Brevet FR2116228A1 — publié le 19720713

L'invention est relative aux accéléromètres à deux axes de sensibilité, c'est-à-dire aux appareils capables de mesurer une accélération (positive ou négative) présentant une composante dans le plan défini par les deux susdits axes de sensibilité. De façon en soi connue, ces accéléromètres comportent une masse en flottaison dans un milieu liquide et reliée à une structure fixe par un point d'articulation. Le principe de tels accéléromètres est donc connu, mais c'est leur réalisation qui pose des problèmes d'ordre technologique. L'invention a donc pour but des dispositions technologiques qui contribuent à réaliser un accéléromètre répondant, notamment, aux impératifs suivants - présenter une forme extérieure cylindrique dont l'axe soit perpendiculaire au plan défini par les deux axes de sensibilité de I'accéléromètre ; - être un appareil de zéro, c'est-à-dire asservi à son zéro électrique quelle que soit l'accélération à mesurer - avoir une sensibilité maximale et une bonne stabilité quelle que soit l'utilisation (immédiate, différée à quelques jours, remise à plusieurs jours) - être de construction simple, robuste (notamment en ce qui concerne le point d'articulation), et présenter des garanties de fiabilité. L'accéléromètre conforme à l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte, en combinaison, - un corps flottant maintenu en flottaison dans un liquide occupant le volume intérieur défini par un boîtier fermé, ce corps flottant présentant une forme de révolution autour d'un axe longitudinal perpendiculaire aux deux axes de l'accéléromètre, ce corps flottant étant agencé de façon telle que son centre de poussée et son centre de gravité sont sur cet axe longitudinal mais décalés l'un par rapport à l'autre, - un dispositif mécanique reliant un côté du corps flottant au boîtier fermé par un point d'articulation situé sur l'axe longitudinal, en dehors du segment de cet axe reliant le centre de poussée et le centre de gravité, - un dispositif générateur de force coopérant avec l'autre côté du corps flottant, ce dispositif générateur de force étant agencé pour soumettre le corps flottant à au moins une force perpendiculaire à l'axe longitudinal et dont la direction et l'intensité sont variables, - et un dispositif détecteur de position agencé pour détecter la position du corps flottant et pour commander le dispositif générateur de force de sorte qu'il maintienne le corps flottant à une position de consigne quelle que soit la valeur de l'accélération à mesurer, la connaissance (en direction et en intensité) de la force exercée par le générateur de force constituant alors une mesure de l'accélération dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif générateur de force est agencé pour soumettre le corps flottant à deux forces dirigées suivant deux axes perpendiculaires, eux-mêmes perpendiculaires à l'axe longitudinal, et dont le sens et l'amplitude sont variables le long des deux susdits axes. L'invention consiste, mise à part les dispositions dont il vient d'être question ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à 1' aide du complément de description'qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à un mode de réalisation préféré de l'invention et ne comportent,bien entendu, aucun caractère limitatif. La fig. 1, de ces dessins1 est une coupe axiale d'un accéléromètre conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe partielle selon II-II figure 1. La fig. 3 est une coupe schématique selon III-III figure l. La fig. 4 est une coupe selon IV-IV figure 1. La fig. 5 est un schéma électrique illustrant une disposition avantageuse de l'invention. Comme montré sur la fig. 1, l'accéléromètre comporte un corps flottant 1 maintenu en flottaison dans un liquide 2 occupant le volume intérieur défini par un boîtier fermé 3, ce corps flottant l présentant une forme de révolution autour d'un axe longitudinal XX perpendiculaire aux deux axes de l'accéléromètre. Au point de vue de sa masse et de son volume, ce corps flottant 1 est agencé de façon telle que son centre de poussée P et son centre de gravité G sont sur cet axe longitudinal XX, mais décalés l'un par rapport à l'autre. D'un côté du corps flottant l, il est prévu un dispositif mécanique 4 reliant le corps flottant 1 au boîtier fermé 3 par un point