Brevet FR2034926A1 — publié le 19701218

On emploie dans l'industrie de la sisràique de nombreux types de sismomètres pour détecter les ondes sismiques. Le sismomètre le plus courant actuellement utilisé comprend un ensemble de bobinages et un ensemble d'aimant. L'ensemble d'aimant est fixé 5 rigidement dans un boîtier par rapport à la terre. L'ensemble de bobinages est suspendu dans le boîtier par une paire de supports à ressort en forme de croisillons. Les vibrations de la terre sont transmises à l'ensemble de bobinages. Le déplacement des bobinages dans un entrefer cylindrique où règne un champ 10 magnétique produit dans les bobinages un signal qui est proportionnel à la vitesse de déplacement de l'ensemble de bobinages. On demande aux sismomètres modernes d'être de dimensions relativement faibles, robustes, peu coûteux et pourtant'd'assurer une faible distorsion de signaux. Toutefois, des géophones de 15 dimensions relativement faibles nécessitent pour leur montage une main-d'oeuvre relativement qualifiée et doivent obligatoirement avoir recours à des dispositifs de suspension assez fragiles qui peuvent causer des pannes fréquentes pendant les opérations sur le terrain. 20 Selon un aspect de l'invention, les divers éléments dans le sismomètre sont agencés de façon à être empilés les uns dans les autres, en évitant ainsi la nécessité de jonctions soudées et de conducteurs électriques. Les conducteurs ont tendance à se rompre dans les conditions d'emploi sur le terrain et à introduire des 25 caractéristiques de résonance parasites. Selon un autre aspect de l'invention, en disposant symétriquement les composants empilés et e.n maintenant les diverses surfaces de contact électrique dans un état de précontrainte, on obtient une meilleure linéarité des signaux de sortie dans un large 30 intervalle de fréquences. En conséquence, le sismomètre de l'invention assure un haut degré de linéarité,_un faible contenu d'harmoniques, un montage simplifié, un fonctionnement sûr dans l'emploi sur le terrain, et un faible coût de fabrication. 35 Selon un autre aspect important de l'invention, la manière de fixer les supports élastiques en forme de croisillons sur l'ensemble de bobinages prolong* d'une manière importante la vie utile des ressorts, et assure une amélioration de l'isolement électrique de l'ensemble d'aimant. La fixation des ressorts est AO réalisée par une paire de bagues élastiques de retenue, chaque 69 37945 2 2034926 bague comportant de préférence une rainure biseautée permettant ainsi de s'accommoder des variations accumulées des tolérances d'épaisseur et d'exercer une pression de retenue continuelle sur les pièces retenues. 5 On comprendra mieux les principes de la présente invention à la lecture de la description détaillée suivante-, de l'invention, considérée en liaison avec les dessins annexés représentant à titre illustratif mais nullement limitatif un mode de réalisation de l'invention, et sur lesquels : 10 La figure 1 est une vue an coupe transversale d'un mode de réalisation préféré du sismomètre construit selon la présente invention; la figure 2 est une vue à grande échelle de la partie supérieure du sismomètre montré sur la figure 1; 15 la figure 3 est une vue de dessus selon les lignes 3-3 de la figure 1 ; les figures 4-A et 4B sont des vues en coupe.transversale des ressorts à l'état relâché et à l'état chargé; la figure 5 est une vue de détail en coupe transversale de 20 la bague élastique de retenue et des éléments retenus par cette bague; la figure 6 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 6-6 de la figure 2; .. . la figure. 7 est une vue en coupe transversale suivant la 25 ' ligne 7-7 de la figure 2; la figure 8 est une vue en élévation de l'ensemble de bobinages; la figure 9 est une vue en coupe transversale, suivant la ligne 9-9 de la figure 8, et 30 la 'figure 10 est une vue à trois dimensions d'un élément de contact à ressort. Sur toutes les figures des numéros de référence identiques désignent des pièces identiques. Pour faciliter l'explication et tirer partie de la symétrie, la deuxième pièce de chaque paire 35 est désignée par le même numéro de référence-suivant d'un accent ('). ' ' L'ensemble de bobinages, désigné d'une manière générale par la référence 10, comprend un boîtier cylindrique d'une seule pièce 12 ayant une paroi mince pourvue d'épaulements s'étendant radia-40 lement pour permettre d'installer deux bobinages 14 - 1V, chaque 69 37945 2034926 bobinage comportant un certain nombre de spires de fil métallique isolé. Le corps du cylindre 12 est en aluminium anodisé. Les extrémités du cylindre 12 sont munies d'épaulements 16-16' s'éten-dant radialement au voisinage desquels sont également prévus des 5 épaulements 18—18' qui s'étendent plus loin dans la direction radiale quçdes épaulements 16-161. Les épaulements 18-18' supportent les dispositifs élastiques de retenue 100-100'. L'ensemble 10 est suspendu de manière élastique à partir de deux supports élastiques 20-20' en forme de croisillons. Le res-10 sort 20 