déplacement de l’unique masse M1 par rapport au support Sp, suivant un sens donné de déplacement le long de l’axe de mobilité X-X (ici le sens S10), sont opposés, l’une des pièces déformables (ici la pièce P2) étant comprimée alors que l’autre des pièces déformables (ici la pièce P1) est étirée / étendue.
De même lorsque la masse M1 se déplace par rapport au support Sp dans un sens opposé au sens S10 le long de l’axe X-X alors la pièce déformable P1 est comprimée alors que la pièce déformable P2 est étirée / étendue.
Comme dans le mode de réalisation de la , le mode de réalisation de la permet d’estimer l’accélération courante subie par la première masse M1 (unique masse) en réalisant une mesure différentielle prenant en compte les déformations respectives de chacune des première et seconde pièces déformables P1, P2 (ces déformations étant opposées).
Dans chacun des modes de réalisation de l’accéléromètre selon l’invention, chaque barre rigide 11, 12 servant de pivot aux leviers est préférentiellement suspendue entre des leviers à l’écart de la / des masses et à l’écart du support ce qui permet de minimiser l’amplification des efforts thermomécaniques liées à des dilatations différentielles entre masse et support (sous gradient thermique).
Ainsi, la barre 11 est intégralement portée par les premier et deuxième leviers L1, L2 et est suspendue entre les premier et deuxième leviers L1, L2.
De même, la barre 12 est intégralement portée par les troisième et quatrième leviers L3, L4 et est suspendue entre ces troisième et quatrième leviers L3, L4.
Également, chaque pièce déformable P1, P2 est aussi suspendue par des leviers ce qui permet un découplage thermomécanique de chaque pièce déformable P1, P2 par rapport aux masses et au support.
Ainsi, la pièce déformable P1 est intégralement portée par les premier et deuxième leviers L1, L2 et elle est suspendue entre ces premier et deuxième leviers L1, L2.
De même, comme illustré sur les modes de réalisation des figures 2 à 4, la pièce déformable P2 est intégralement portée par les troisième et quatrième leviers L3, L4 et elle est suspendue entre ces troisième et quatrième leviers L3, L4.
Ce mode de suspension des pièces déformables et des barres permet un découplage thermomécanique limitant les variations de précision de mesure induites par des dilatations différentielles entre la masse M1 et le support générant des efforts sur les pièces déformables P1, P2.
La précision de l’accéléromètre 0 selon l’invention est ainsi stabilisée et moins affectée par les variations thermiques.
Comme on le constate sur les différentes figures 1 à 4, chacun des leviers L1, L2, L3, L4 est utilisé pour amplifier, par effet de levier, la contrainte, c’est à dire l’effort de déformation, appliqué sur chaque pièce déformable P1, P2.
A cet effet, le premier point de pivot X1 est éloigné d’un point de liaison mécanique entre la première masse M1 et le premier levier L1 d’une distance supérieure à une distance séparant le premier point de pivot X1 vis-à-vis d’un point de liaison mécanique entre la première partie de la première pièce déformable P1 et le premier levier L1.
De manière similaire, sur les modes de réalisation des figures 1 à 3, le second point de pivot X2 autour duquel pivote le deuxième levier L2 est éloigné d’un point de liaison mécanique entre le support Sp et le deuxième levier L2, d’une distance supérieure à une distance séparant le second point de pivot X2 vis-à-vis d’un point de liaison mécanique entre la seconde partie de la pièce déformable P1 et le deuxième levier L2.
Pour une masse donnée M1, M2 constante, l’usage de leviers L1, L2, L3, L4 amplifiant les efforts est utile pour augmenter de la sensibilité de l’accéléromètre.
Corrélativement, l’amplification des efforts à l’aide des leviers peut être utilisée pour réduire la masse / les masses mobiles M1, M2 tout en conservant une même sensibilité de la mesure d’accélération.
Il est à noter que le fait de minimiser la masse est utile pour miniaturiser et/ou alléger l’accéléromètre et/ou réduire la quantité de matière nécessaire à sa fabrication.
