Brevet FR2128266A1 — publié le 19721020

I 71 28595 2128266 L'invention concerne un accéléromètre magnétique différentiel du type engendrant un signal électrique proportionnel en amplitude à 1/accélération auquel il est soumis dans une direction prédéterminée, le signal étant dérivé du déplacement d'un noyau 5 par rapport à des bobines électriques qui lui sont associées. Dans les accéléromètres magnétiques différentiels connus, le noyau, avec ses supports et les bobines associées, sont, habituellement enfermés dans un seul carter rempli d'huile ou de tout autre fluide hydraulique, les connexions électriques étant effec-10 tuées au travers d'ouvertures ménagées dans le carter et convenablement enduis, étanches. La construction d'un tel dispositif présente des problèmes d*étanchéité et de montage, car toutes les pièces de 1'accéléromètre, qu'elles soient mécaniques ou électriques, • doivént présenter une étanchéité parfaite, et' les différents assem-Î5 blages doivent être exempts de toute fuite d'huile. Le principal objet de cette invention est de prévoir un accéléromètre magnétique différentiel dans lequel les pièces méca~ niques sont complètement séparées des pièces électriques du dispositif, simplifiant, par cela, le problème de 1'étanchéité à l'huile. 20 Un autre objet de l'invention est de prévoir un accéléro mètre du type ci-dessus mentionné qui soit de construction simple et économique et de montage facile. Selon la présente invention, il est prévu un accéléromètre magnétique différentiel comprenant un enroulement primaire, deux 25 enroulements secondaires disposés symétriquement par rapport à 1'enroulement primaire et un noyau ferromagnétique supporté élas-tiquement, dans l'axe des bobines et symétrique par rapport aux bobines secondaires, de manière que le déplacement axial de ce noyau entraine une variation différentielle dans le courant induit 30 dans.les deux bobines secondaires par la variation du courant de la bobine primaire, caractérisé en ce que les trois bobines sont supportées par un élément creux obturé à ses extrémités opposées par deux chapeaux et rempli d'un fluide hydraulique, le noyau ferromagnétique étant supporté élastiquement à l'intérieur d'une cavité 35 ménagée dans ledit élément support de bobines. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-dessous relative à un exemple d'application non limita 71 28595 2 2128266 tif et qui fait référence aux dessins ci-annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe axiale d'un accéléromètre selon une réalisation préférée de l'invention. La figure 2 est une vue en plan d'un ressort spirale fai-5 sant partie de la figure 1. La figure 3 est une vue schématique du circuit électrique de 11accéléromètre de la figure 1. La figure 4 est un graphique représentant la relation entre le signal de sortie de 1'accéléromètre et l'accélération à 10 laquelle il est soumis. La figure 5 est un graphique représentant la variation du signal de sortie en fonction de la fréquence de l'accélération appliquée, c'est à dire, la courbe de réponse de fréquence de 1'accéléromètre. 15 En se référant à la figure 1, un élément support 10, en plastique moulé ou en tout autre matériau isolant, comporte des flasques d'extrémité 18', 20 entre lesquelles sont enroulées trois bobines 12, 14, 16, dont les connexions électriques seront décrites plus loin en faisant référence à la figure J. Les extrémités 20 de l'élément support 10 sont obturées par les chapeaux creux 22 et 24 également en matériau plastique moulé, chapeaux assujettis aux flasques 1.8 et 20 au moyen d'une résine convenable. Entre les faces se faisant axialement vis-à-vis, des flasques 18 et 20 de l'élément support 10 et des chapeaux 22 et 24, 25 des joints annulaires d'étanchéité 32 et 34 sont logés, joints qui servent, en outre, à maintenir deux ressorts plats 28 et 30} enroulés en spirale aux extrémités opposées de l'élément support 10. L'un de ces ressorts 28 est montré en plan dans la figure 2. Les ressorts 28 et 30 sont obtenus chacun par découpage ou poinçonnage 30 d'une rainure spirale 29 dans un disque circulaire plat d'acier à ressort. L'enceinte intérieure étant formée par l'élément support 10 et par les deux chapeaux creux 22 et 24 est remplie d'un fluide hydraulique (huile) et est subdivisée en trois chambres 21, 23 et 35 25 par les ressorts spirale 28, 30, de manière que le fluide hydraulique puisse communiquer entre ces chambres par l'intermédiaire des rainures spirale 29 pratiquées dans les ressorts 28 et 30. 