a une ouverture centrale 22 et trois échancrures 24 disposées symétriquement comme on le voit en particulier sur la figure 3. Les ressorts 20-20' sont typiquement faits en cuivre au béryllium et les échancrures 24 sont réalisées par attaque à l'acide d'une manière classique. Les ressorts sont préformés (figure 15 4) de façon que le bord extérieur 26 se trouve dans un plan situé au-dessus du plan contenant le bord intérieur 28. Quand la masse de l'ensemble de bobinages 10 est suspendue, les ressorts 20-20' deviennent sensiblement plats, comme on le voit en particulier sur les figures 4A et 4B. 20 II est prévu, pour faire contact électrique avec les bobinages un contact de bobinage supérieur 30 et un contact de bobinage inférieur 30'. Le contact 30 présente une partie annulaire 32 et une patte 3^ s'étendant vers le haut (figure 10). Le contact 30 est collé en 31 sur l'épaulement 16 du boîtier 12.des bobinages. 25 La patte 34' du contact 30' s'appuie à l'intérieur d'un évidement 36' ménagé dans la paroi extérieure du boitier 12. Le contact de bobinage supérieur 30 a sa patte 34 qui s'étend à l'intérieur d'un évidement 36 ménagé dans la paroi extérieure du boîtier 12. Un conducteur sortant du bobinage 14 est connecté à la patte 3^ 30 par le conducteur 40. Un conducteur sortant du bobinage 14' est connecté à la patte 34' par un conducteur 40'. Les conducteurs restants des bobinages 14-14' sont interconnectés à la jonction 42. L'ensemble fixe d'aimant, désigné d'une manière générale par la référence 50, comprend un cylindre extérieur creux en fer 35 52, fermé à sa partie supérieure et à sa partie inférieure par des plaques de fermeture non magnétiques 54-54'. Des bagues d'é-tanchéité 56-56' ferment hermétiquement l'ensemble de bobinages intérieur 10 à l'intérieur du boîtier 52. Les plaques 54-54' servent d'éléments de support et aussi d'éléments de centrage. !,« Une colonne isolante de centrage inférieure 60' est supportée 69 37945 4 2034926 par la plaque 54'. Une bague isolante de centrage 60 est supportée par la plaque 54. Un contact de ressort inférieur 62' est isolé de la plaque 54' par une rondelle non conductrice 64'. Un contact de ressort supérieur 62 fait contact avec la languette intérieure 5 28 du ressort 20. Le champ magnétique est établi par un aimant permanent 70 combiné avec des pièces polaires supérieure et inférieure 72-72', dont chacune a une section transversale en forme de Z pour maintenir centré l'aimant 70 dansle boîtier 52. Une bague de centrage 10 inférieure isolante 76,comportant un évidement central 78, est destinée à recevoir la protubérance centrale inférieure 80 du contact de ressort 62 dont la protubérance centrale supérieure 82 s'ajuste dans une ouverture de la bague de centrage supérieure 60. Une rondelle de contact conductrice 84 ayant une patte 86 s'éten-15 dant axialement est ajustée dans une borne extérieure 88. Le contact 84 repose sur la pièce polaire de dessus 72. Un autre contact 90 ayant une patte 92 s'étendant axialement est ajusté dans l'autre borne extérieure 88'. Les contacts 84 et 90 sont isolés l'un de l'autre par la bague de centrage j6. Les bornes de sortie 88-86' 20 sont isolées l'une de l'autre électriquement par une couche de résine époxy 89. Le circuit électrique peut être jalonné par les éléments suivants : 88', 90, 62, 20, 30, 34, 40, 14, 42, 14', 40', 34', 30', 20', 62», 70, 72, 84 et 88. 25 On se rendra compte, d'après la description donnée jus présent, que les divers composants entrant dans la construction de l'ensemble de bobinages 10 et de l'ensemble d'aimant 50 sont ajustés à force et empilés les uns dans les autres-et de ce fait nécessitent le minimum de temps de montage par une main-d'oeuvre 30 relativement peu qualifiée. La conception présente également des avantages de fonctionnement importants dont on décrira quelques-uns. Un avantage important de l'invention est qu'elle fournit des contacts dé pression excellents entre les ressorts et leurs 35 contacts respectifs. Ainsi, la languette intérieure 28' du ressort inférieur 20' repose sur un épaulement plat 63' du contact inférieur 62'. -Etant donné que le ressort 20' est préformé de façon à ce que la languette extérieure 26' fasse saillie au-dessus de la languette intérieure 28', le poids de l'ensemble de bobinages 40 10 comprime le ressort qui devient ainsi aplati, et ce faisant 69 37945 5 2034926 10 15 20 presse la languette intérieure 28' contre le contact d'épaulement 63'. Par suite, après un usage intensif la force de compression du ressort maintient continuellement un excellent contact entre le ressort 20' et son contact apparié 62'. Etant donné que l'agencement est symétrique, des considérations analogues montrent que la languette intérieure 28 du ressort 20 est forcée continuellement contre l'épaulement 63 du contact supérieur 62, par la contrainte régnant dans le ressort préformé 20. En se reportant maintenant à la figure 5, on verra que la languette extérieure ou bord extérieur 26 du ressort 20, est groupée avec le contact de bobinage 