Sur les modes de réalisation des figures 2 à 3, ce même principe d’amplification d’effort est préférentiellement utilisé pour chaque levier donné de l’accéléromètre (voir en particulier les leviers L1, L2, L3, L4), de telle manière que :
- la distance entre le point de pivot du levier donné (c’est-à-dire le point de jonction de ce levier donné avec la barre correspondante vis-à-vis de laquelle pivote ce levier donné) et le point de jonction de ce levier donné avec la pièce déformable correspondante ; est toujours inférieure à
- la distance entre ce point de pivot du levier donné et le point de jonction de ce pivot donné avec, selon le cas, la masse correspondante M1, M2 ou le support Sp.
Comme on le constate sur les différents modes de réalisation illustrés aux figures 1 à 4, les premier et deuxième leviers L1, L2 sont orientés de manière que le déplacement de la première masse M1 par rapport au support Sp selon l’axe de mobilité X-X et suivant un premier sens de déplacement de la masse M1 entraîne une augmentation d’écartement entre lesdites première et seconde parties de la première pièce déformable P1.
Le déplacement relatif entre les première et seconde parties d’une pièce déformable influe directement sur des caractéristiques vibratoires de cette pièce déformable comme la fréquence d’un mode propre de résonance donné de la pièce déformable.
Dans chacun des modes de réalisation décrits de l’accéléromètre selon l’invention, l’accéléromètre est symétrique par rapport à un plan de symétrie principal comprenant l’axe de mobilité X-X.
Plus particulièrement, le premier levier L1 appartient à une paire de premiers leviers L1, L11 qui sont disposés de manière symétrique par rapport à l’axe de mobilité X-X.
Le deuxième levier L2 appartient à une paire de deuxièmes leviers L2, L21 qui sont disposés de manière symétrique par rapport à l’axe de mobilité X-X, les première et seconde parties de la pièce déformable P1 sont disposées sur l’axe de mobilité X-X.
Chaque levier de la paire de premiers leviers L1, L11 est monté pivotant par rapport à la première barre 11 en un point de pivot propre à chaque levier (X1 pour le levier L1).
Les points de pivots autour desquels pivotent les premiers leviers L1, L11 sont disposés de part et d’autre et à équidistance de l’axe de mobilité X-X.
De même, chaque deuxième levier de la paire de deuxièmes leviers L2, L21 est monté pivotant par rapport à la première barre 11 en un point de pivot propre à chaque levier L2, L21.
Les points de pivots autour desquels pivotent les deuxièmes leviers L2, L21 sont disposés de part et d’autre et à équidistance de l’axe de mobilité X-X.
Dans les modes de réalisation où l’invention comporte des troisième et quatrième leviers L3, L4, c’est-à-dire les modes des figures 2 et 3 :
- le troisième levier L3 appartient à une paire de troisièmes leviers L3, L31 qui sont disposés de manière symétrique par rapport à l’axe de mobilité X-X et le quatrième ; et
- le quatrième levier L4 appartient à une paire de quatrièmes leviers L4, L41 qui sont disposés de manière symétrique par rapport à l’axe de mobilité X-X, les première et seconde parties de la seconde pièce déformable P2 sont disposées sur l’axe de mobilité X-X.
Chaque levier de la paire de troisièmes leviers L3, L31 est monté pivotant par rapport à la seconde barre 12 en un point de pivot propre à chaque levier (X3 pour le levier L3).
Les points de pivots autour desquels pivotent les troisièmes leviers L3, L31 sont disposés de part et d’autre et à équidistance de l’axe de mobilité X-X.
De même, chacun des leviers de la paire de quatrièmes leviers L4, L41 est monté pivotant par rapport à la seconde barre 12 en un point de pivot X4 propre à chaque levier.
Les points de pivots autour desquels pivotent les quatrièmes leviers L4, L41 sont disposés de part et d’autre et à équidistance de l’axe de mobilité X-X.
Il est à noter que la distance des points de pivot d’une paire de leviers par rapport à l’axe de mobilité X-X peut être différente d’une paire de leviers à une autre paire de leviers.