d'articulation situé sur l'axe longitudinal XX mais en dehors du segment P G. Ce dispositif mécanique 4 peut être avantageusement constitué par une articulation à la Cardan formée de deux lames minces 4a et 4b disposées perpendiculairement et définissant deux axes orthogonaux AA et BB disposés le plus près l'un de l'autre. Ces deux lames minces 4a et 4b peuvent être ménagées par usinage dans une tige axiale 5 reliant le corps flottant l au boîtier fermé 3. Un dispositif générateur de force 6 coopère avec le côté du corps flottant 1 opposé au dispositif mécanique 4, ce dispositif générateur de force 6 étant agencé pour soumettre le corps flottant l à une force F perpendiculaire à l'axe longitudinal XX, et dont la direction et l'intensité sont variables. A cet effet et comme montré sur la fig. 2, on a recours à un dispositif générateur de force 6 de type électromagnétique qui soumet le corps flottant 1 à deux forces Fy et Fz orientées respectivement suivant deux axes perpendiculaires YY et ZZ, et dont le sens et l'amplitude sont variables le long des deux susdits axes YY et ZZ. La force F résultante peut alors prendre toutes les valeurs dans le plan défini par ces deux axes YY et ZZ, plan perpendiculaire à l'axe longitudinal XX. Le corps flottant porte alors une première paire de bobines 7a diamétralement opposées et disposées coaxialement à l'axe YY, et une seconde paire de bobines 7b diamétralement opposées et disposées coaxialement à l'axe ZZ. Les deux bobines 7a de la première paire sont dans le champ magnétique de deux couples d'aimants permanents 8a portés par le boîtier fermé 3, ces deux couples d'aimants 8a étant diamétralement opposés et disposés coaxialement à l'axe YY. Les deux bobines 7b de la seconde paire sont dans le champ magnétique de deux couples d'aimants permanents 8b portés par le boîtier fermé 3, ces deux couples d'aimants 8b étant diamétralement opposés et disposés coaxialement à l'axe ZZ. Au point de vue électrique, les deux bobines 7a de la première paire sont connectées en série, et il en est de même pour les deux bobines 7b de la seconde paire. Les deux bobines 7a de la première paire sont le siège de forces donnant une composante F sur l'axe ZZ et les deux bobines 7b de la seconde paire sont le siège de forces donnant une composante Fy sur l'axe YY. Ceci étant, l'accéléromètre comporte en outre un dispositif détecteur de position 9 agencé pour détecter la position du corps flottant l et pour commander les bobines 7a, 7b du dispositif générateur de force 6 de sorte qu'il maintienne le corps flottant l à une position de consigne quelle que soit la valeur de l'accélération à mesurer. A cet effet et comme montré sur la fig. 3, on a recours à un détecteur de position de type inductif. Le corps flottant 1 porte alors une bobine détectrice 10 disposée coaxialement à l'axe longitudinal XX. Cette bobine détectrice 10 est excitée par, d'une part, une première paire de bobines d'excitation lla portée par le boîtier fermé 3, d'axes parallèles à l'axe longitudinal XX et disposées de façon diamétralement opposée suivant l'axe YY, et, d'autre part, une seconde paire de bobines d'excitation 11b portée par le boîtier fermé 3, d'axes parallèles à l'axe longitudinal XX et disposées de façon diamétralement opposée suivant l'axe ZZ. Au point de vue électrique, les deux bobines d'excitation lla de la première paire sont connectées en série, les deux bobines d'excitation llb de la seconde paire sont connectées en série, les bobines lla et les bobines llb étant alimentées par deux sources de courant différentes afin que les signaux recueillis dans la bobine détectrice 10 puissent être discriminés. A titre d'exemple, ces deux sources peuvent être soit deux sources de fréquences différentes, soit deux sources de même fréquence mais déphasées d'un quart de période, soit encore deux sources de même fréquence et de même phase mais rendues actives l'une ou l'autre alternativement par un dispositif de découpage dans le temps. Au point de vue de leur disposition, ces deux paires de bobines d'excitation lia et îlb sont éloignées de l'axe longitudinal XX d'une même distance, dont la valeur est telle qu'il y ait recouvrement des susdites bobines d'excitation avec la bobine détectrice 10. L'accéléromètre est alors complété par des moyens électroniques connus (non représentés) alimentant