3 71 28595 2128266 Un noyau cylindrique comprenant un élément ferromagnétique central 36 et deux parties d'extrémité non-ferromagnétiques 38 et 40 est suspendu au moyen d'un dispositif convenable dans l'axe longitudinal de l'enceinte intérieure de l'élément support 10, le-5 dit noyau étant fixé par rivets 42 et 44 aux centres respectifs des ressorts spirale 28 et 30. la hauteur dans le sens de l'axe de l'élément central 36 du noyau ferromagnétique est au moins égale à celle de la bobine primaire 14, et de préférence, comme le montre la figure, elle est égale à la somme des hauteurs axiales de la 10 bobine primaire 14 et d'une des bobines secondaires 12 ou 16. Une vis 26 pourvue d'une tête molletée 27 est vissée de façon étanche dans un trou taraudé central ménagé dans le chapeau d'extrémité 24, vis dont la fonction va être décrite ci-dessous. Lorsque 1'accéléromètre est soumis à une accélération 15 dans un sens parallèle à l'axe du noyau, ce dernier est déplacé axialement contre l'action antagoniste des ressorts 28 é"tr 30 et l'importance de ce déplacement est donnée par la formule : m.a = k.s 20 dans laquelle m est la masse du noyau 36, 38, 40; a est l'accélération axiale à laquelle 1'accéléromètre est soumis, et k est la constante élastique des ressorts 28 et 30. 25 s est le déplacement axial du noyau. L'action d'amortissement du fluide hydraulique dans les chambres 21, 23, 25 est gênée par les restrictions de flux engendrées par les rainures spirales 29 des ressorts 28 et 30 qui opposent une résistance hydraulique. 30 En choisissant d'une façon convenable la masse m du noyau 36, 38 et 40, la constante élastique k des ressorts 28 et 30, la résistance hydraulique des rainures 29 dans les ressorts, et la viscosité du fluide, il est possible d'obtenir l'amortissement désiré de 1'accéléromètre. La condition d'amortissement optimal est 35 celle de l'amortissement limite, de manière à conduire à une discontinuité dans la courbe de réponse de la fréquence pour un mouvement axial du noyau 36, 38 et 40. 71 28595 4 2128266 : Un réglage précis de l'amortissement peut être obtenu par le réglage de la longueur de la vis 26 qui se projette dans la chambre 23, la variation de cette longuëur faisant varier la circulation du fluide hydraulique à l'intérieur de l'àccéléromè-5 tre. La figure 3 représente le circuit électrique de 1'accéléromètre de la figure 1. La bobine centrale 14 constitue line bobine primaire et - les deux bobines 12 et 16 disposées symétriquement sur les faces 10 extrêmes de la bobine primaire 14'» constituent les bobines secondaires. Ces deux bobines secondaires sont connectées en série entre les deux bornes B et C, la jonction entre lesdites bobines 12 et 16 étant mise à la masse. L'élément central du noyau ferromagnétique 36 se trouve 15 normalement dans une position centrale à mi-distance entre les bobines secondaires 12 et 16. En conséquence, un signal alternatif à l'entrée appliqué par la borne d'entrée A à la bobine primaire 14 induit des tensions égales dans les deux bobines secondaires 12 et 16 disposées de telle manière par rapport à l'élément central 20 du noyau 36 que la tensi.on résultante entre les deux bornes de sortie B ét C soit nulle. Dans la réalisation illustrée, la partie mécanique de 1'accéléromètre immergée dans le fluide hydraulique est complètement séparée de la partie électrique. De plus, l'enceinte intérieu-25 re remplie d'huile de 1'accéléromètre est complètement isolée de l'extérieur. A l'assemblage de 1'accéléromètre, le support de bobine î;0 reçoit les bobines 12, 14 et 16, le noyau 36, 38 et 40, les ressorts 28 et 30, puis les chapeaux 22 et 24 sont montés. L'en-30 ceinte intérieure de 1'accéléromètre est ensuite remplie d'un fluide hydraulique par le trou ménagé dans le chapeau 24, trou qui est par la suite, obturé au moyen de la vis de réglage 26. Lorsque 1'accéléromètre est soumis à une accélération dans le sens axial, le noyau 36 se déplace axialement d'une quan-35 tité proportionnelle à l'accélération, augmentant ainsi, le coefficient de couplage entre la bobine primaire 14 et l'une des bobines secondaires 12 ou 16, alors que simultanément, il diminue le 71 28595 5 2128266 coefficient de couplage entre la "bobine primaire 14 et l'autre bobine secondaire 12 ou 16. La