Par exemple, dans le mode de réalisation illustré à la :
- les points de pivots autour desquels pivotent les premiers leviers L1, L11 vis-à-vis de la barre 11 sont respectivement éloignés de l’axe de mobilité X-X d’une première distance d’éloignement D1 ; alors que
- les points de pivots autour desquels pivotent les deuxièmes leviers L2, L21 vis-à-vis de la barre 11 sont respectivement éloignés de l’axe de mobilité X-X d’une deuxième distance d’éloignement D2, la deuxième distance d’éloignement D2 étant plusieurs fois supérieure à la première distance d’éloignement D1.
Ce mode est utile pour augmenter le gain d’amplification par les leviers et accessoirement d’améliorer la stabilité de positionnement des premiers et deuxièmes leviers L1, L11, L2, L21 de part et d’autre de l’axe de mobilité X-X.
De ce fait, l’accéléromètre 0 est plus résistant à des chocs transversaux par rapport à l’axe de mobilité X-X.
La illustre une moitié seulement de l’accéléromètre 0, cet accéléromètre ayant une symétrie par rapport au plan Y-Y qui est perpendiculaire à l’axe de mobilité X-X.
Afin d’augmenter le gain d’amplification par les leviers et améliorer la stabilité de l’accéléromètre face à des chocs latéraux, la distance des points de pivots des leviers de la troisième paire de leviers vis-à-vis de l’axe de mobilité X-X est préférentiellement bien inférieure à la distance entre les points de pivot des leviers de la quatrième paire de leviers vis-à-vis de l’axe de mobilité X-X.
Pour revenir au mode particulier illustré à la , la première masse M1 est évidée en son centre, les leviers L1, L2, L3, L4 et les pièces déformables P1, P2 sont placés dans l’évidement de cette première masse M1.
Une portion centrale Sp0 du support Sp s’étend dans l’évidement de la première masse P1, les deuxième et quatrième leviers L2, L4 sont reliés mécaniquement au support Sp via cette même portion centrale Sp0 du support.
Plus précisément, la portion centrale Sp0 du support Sp s’étend entre les deuxième et quatrième leviers L2, L4, la liaison mécanique entre le deuxième levier L2 et le support Sp étant réalisée sur un côté de la portion centrale Sp0 alors que la liaison mécanique entre le quatrième levier L4 et le support Sp est réalisée sur l’autre côté de la portion centrale Sp0.
En référence aux figures 5 à 10, nous allons maintenant décrire, différents moyens de mesure de l’accéléromètre selon l’invention mis en œuvre pour mesurer des caractéristiques des pièces déformables P1 et/ou P2 qui varient en fonction de l’accélération, ces caractéristiques étant ainsi utilisées pour en déduire une valeur d’accélération courante appliquée à l’accéléromètre 0 selon l’axe X-X.
A cette fin, l’accéléromètre comprend un dispositif électronique UC agencé pour mesurer au moins une caractéristique physique propre à chacune des pièces déformables P1, P2 et variable en fonction de la déformation de la pièce déformable P1, P2 concernée.
Ainsi dans les modes particuliers où l’accéléromètre comporte deux pièces déformables P1, P2 (figures 2 et 3), le dispositif électronique UC mesure une première caractéristique physique de la première pièce déformable P1 et une seconde caractéristique physique de la seconde pièce déformable P2, chacune de ces caractéristiques physiques variant en fonction des déformations respectives de chaque pièce déformable P1, P2.
Le dispositif électronique UC détermine une valeur courante d’accélération en fonction de la mesure de la première caractéristique physique et, dans les modes comportant deux pièces déformables, en fonction de la mesure des ladite seconde caractéristique physique propre à la pièce P2.
Le dispositif électronique UC délivre un signal S1 de mesure représentatif de ladite valeur courante d’accélération subie par la masse, ce signal S1 étant déterminé en fonction des caractéristiques physiques mesurées sur la ou les pièces déformables P1, P2.
