Brevet FR2124055A1 — publié le 19720922

' 2124055 La présente invention concerna un perfectionnement aux micro—ac3-11 éro-inêtres 61 ectro3tatiçues tridimensionnels à "bille du genre décrit dans le brevet français n° 1 462 1Ç6 et :a première addition n° 89 697- Un rappelle que dans de tels appareils la bille, initialement au repos dans la cage, est amenée en condition de r.eaure, c'est-à-dire dans l'espace où elle est sour.ise à l'action du dispositif d'asservis- ement de position, au cours d'une opération préalable dite de préjositionnement réalisée à l'aide d'une force électrostatique créée par le circuit électrostatique de commande de position dont les électrodes fixes portées par la cage, suivant les 3 axes trirectanjles, coopèrent avec la bille. Cr, une fois l'opération de prépositionnement effectuée, la bille conserve une charge électrostatique dont la valeur est liée à l'énergie mise en jeu. Cette charge se manifeste principal sir. en t entre la bille et la cage et se localise dans la région de la bille la plus proche de la cage en donnant naissance à une force parasite qui perturbe les trouvemeirts de la bille et constitue pour la chaîne électronique d'asservissement, une source d'erreur aléatoire qui affecte la mesure et nuit à la détectivité du œicro-accSléro-nètre. Tour supprimer cet inconvénient, en a déjà proposé d'alimenter respectivement les électrodes opposées du circuit électrostatique de commande de position de chacun des 3 axes par deux tensions dont la somme reste constante, indépendamment de la position de la bille. Dans ce cas, si les capacités des électrodes par rapport à la bille sont égales entre-elles sur les 3 axes, et à condition d'utili-.or une somme de tensions identique lorsque la bille est er, position de mesure, les charges restent localisées en regard des électrodes. Cette solution fonctionne correctement avec les types d'électrodes décrits dans le brevet et l'addition déjà cités, mais elle exige d'alimenter lesdites électrodes même en l'absence de dépl-cement de la bille et implique l'emploi de dispositifs d'alimentation relativement lourds et encombrants. Le but de la présente invention est de construire un ndcro-aecéléro-rr.Hre comportant des moyens, pour éviter la conservation d'une charge électrostati-ue à la surface de la bille, lesdits moyens conférant au micro accélcromètre une détectivité plus grande et le rendant ainsi apte à mesurer des accélérations encore plus faibles, tout en permettant de simplifier sa construction. L'objet de l'invention est un micro-accéléromètre électrostatique tridimensionnel à bille comportant pour chacun des axes trirectangles un 71 03346 2 2124055 détecteur électrostatique difrérentiel de position et un circuit électrostatique de commande de position à deux paires d'électrodes fixes coaxia-les portées par des bouchons-supports solidaires de la cage coopérant avec la bille, des moyens d'amplifier les signaux du détecteur de position et 5 de les appliquer au circuit de commande de position, et il est caractérisé en ce que chaque bouchon-support d'électrodes supporte une première électrode polaire de commande de position en forme de calotte sphérique, entourée à faible distance par une seconde électrode de commande de position, coaxiale à la première, en forme d'anneau sphérique de sphéricité et 10 de surface respectivement égales à celles de la première électrode polaire, lesdites électrodes étant séparées par une électrode de détection de position en forme d'anneau sphérique coaxial aux deux premières, les trois électrodes étant disposées en retrait par rapport à la sphère intérieure de la cage pour empêcher leur contact avec la bille, et il est caractérisé 15 en outre en ce que les moyens d'amplifier les signaux du détecteur de position et de les appliquer au circuit de commande de position comprennent un circuit d'aiguillage et deux amplificateurs délivrant chacun des tensions de valeurs égales et en opposition de phase que l'on applique respectivement à la première et à la seconde électrode de commande de position de 20 chacun des bouchon-supports, la résultante des charges électrostatiques à la surface de la bille étant ainsi nulle. L'invention va être décrite en détail sur un exemple de réalisation, en se référant au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une coupe schématique d'un bouchon-support d'électrodes 25 du micro-accéléromètre de l'invention. - la figure 2 représente une chaîne d'asservissement de la position de la bille suivant un axe vertical. Sur-la figure 1 le bouchon-support d'électrodes comprend un corps métallique tubulaire 1 limité d'une part, par une surface plane 2 et, 30 d'autre part, par une surface en forme d'anneau sphérique 3 de la sphère délimitant la cage intérieure du micro-accéléromètre. Il est muni de moyens de fixation sur la cage non représentés sur la figure. A l'intérieur du corps tubulaire 1 est inséré un disque isolant 4 supportant en son centre une première électrode de commande de position 5 35 en forme le cylindre limité par une calotte sphérique 6 légèrement en retrait par rapport à l'anneau 3 et dont l'autre face est prolongée par une queue 7 servant à la connexion. Le disque isolant 4 supporte une seconde électrode de commande de position 8 concentrique à la première, en forme d'anneau cylindrique 40 limité par une surface annulaire sphérique 9 appartenant à la même sphère 71 03346 3 2124055 que la calotte sphérique 6 et aont l'aire a même valeur. L'autre face de ladite électrode est munie d'une connexion 10. Le disque isolant 4 supr-orte enfin ur.e électrode *o détection 11, con-centri ru? aux doux premières, on for:.:;- .J anneau c-ylind ri j.ue liai té par une surface annulaire spn 'ri que 12 on referai t par rapport à