figure 4 représente graphiquement la variation des signaux de sortie de 1'accéléromètre en fonction du déplacement 5 du noyau 36, 38 et 40 et, par conséquent, de l'accélération. La courbe b représente la variation de la tension entre la borne de sortie B de la bobine 16 et la masse en fonction du déplacement axial s du noyau 36, alors que la courbe ç représente les variations de tension entre la borne de sortie C de la bobine 12 pour 10 les mêmes déplacements axiaux £ du noyau 36. La courbe x représente le signal différentiel entre les bornes B et C, c'est à dire, la tension résultant de la soustraction des valeurs correspondantes des courbes b et c. On pourra constater qu'avec un. réglage correct de 1'accéléromètre, ce signal différentiel varie d'une façon liné-15 aire en fonction du déplacement du noyau, c'est à dire} en fonction de l'accélération. La figure 5 représente graphiquement la réponse de fréquence du- signal différentiel de sortie de 1'accéléromètre. On peut constater que, du fait de l'action différentielle de l'accé-20 léromètre, la courbe de réponse est pratiquement horizontale jusqu'à un point de discontinuité, à une fréquence critique f au-delà de laquelle la courbe de réponse chute linéairement à un taux de 40 dB/décade. En dimensionnant convenablement les composants de ï'accéléromètre, la fréquence critique f peut être prédétermi-25 née, le dispositif étant capable de mesurer l'accélération pour les fluctuations de l'accélération à une fréquence dans la gamme s'étendant jusqu'à la fréquence critique f . Au-dessus de cette fréquence critique, f , le dispositif se comporte comme sismographe, du fait que la pente de 40 dB/décade de la courbe de réponse 30 au-dessus de la fréquence critique f donne au dispositif une caractéristique de double intégration, de sorte que le dispositif répond à des fluctuations d'accélération à haute fréquence au-dessus de la fréquence f avec un signal de sortie représentant plutôt un déplacement qu'une accélération. 71 28595 6 2128266 REVENDICATIONS 1Accéléromètre magnétique différentiel comprenant une bobine primaire, deux bobines secondaires disposées symétriquement par rapport à la bobine primaire et un noyau ferromagnétique supporté élastiquement dans l'axe desdites bobines et disposé symé-5 triquement par rapport auxdites bobines secondaires, de manière que tout déplacement axial du noyau provoque une variation différentielle du courant induit dans lesdites bobines secondaires lorsqu'on fait varier le courant dans la bobine primaire, caractérisé en ce que les trois bobines (12,14SÎ6) sont supportées par un élé- 10 ment support creux (10) obturé aux extrémités opposées par deux chapeaux (22,24) et rempli d'un fluide hydraulique, le noyau ferromagnétique (36,38,40) étant supporté élastiquement dans l'enceinte intérieure dudit élément creux (10). 2.- Accéléromètre selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que le noyau (36, 38,40) est supporté entre deux ressorts spirale (28,30) fixés aux deux flasques d'extrémité (18,20) de l'élément support (10). 3.- Accéléromètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les ressorts spirale (28,30) opposent une résistance hy- 20 draulique pour réduire le flux de fluide hydraulique s'écoulant entre l'enceinte intérieure (21) de l'élément creux (10).et les intérieurs (23,25) des chapeaux (22,24). 4.- Accéléromètre selon la revendication 3S caractérisé en ce que les ressorts spirale (28,30) sont chacun formés à partir 25 d'un disque plat de matériau élastique. 5.- Accéléromètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le noyau comprend un élément central (36) en matériau ferromagnétique et deux parties d'extrémité (38,40) en matériau non-ferromagnétique. 30 6.- Accéléromètre selon la revendication 5» caractérisé en ce que l'élément (36) du noyau ferromagnétique a une hauteur axiale substantiellement égale à la somme des hauteurs axiales de la bobine primaire (14) et de l'une des bobines secondaires (12,16). 7.- Accéléromètre selon la revendication 3 ou l'une quel 71 28595 7 2128266 conque des revendications 4 à 6, dans la mesure où elle dépend de la revendication 3> caractérisé en ce que la constante élastique de chacun des ressorts spirale (28,3.0) et la résistance opposée au flux hydraulique par ces ressorts, sont telles que l'amortisse-r -ment du mouvement axial du noyau (36,38,40) est substantiellement critique.