Dans le cas présent, chaque pièce déformable P1, P2 est un résonateur comportant des première et seconde branches agencées de manière que la mise en vibration de l’une des première ou seconde branches entraîne la mise en vibration de l’autre des première ou seconde branches.
Le fait d’avoir un résonateur à deux branches permet d’avoir une relation vibratoire entre les deux branches qui est utile pour évaluer une valeur d’accélération courante en fonction de vibrations mesurées sur l’une au moins des branches.
La première caractéristique physique de la première pièce déformable P1 qui est mesurée par le dispositif électronique UC est préférentiellement une caractéristique vibratoire courante de l’une au moins desdites première ou seconde branches.
De même, la seconde caractéristique physique mesurée de la seconde pièce déformable P2 est préférentiellement une caractéristique vibratoire courante de l’une au moins desdites première ou seconde branches.
Préférentiellement, comme illustré sur la , le dispositif électronique UC :
- génère un signal d’excitation Se pour entretenir / induire une vibration sur la pièce déformable ; et
- détermine la valeur courante d’accélération en fonction du signal d’excitation Se et d’un signal de détection Sd représentatif de la mesure de la première caractéristique physique et/ou de la mesure de la seconde caractéristique physique réalisée par le dispositif électronique UC.
Comme on le comprend des figures 5 à 10, l’accéléromètre comporte pour chaque pièce déformable donnée P1, P2 :
- une première électrode E1 placée en vis-à-vis de la première branche de la pièce déformable donnée ; et
- une deuxième électrode E2 placée en vis-à-vis de la seconde branche de la pièce déformable donnée P1, P2.
Le dispositif électronique UC est électriquement relié à chaque pièce déformable donnée P1, P2 et à chacune desdites première et deuxième électrodes E1, E2 associées à la pièce déformable donnée P1, P2.
La liaison électrique entre le dispositif électronique et chaque pièce déformable P1, P2 peut être réalisée via le support Sp et les leviers qui sont électriquement conducteurs (idéalement l’ensemble des masses M1, M2, support Sp, leviers L1, L2, L3, L4, barres 11, 12 et pièces déformables 11, 12 sont conducteurs électriquement et sont à une même tension de polarisation continue V0 vis-à-vis des électrodes d’excitation E1 à laquelle s’ajoute une composante alternative).
La liaison électrique du dispositif électronique UC avec les électrodes E1, E2 est agencée pour :
- d’une part appliquer ledit signal d’excitation Se entre l’une des première ou deuxième électrodes E1, E2 et la pièce déformable donnée, ce signal d’excitation Se consistant en une variation de potentiel électrique ; et pour
- d’autre part générer ledit signal de détection Sd en fonction d’une variation de charge capacitive mesurée entre l’autre desdites première ou deuxième électrodes E1, E2 et la pièce déformable donnée.
Le signal de détection Sd est en réalité la variation de charge capacitive (ou le courant modulé qui dépend de la variation de charge capacitive) sous l’effet de la variation de capacité induite par la déformation de la branche de la pièce déformable P1 qui est un résonateur de type diapason. Préférentiellement, cette mesure de variation de charge capacitive est faite à différence de potentiel fixe entre l’une des première ou deuxième électrodes E1, E2 et la pièce déformable donnée.
Dans le cas présent, le signal d’excitation Se est une différence de potentiel électrique appliquée entre la pièce déformable P1 (qui est en un matériau conducteur électriquement) et l’électrode E1 correspondante, la pièce déformable P1 ayant une polarisation continue, le potentiel de l’électrode E1 étant constitué :
- d’une composante continue (Vmot) qui peut être nulle ; et
- d’une composante alternative qui est à une fréquence préférentiellement égale à celle d’un mode propre du résonateur, dit mode utile.
En ce sens, la pièce déformable P1 est maintenue à un potentiel continu, la première électrode E1 ayant un potentiel de première électrode et la seconde E2 ayant un potentiel de deuxième électrode.
La différence de potentiel entre une des branches de la pièce déformable P1 de type résonateur et l’électrode E1 en vis-à-vis de cette branche donnée permet de générer une force électrostatique qui met en vibration les branches du résonateur à la fréquence propre du mode utile.