l'anneau sphérique . rai a cependant très voisine, dont l'autre face es t munie d'une connexion 13. Four éviter d'influencer la bille par Isa charges portées par 1 ' iac-lant, les éléments métalligues 1, 5) S et 11 décrits sont conformés et disposés de façon à faire écran entre l'isolant 4 et la bille. Comme montré sur la fi jure 1 toutes les électrodes se trouvent en retrait par rapport au corps du bouchon-support dont l'anneau sphérique 3 délimite la cage intérieure de la bille. Cette disposition évite le contact avec la bille lorsque celle-ci n'est .as er. position noircale de fonctionnement et air.plifie la construction ha micrc-accél'romètre en permettant d'éviter l'emploi de butées rapportées à l'intéri sur do la cage, telles qu'e celles qui sont décrites dans le brevet cité. dans un micro-accéléromètre réalisé p~r les inventeurs, les électrodes de commande de position se trouvent en retrait de 1 mm et l'électrode de détection de position se trouve en retrait de 30 microns. L'éloignenent des électrodes de commande de position 12 la bille contribue à maintenir constant,uana une plus grande plage de variation de température, le coefficient de sensibilité du micro—accéléror.ètrs puisque les mouvements de la bille restent toujours très petits par rapport à l'entrefer créé. ôur la figure 2, on a représenté la chaîne d*asservissement selon l'invention et lea a eux bouchons-supports d'électrodes 1 et 1' de l'a:-;e vertical au micro-accéléromètre. Les condensateurs formés par les électrodes de détection de position 12 — 12' et la bille, shuntés par les condensateurs variables 14 et 15, font partie d'un pont comprenant les inductances 1o et 17 constituées par le secondaire »'uii transformateur dont le primaire 18 est alimenté par un oscillateur 1$). Le point commun ies condensateurs 14 et 15 est relié à la nasse de la cage. Le point commun des inductances 16 et 17 est relié d'une part à l'entrée d'un amplificateur 20, d'autre part à la masse de la cage par l'inter-m'di-ire d'un circuit accordé comprenant en parallèle un condensateur variable 21 et une inductance 22. Un déplacement de la bille sous l'effet de l'accélération à mesurer, par exemple en direction du bouchon 1 ', produit un signal de déséquilibre BAD ORIGINAL : 71 03346 " 2124055 qui est amplifié par l'amplificateur 20 et détecté par le détecteur synchrone 23» Il est ensuite appliqué à un correcteur 24 et à un circuit j. 1 aiguillage 25» Le signal de sortie du circuit d'aiguillage 25> dont le niveau est proportionnel au déplacement de la bille, est appliqué à l'entrée d'un amplificateur 26 qui alimente par 2 tensions de valeurs égales et en opposition de phase les électrodes de commande de position 6 et 8 du bouchon-support 1 qui exerce alors une attraction sur la bille. Pour un déplacement de la bille en direction du bouchon 1, le circuit d'aiguillage 25 attaque l'entrée de l'amplificateur 27 qui alimente par deux tensions de valeurs égales et en opposition de phase les électrodes de commande de position 6' et 8' du bouchon 1'. La résultante des charges élèctros'tatiques engendrées par les 2 électrodes concentriques de commande d'un même bouchon ainsi alimentées par des tensions de valeurs égales et en opposition de phase est donc nulle, et il s'en suit que toute interaction entre les charges engendrées par les électrodes de commande selon les 3 axes trirectangles du micro—accéléro-mètre est supprimée. 71 03346 5 2124055 ICTélDIGATiaio 1 - i~icro-accéléromètre électrostatique tridimensionnel à bille comportant pour cnacun des axes trirectanê'les un as s ervis3 eiaent de la position de la bille mettant on oeuvre un détecteur électrostatique différentiel de 5 position, un circuit électrostatique de eor.r.;an.ie de position à deux paires d1 électrodes fixes ooaxialcs et porté os par de.; bouclions-supports solidaires do la cajo, des moyens d' ai:.]'lifier les ii n^ux du détecteur de position et de les appliquer au circuit de cocnar.de ae position, caractérisé en ce que chaque bouenon—support d'électrodes surporte une première électrode 10 polaire de coiar—nde do position en forme de calotte sphérique entourés à faible .listance par une secon-3 électrode de commande de position coaxiale à la première, en forme d'anneau sphérique de sphéricité et de surface respectivement égales à celles de la première électrode polaire, lesdites première et seconde électrodes de commande de position étant séparées par 15 une électrode ds détection de position, coaxiale et en ferme d'anneau sphérique. 2 - ...icro-accél'romètre électrostatique selon la revendication 1 caractérisé en ce cxuo les moyens d'amplifier les signaux du détecteur de position ct de les appliquer au circuit de commande de position comprennent 20 deux amplificateurs délivrant chacun a es tensions de valeurs égales et en opposition de phase respectivement appliquées à la première et à la seconde éloctrodesde commande de position de chacun des bouclions-supports. 3 - i».icro-accéléronètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens -d'amplifier les signaux du détecteur de position et de 25 les appliquer au circuit le commando xe position comprennent un circuit d'aiguillage qui aliments la paire d'électrodes de commando de position du bouchon-support la plus éloijnée de la bille. 4 — i-icro-accéléromètre électrostatique selon la revendication 1 caractérisé en ce oua les électrodes de détection de position et de commande 30 de position sont disposées on retrait par rapport à la sphère intérieure de la caje entourant la bille. 5 - i~icro-aecélércmètre selon la revendication 3 caractérisé sn ce que les électrodes ae détection sont disposées moins en retrait par rapport à la sphère intérieure de La caje .pue les Jlectrodes de commande de position.