le dispositif générateur de force 6 (constitué comme il vient d'être dit) en fonction des signaux émis par le dispositif détecteur de position 9 (constitué comme il vient d'être dit) de sorte que le dispositif générateur de force 6 maintienne le corps flottant 1 à une position de consigne quelle que soit l'accélération à mesurer, la connaissance des forces exercées par le générateur de force 6 constituant une mesure de l'accélération suivant les deux axes YY et ZZ. Afin de limiter le débattement angulaire du corps flottant 1 autour de l'axe longitudinal XX (débattement qui peut résulter d'accélérations angulaires autour de l'axe longitudinal), il est avantageux de prévoir, comme montré sur la fig. 4, deux butées 12 portées par le boîtier fermé 3, diamétralement opposées et engagées dans deux rainures 13 diamétralement opposées ménagées dans le corps flottant 1. Pour éliminer, ou tout au moins compenser, effet de la température sur un tel accéléromètre (effet qui provient d'un changement de densité du liquide, donc d'un changement de la poussée qu'il exerce sur le corps flottant) le dispositif générateur de force 6 comporte des moyens de compensation. Comme montré sur la fig. 5, ces moyens de compensation sont constitués par : une première thermistance 14a montée en dérivation sur la première paire de bobines 7a, et une seconde thermi tance 14b montée en dérivation sur la seconde paire de bobines 7b, ces deux thermistances 14a et 14b pouvant avantageusement être immergées dans le liquide 2. Dans ces conditions, le courant de mesure 1m permettant de mesurer la force engendrée par le dispositif générateur de force 6, donc l'accélération, peut être rendu indépendant (au moins dans une certaine mesure) de la température. En effet, si R désigne la résistance de la thermistance 14a ou 14b, et r la résistance des deux bobines du premier ou du second couple 7a ou 7b, et si I désigne le courant dans ces bobines, la valeur du courant de mesure Im est I = I (1 + r) m R Lorsque la température croit, I décroît car la force de poussée sur le corps flottant décroît puisqu'elle est proportionnelle à la densité du liquide, mais (1 +u) croit puisque r croit et R décroît ; il est donc possible, par un choix judicieux de la thermistance, de réaliser une compensation, au moins partielle, dans une plage de températures correspondant au domaine de fonctionnement de l'accéléromètre. En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose d'un accéléromètre qui présente un certain nombre d'avantages, dont les principaux peuvent être résumés par les points suivants - simplicité et facilité de construction grâce aux formes de révolution des éléments importants entrant dans la constitution de l'accéléromètre - très grande sensibilité aux accélérations perpendiculaires à l'axe longitudinal car le point d'articulation à lames minces n'engendre que des forces de frottement très faibles et ne subit aucun effort à l'exception d'un effort de cisaillement qu'il est possible de maintenir très faible par une construction judicieuse; ; - insensibilité aux accélarations parallèles à l'axe longitudinal - possibilité de compenser, au moins partiellement, les effets de la température, et ce d'une manière simple et efficace, ce qui permet de conserver tous les avantages d'un appareil de zéro dont la dérivée peut être considérée comme nulle. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède,l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Accéléromètre à deux axes de sensibilité, caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison, un corps flottant (1) maintenu en flottaison dans un liquide (2) occupant le volume intérieur défini par un boitier fermé (3), ce corps flottant (1) présentant une forme de révolution autour d'un axe longitudinal XX perpendiculaire aux deux axes de l'accéléromètre, ce corps flottant étant agencé de façon telle que son centre de poussée P et son centre de gravité G sont sur cet axe longitudinal XX mais décalés l'un par rapport à l'autre, un dispositif mécanique (4), reliant un côté du corps flottant (1) au boîtier fermé (3) par un point d'articulation situé sur l'axe longitudinal XX mais en dehors du segment de cet axe reliant le centre de poussée P et le centre de gravité G, un dispositif générateur de force (6), coopérant avec l'autre côté du corps flottant (1), ce dispositif générateur de force (6) étant agencé pour soumettre le corps flottant (1) à au moins une force perpendiculaire à l'axe longitudinal XX et dont la direction et l'intensité sont variables, et un dispositif détecteur de position (9) agencé pour détecter la position du corps flottant (1) et pour commander le dispositif générateur de force (6) de sorte qu'il maintienne le corps flottant (1) à une position de consigne quelle que soit la valeur de l'accélération à mesurer, la connaissance - en direction et en intensité - de la force exercée par le générateur de force (6) constituant alors une mesure de l'accélération dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal XX. 2.- Accéléromètre à deux axes, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif générateur de force (6) est agencé pour soumettre le corps flottant (I) a' deux forces dirigées suivant deux axes (YY) et (ZZ), eux-mêmes perpendiculaires à l'axe longitudinal (XX), et dont le sens et l'amplitude sont variables le long des susdits axes (YY) et (ZZ). 3.- Accéléromètre à deux axes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le dispositif mécanique (4) est constitué par une articulation à la Cardan formée de deux lames minces (4a) et (4b) disposées perpendiculairement et définissant deux axes orthogonaux (AA) et (BB) disposés le plus près l'un de l'autre. 4. Accéléromètre à deux axes selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le générateur de force (6) est du type magnétique et comporte, une première paire de bobines (7a), portées par le corps flottant (1) et disposées de façon diamétralement opposée et coaxiale à l'axe (YY), ces deux bobines étant dans le champ de deux couples d'aimants (8a) portés par le boîtier fermé (3) et disposés de façon diamétralement opposée et coaxiale à l'axe (YY), et une seconde paire de bobines (7b), portées par le corps flottant (1) et disposées de façon diamétralement opposée et coaxiale à l'axe (ZZ), ces deux bobines étant dans le champ de deux couples d'aimants (8b) portés par le boîtier fermé (3) et disposés de façon diamétralement opposée et coaxiale à l'axe (ZZ). 5.- Accéléromètre à deux axes selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les deux bobines (7a) de la première paire sont connectées en série, et les deux bobines (7b) de la seconde paire sont connectées en série. 6.- Accéléromètre à deux axes selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que le détecteur de position (9) est du type inductif et comporte une bobine détectrice (10) portée par le corps flottant (1) et disposée coaxialement à l'axe longitudinal (XX), cette bobine détectrice (10) étant excitée par - une première paire de bobines d'excitation (lia) portées par le boitier fermé (3), d'axes parallèles à l'axe longitudinal (XX) et disposées de façon diamétralement opposée suivant l'axe (Yy), - et une seconde paire de bobines d'excitation (lob), portées par le boitier fermé (3), d'axes parallèles à l'axe longitudinal (XX) et disposées de façon diamétralement opposée suivant l'axe (Zz). 7.- Accéléromètre à deux axes selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les deux bobines d'excitation (lia) de la première paire sont connectées en série, les deux bobines d'excitation (nib) de la seconde paire sont connectées en série, les bobines (lia) et les bobines (llb) étant alimentées par deux sources de courant différentes afin que les signaux recueillis dans la bobine détectrice (10) puissent être discriminés. 8.- Accéléromètre à deux axes selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'au moins une butée (12) est prévue pour limiter le débattement angulaire du corps flottant (1) autour de l'axe longitudinal (XX). 9.- Accéléromètre à deux axes selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le dispositif générateur de force (6) comporte des moyens de compensation pour éliminer, au moins en partie, les effets de la température. 10.- Accéléromètre à deux axes selon les revendications 4 et 9, caractérisé par le fait que ces moyens de compensation sont constitués par une première thermistance (14a) montée en dérivation sur la première paire de bobines (7a), et-par une seconde thermistance (14b) montée en dérivation sur la seconde paire de bobines (7b), ces deux thermistances (14a) et (14b) étant immergées dans le liquide (2).