Les branches de la pièce déformable se mettent en vibration par couplage mécanique / vibratoire entre ces branches.
Chaque deuxième électrode de détection E2 placée en vis-à-vis d’une seconde branche d’une pièce déformable donnée P1, P2 est utilisée pour générer un signal de détection Sd représentatif de caractéristiques vibratoires de la pièce déformable donnée P1, P2. Selon le cas, le signal de détection Sd généré est un signal de mesure ou un signal généré en fonction du signal de mesure.
Chaque signal de détection donné Sd est constitué d’une composante de courant alternatif idetobtenue par détection capacitive entre la deuxième électrode de détection E2 correspondante et la pièce déformable correspondante P1, P2.
En pratique, la composante de potentiel électrique continu Vdetest nulle.
L’électrode de détection E2 peut être directement reliée à l’entrée d’un amplificateur de charge du dispositif électronique UC et une composante de potentiel électrique continu Vdet peut être appliquée à la deuxième électrode de détection E2 correspondante. Cette composante de potentiel électrique continu Vdet peut être nulle.
En résumé, dans ces modes de réalisation, la valeur courante d’accélération est déterminée par le dispositif électronique UC en fonction :
- du signal de détection Sd (qui varie en fonction des caractéristiques vibratoires courantes de chaque pièce déformable donnée 11, 12) ; et
- du signal d’excitation Se (qui est connu et qui génère des vibrations directement sur l’une des branches du résonateur et indirectement sur l’autre des branches du résonateur (par couplage vibratoire).
L’accéléromètre selon l’invention est préférentiellement un microsystème électromécanique (MEMS) tel que le support Sp, la ou les masses mobiles M1, M2, les leviers L1, L2, L3, L4, la ou les barres 11, 12 et éventuellement la ou les pièces déformables élastiquement P1, P2 sont obtenus :
- par fabrication additive ; et/ou
- par enlèvement de matière à partir d’un bloc de matériau (par exemple par gravure).
Préférentiellement, la ou les pièces déformables élastiquement P1, P2 et éventuellement la ou les électrodes E1, E2 sont obtenues à partir d’un ou plusieurs blocs de matériau(x) semi-conducteur(s).
Préférentiellement, l’accéléromètre 0 est réalisé à partir d’un empilement de 3 couches (2 couches de Silicium séparées par une couche de dioxyde de silicium qui forme une couche intermédiaire de l’empilement). On appelle cet empilement « SOI – Silicon On Insulator ». Ceci permet une isolation électrique entre les branches de résonateur et les électrodes.
Plus précisément, des parties fixes de l’accéléromètre qui comprennent les électrodes et des parties du support sont formées dans des portions de la couche supérieure de silicium qui sont respectivement reliées à la couche inférieure de silicium de l’empilement par l’intermédiaire de portions de la couche de dioxyde de silicium (couche intermédiaire de l’empilement).
La couche inférieure de silicium forme un substrat appartenant au support.
La couche de dioxyde de silicium de l’empilement est gravée en regard de toutes les parties mobiles par rapport au support, c’est-à-dire en regard de chaque masse, de chaque levier, de chaque barre, de chaque pièce déformable P1, P2, et chaque système de guidage en translation G1, G2, ces parties mobiles étant ainsi réalisées uniquement dans la couche supérieure de silicium de l’empilement.
La gravure de la couche de dioxyde de silicium est réalisée de manière à garantir une mobilité des parties mobiles de l’accéléromètre par rapport à la couche inférieure de silicium qui est fixe et qui supporte toutes les parties fixes de l’accéléromètre.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
En particulier, le signal d’excitation Se et/ou le signal de détection Sd pourraient être délivrés par des transducteurs comme un ou plusieurs transducteurs piézoélectriques.
Dans ce cas, chaque transducteur serait individuellement couplé avec une pièce déformable associée (P1, P2) pour la mettre en vibration.