30, et l'épaulement 16 du corps de bobinages 12. On désire bien entendu maintenir un contact électrique continuel et excellent entre la languette 26 et le contact 30., :et pourtant permettre une rotation relative entre les deux, de façon à empêcher un ou plusieurs des bras du ressort 20, bras qui ont été formés par attaque à l'acide des échancrures, de se rompre,ce qii constitue une panne fréquente dans les sismomètres de la technique antérieure. On y parvient selon l'invention, grâce à la bague de retenue 100 du ressort supérieur et à la bague de retenue 100' du ressort inférieur. Les bagues de retenue 100-100' dans le mode de réalisation préféré de l'invention doivent aussi servir d'isolants pour empêcher les ressorts d'être court-circuités soit par la plaque de fermeture supérieure 54, soit par la plaque de fermeture infé-25 rieure 54'. Chaque bague de retenue 100 présente un épaulement plat 102, une paroi verticale 104, et un épaulement biseauté 106. Les parois 102, 104 et 106 forment ainsi une rainure biseautée. La bague de retenue de ressort inférieur 100' a une forme identique. On se rendra .compte que, même avec des tolérances de fabrica-50 tion étroites, l'épaisseur des trois pièces 26, 30 et 16 qui sont prises en sandwich, pourra varier. Par exemple, si les tolérances sont toutes "positives", l'épaisseur combinée de ces trois éléments les amènera, sur la paroi biseautée 106 en un point 108.. D'un autre côté, si les tolérances étaient "négatives " l'épaisseur çombinée des trois éléments viendrait en contact avec la pente 106 en un point 110 au-dessuçâu point 108,.Ainsi même avec des tolérances de • fabrication dans les conditions les plus défavorables pendant le montage, le boîtier 12 des bobinages coulissera entre les points 108 et 110 et permettra à la paroi biseautée 106 d'exercer une for-ce ascendante F contre l'épaulement 16, maintenant ainsi un excel35 69 37945 6 2034926 lent contact électrique entre la languette extérieure 26 et le contact 30 de bobinage. La bague élastique de retenue 100 peut être fabriquée d'une manière peu coûteuse à l'aide d'un moule. Un autre avantage qu'on recueille en employant la bague 100 est 5 qu'elle sert de pare-chocs pour préserver le boîtier 12 des bobinages d'être endommagé quand il vient frapper pendant ses déplacements extrêmes soit contre la plaque de fermeture supérieure 5^, soit contre la plaque inférieure 54'. La pièce polaire 72' est attirée par l'aimant 70, ce qui laisse un jeu faible entre 28' co et 72', comme le montre la figure -1, pour faciliter la rotation relative entre le ressort 20' et le contact 30'- En fonctionnement, l'ensemble de bobinages 10 constitue l'élément d'inertie du sismomètre et est suspendu par. les ressorts 20-20' dans l'entrefer cylindrique d'air fourni par l'ensemble 15 d'aimant 50. La vibration provoque un déplacement relatif entre l'ensemble de bobinages 10 et l'ensemble d'aimant 50, ce qui engendre dans les bobinages 14-14' une tension qui apparaît aux bornes de sortie 88-88'. Le choix des ressorts leur épaisseur, leur poids, ainsi que d'autre conditions de conception, sont des 20 choses bien connues dans la technique. En employant les principes de la construction que l'on vient de décrire, on a réalisé un sismomètre qui a un diamètre de 31,75 mm, une hauteur de 33>53 mm* une masse de l'ensemble de bobinages de 6,15 grammes, et un poids total du sismomètre de 110 25 grammes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté et peut recevoir diverses variantes rentrant dans l'esprit et la portée de l'invention. 69 37945 7 2034926 REVENDICATIONS 1 - Sismomètre comprenant un ensemble cylindrique de bobinages, suspendu pour se déplacer axialement dans un champ magnétique par une paire de ressorts en forme de croisillons, les ressorts 5 assurant également une continuité électrique à travers les bobinages de l'ensemble au moyen d'un conducteur d'amenée extérieur fixé sur l'ensemble, le sismomètre étant caractérisé par : une paire d'éléments de serrage élastique (100-100'), chaque élément de serrage élastique maintenant la bordure (26-26') d'un ressort distinct parmi 10 les ressorts(20, 20')en contact électrique coulissant avec le conducteur d'amenée(30 ou 30'). 2 - Sismomètre selnn'la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque élément de serrage est constitué par une bague isolante comportant une rainure intérieure limitée par une paroi 15 sensiblement horizontale, une paroi sensiblement verticale, et une paroi inclinée ou biseautée de telle façon que cette paroi biseautée soit cause que la bordure soit en contact de frottement avec son conducteur d'amenée extérieur afin d'assurer une bonne continuité électrique. 20 3 - Sismomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les ressorts assurent également la continuité électrique au moyen d'un conducteur intérieure d'amenée(62-62') de telle façon que le poids de l'ensemble de bobinages fait que chaque conducteur d'amenée intérieur est en contact avec frottement avec 25 la bordure intérieure de chaque ressort.