De même, les leviers utilisés pour amplifier les efforts pourraient présenter des élasticités en flexion pour former des ressorts de découplage.
Dans les modes de réalisation où l’accéléromètre comporte deux masses mobiles, ces masses pourraient être reliées entre elles par des ressorts de couplage entre les masses.
La caractéristique physique mesurée d’une pièce déformable donnée est mesurée avec l’un quelconque des moyens de mesure illustrés sur les figures 5 à 10.
Dans les modes de réalisation où l’accéléromètre comporte deux pièces déformables, on fait préférentiellement en sorte d’utiliser des premiers moyens de mesure pour la première pièce déformable conformes à l’une quelconque des figures 5 à 10 et des seconds moyens de mesure pour la seconde pièce déformable conformes à l’une quelconque des figures 5 à 10, les premiers et seconds moyens de mesure étant préférentiellement identiques entre eux.

Claims (14)

  1. Accéléromètre (0) comprenant :
    - un support (Sp) ;
    - une masse mobile (M1) par rapport au support (Sp) ;
    - un système de guidage en translation (G1) de la masse (M1) par rapport au support (Sp) selon un axe de mobilité (X-X) de la masse (M1) par rapport au support (Sp) ;
    - une pièce déformable élastiquement (P1) entre des première et seconde parties de la pièce déformable ; et
    - un premier levier (L1) pivotant autour d’un premier point de pivot (X1), le premier levier (L1) étant relié mécaniquement d’une part à la masse (M1) et d’autre part à la première partie de la pièce déformable (P1) de telle manière que le déplacement de la masse (M1) par rapport au support (Sp) suivant l’axe de mobilité (X-X) entraine un pivotement du premier levier (L1) autour du premier point de pivot (X1), caractérisé en ce que l’accéléromètre (0) comporte un deuxième levier (L2) pivotant autour d’un second point de pivot (X2), le deuxième levier étant relié mécaniquement d’une part au support et d’autre part à la seconde partie de la pièce déformable, le premier point de pivot et le second point de pivot étant reliés l’un à l’autre par l’intermédiaire d’une barre (11) de telle manière que lors dudit déplacement de la masse par rapport au support, lesdits premier et deuxième leviers pivotent par rapport à la barre et génèrent un déplacement de la première partie de la pièce déformable par rapport à la seconde partie de la pièce déformable.
  2. Accéléromètre (0) selon la revendication 1, dans lequel le système de guidage (G1) est adapté à exercer des efforts élastiques de rappel de la masse (M1) vers une position de repos de la masse (M1).
  3. Accéléromètre (0) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la pièce déformable (P1) est intégralement portée par les premier et deuxième leviers (L1, L2) et suspendue entre les premier et deuxième leviers (L1, L2).
  4. Accéléromètre (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la barre (11) est intégralement portée par les premier et deuxième leviers (L1, L2) et suspendue entre les premier et deuxième leviers (L1, L2).
  5. Accéléromètre (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier point de pivot (X1) autour duquel pivote le premier levier (L1) est éloigné d’un point de liaison mécanique entre la masse (M1) et le premier levier (L1) d’une distance supérieure à une distance séparant le premier point de pivot (X1) vis-à-vis d’un point de liaison mécanique entre la première partie de la pièce déformable (P1) et le premier levier (L1).
  6. Accéléromètre (0) selon la revendication 5, dans lequel le second point de pivot (X2) autour duquel pivote le deuxième levier (L2) est éloigné d’un point de liaison mécanique entre le support (Sp) et le deuxième levier (L2) d’une distance supérieure à une distance séparant le second point de pivot (X2) vis-à-vis d’un point de liaison mécanique entre la seconde partie de la pièce déformable (P1) et le deuxième levier (L2).
  7. Accéléromètre (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les premier et deuxième leviers (L1, L2) sont orientés de manière que le déplacement de la masse (M1) par rapport au support (Sp) selon l’axe de mobilité (X-X) et suivant un premier sens de déplacement de la masse (M1) entraîne une augmentation d’écartement entre lesdites première et seconde parties de la pièce déformable (P1).
  8. Accéléromètre (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un dispositif électronique (UC) agencé pour d’une part mesurer au moins une première caractéristique physique de la pièce déformable (P1) variant en fonction de la déformation de la pièce déformable (P1) entre lesdites première et seconde parties et pour d’autre part déterminer une valeur courante d’accélération subie par la masse mobile (M1) selon l’axe de mobilité (X-X) en fonction de la mesure de ladite première caractéristique physique de la pièce déformable (P1).
  9. Accéléromètre (0) selon la revendication 8, dans lequel la pièce déformable est un résonateur, ladite première caractéristique physique de la pièce déformable mesurée par le dispositif électronique (UC) est une caractéristique vibratoire courante du résonateur et dans lequel le dispositif électronique (UC) est agencé pour générer un signal d’excitation (Se) pour induire une vibration sur la pièce déformable, le dispositif électronique étant agencé pour que ladite détermination de la valeur courante d’accélération soit fonction du signal d’excitation (Se) et d’un signal de détection (Sd) représentatif de la mesure de la première caractéristique physique par le dispositif électronique (UC).
  10. Accéléromètre (0) selon la revendication 9, dans lequel le résonateur comporte des première et seconde branches agencées de manière que la mise en vibration de l’une des première ou seconde branches entraîne la mise en vibration de l’autre des première ou seconde branches, une première électrode (E1) placée en vis-à-vis de la première branche et une deuxième électrode (E2) placée en vis-à-vis de la seconde branche, le dispositif électronique (UC) étant électriquement relié à ladite pièce déformable et à chacune desdites première et deuxième électrodes (E1, E2) de manière à :
    - d’une part appliquer ledit signal d’excitation (Se) entre l’une des première ou deuxième électrodes (E1, E2) et la pièce déformable, ce signal d’excitation (Se) consistant en une variation de potentiel électrique ; et
    - d’autre part générer ledit signal de détection (Sd) en fonction d’une variation de charge capacitive mesurée entre l’autre desdites première ou deuxième électrodes (E1, E2) et la pièce déformable.
  11. Accéléromètre (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ladite masse mobile (M1) est une première masse (M1), ledit système de guidage (G1) en translation de la première masse (M1) est un premier système de guidage (G1), ladite pièce déformable élastiquement (P1) est une première pièce déformable élastiquement (P1), ladite barre est une première barre (11), l’accéléromètre comportant en outre :
    - une seconde masse mobile (M2) par rapport au support (Sp) ;
    - un second système de guidage en translation (G2) de la seconde masse (M2) par rapport au support (Sp) selon ledit axe de mobilité (X-X) par rapport au support (Sp) ;
    - une seconde pièce (P2) déformable élastiquement entre des première et seconde parties de la seconde pièce déformable (P2) ;
    - un troisième levier (L3) pivotant autour d’un troisième point de pivot (X3), le troisième levier (L3) étant relié mécaniquement d’une part à la seconde masse (M2) et d’autre part à la première partie de la seconde pièce déformable (P2) de telle manière que le déplacement de la seconde masse (M2) par rapport au support (Sp) suivant l’axe de mobilité (X-X) entraine un pivotement du troisième levier (L3) autour du troisième point de pivot (X3) ;
    - un quatrième levier (L4) pivotant autour d’un quatrième point de pivot (X4), le quatrième levier (L4) étant relié mécaniquement d’une part au support (Sp) et d’autre part à la seconde partie de la seconde pièce déformable (P2), le troisième point de pivot (X3) et le quatrième point de pivot (X4) étant reliés l’un à l’autre par l’intermédiaire d’une seconde barre (12) de telle manière que lors dudit déplacement de la seconde masse (M2) par rapport au support (Sp) lesdits troisième et quatrième leviers (L3, L4) pivotent par rapport à la seconde barre (12) et génèrent un déplacement de la première partie de la seconde pièce déformable (P2) par rapport à la seconde partie de la seconde pièce déformable (P2), les premier, deuxième, troisième et quatrième leviers (L1, L2, L3, L4) étant agencés de manière que lorsque les première et seconde masses (M1, M2) se déplacent dans un même sens le long de l’axe de mobilité (X-X), il en résulte une compression de la première pièce déformable (P1) entre ses première et seconde parties et une extension de la seconde pièce déformable (P2) entre ses première et seconde parties.
  12. Accéléromètre (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le premier levier (L1) appartient à une paire de premiers leviers (L1, L11) qui sont disposés de manière symétrique par rapport à l’axe de mobilité (X-X), le deuxième levier (L2) appartient à une paire de deuxièmes leviers (L2, L21) qui sont disposés de manière symétrique par rapport à l’axe de mobilité (X-X), les première et seconde parties de la pièce déformable (P1) étant disposées sur l’axe de mobilité (X-X),
    - chaque levier de la paire de premiers leviers (L1, L11) est monté pivotant par rapport à la barre (11) en un point de pivot qui lui est propre, les points de pivots autour desquels pivotent les premiers leviers (L1, L11) étant disposés de part et d’autre et à équidistance de l’axe de mobilité (X-X),
    - chaque deuxième levier de la paire de deuxièmes leviers (L2, L21) est monté pivotant par rapport à la barre (11) en un point de pivot qui lui est propre, les points de pivots autour desquels pivotent les deuxièmes leviers (L2, L21) étant disposés de part et d’autre et à équidistance de l’axe de mobilité (X-X).
  13. Accéléromètre (0) selon la revendication 12, dans lequel :
    - les points de pivots autour desquels pivotent les premiers leviers (L1, L11) vis-à-vis de la barre (11) sont respectivement éloignés de l’axe de mobilité (X-X) d’une première distance d’éloignement (D1) ; et
    - les points de pivots autour desquels pivotent les deuxièmes leviers (L2, L21) vis-à-vis de la barre (11) sont respectivement éloignés de l’axe de mobilité (X-X) d’une deuxième distance d’éloignement (D2), la deuxième distance d’éloignement (D2) étant plusieurs fois supérieure à la première distance d’éloignement (D1).
  14. Accéléromètre (0) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ladite masse mobile (M1) est une première masse (M1), ledit système de guidage en translation (G1) de la première masse (M1) est un premier système de guidage (G1), ladite pièce déformable élastiquement est une première pièce déformable élastiquement (P1), ladite barre (11) est une première barre (11), l’accéléromètre (0) comportant en outre :
    - une seconde pièce déformable élastiquement (P2) entre des première et seconde parties de la seconde pièce déformable (P2) ;
    - un troisième levier (L3) pivotant autour d’un troisième point de pivot (X3), le troisième levier (L3) étant relié mécaniquement d’une part à la première masse (M1) et d’autre part à la première partie de la seconde pièce déformable (P2) de telle manière que le déplacement de la première masse (M1) par rapport au support (Sp) suivant l’axe de mobilité (X-X) entraine un pivotement du troisième levier (L3) autour du troisième point de pivot (X3), un quatrième levier (L4) pivotant autour d’un quatrième point de pivot (X4), le quatrième levier (L4) étant relié mécaniquement d’une part au support (Sp) et d’autre part à la seconde partie de la seconde pièce déformable (P2),
    le troisième point de pivot (X3) et le quatrième point de pivot (X4) étant reliés l’un à l’autre par l’intermédiaire d’une seconde barre (12) de telle manière que lors dudit déplacement de la première masse (M1) par rapport au support (Sp) lesdits troisième et quatrième leviers (L3, L4) pivotent par rapport à la seconde barre (12) et génèrent un déplacement de la première partie de la seconde pièce déformable (P2) par rapport à la seconde partie de la seconde pièce déformable (P2), les premier, deuxième, troisième et quatrième leviers (L1, L2, L3, L4) étant agencés de manière que lorsque la première masse (M1) se déplace dans un sens le long de l’axe de mobilité (X-X), il en résulte une compression de la première pièce déformable (P1) entre ses première et seconde parties et une extension de la seconde pièce déformable (P2) entre ses première et seconde parties.
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