Brevet FR2250121A1 — publié le 19750530

La présente invention concerne les capteurs de vitesse utilisés pour détecter la vitesse d'un sol, plus particulièrement la composante horizontale de cette vitesse. De tels appareils sont classiquement utilisés, en prospection sismique, pour détecter les ébranlements issus d'une source sismique (explosif par exemple) et renvoyés (réfléchis ou réfractés) par les couches profondes du sol. Ils peuvent être également utilisés pour analyser les modalités d'une explosion souterraine, notamment d'une explosion nucléaire souterraine. Dans tout ce qui suit, pour simplifier l'exposé, on ne parlera plus que de sismomètres, sans que ce choix soit limitatif. Les sismomètres électromagnétiques horizontaux classiques comportent essentiellement au moins une bobine et au moins un aimant susceptible de coopérer avec cette bobine, l'un de ces éléments étant solidaire d'un bâti rigide, et l'autre étant monté sur ce bssti par l'intermédiaire d'une suspension élastiquement déformable, la déformation de la suspension correspondant à un mouvement relatif de l'aimant et de la bobine. lorsqu'une perturbation sismique ou analogue fait déplacer le sol, tous les éléments du sismomètre ont tendance à être entratnés avec son bâti, mais l'élément suspendu, du fait de son inertie, a tendance à prendre du retard, ce qui provoque un déplacement relatif, puis une oscillation, de l'élément suspendu par rapport à l'élément non suspendu.Ce mouvement relatif induit de ce fait une tension électrique dans la bobine qui constitue le signal de sortie du sismomètre. La figure 1 illustre schématiquement en coupe verticale la constitution d'un sismomètre électromagnétique horizontal classique. Ce système comporte un bati B sur-lequel est monté un aimant A d'axe H-H horizontal. Un équipage pesant E ayant une masse X est monté sur un tel bâti par l'intermédiaire de deux éléments de suspension S1 et S2 élastiquement déformables, de manière à pouvoir osciller selon l'axe horizontal H-H. L'équipa- ge E comporte deux bobinages B1 et 32 avec lesquels les deux extrémités de piles opposés de l'aimant A viennent coopérer à la manière de noyaux plongeurs pour induire une tension dans les bobines B1 et 32 qui sont électriquement associées dans un circuit électrique à la sortie duquel apparat le signal élec trique du sismomètre.On voit que la masse M, dont l'inertie constitue un paramètre fondamental de l'appareil, se trouve montée en pendule inversé en constituant le c8té supérieur d'un parallélogramme déformable élastiquement. Un défaut inhérent à ce type d'appareil réside dans le fait qu'il est en pratique impossible, avec les suspensions élastiques traditionnelles, d'obtenir pour la masse suspendue des fréquences de résonance faibles, notamment des fréquences de résonance inférieures à un cycle par seconde. En effet, avec les systèmes de suspension classiques, dans lesquels les bras verticaux, ou les éléments constitutifs des bras verticaux, du parallélogramme articulé sont élastiquement déformables, il est en général impossible d'obtenir une suspension qui soit à la fois suffisamment rigide et robuste pour supporter une masse M très grande (la fréquence de résonance étant inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse suspendue), tout en ayant une raideur différentielle horizontale très faible (la fréquence de résonance de la masse suspendue étant proportionnelle à la racine carrée de sa constante élastique ou raideur différentielle) La présente invention a pour but de résoudre ce problème et propose à cet effet, pour un sismomètre horizontal du type précité, un nouveau type de suspension de la masse suspendue par rapport au bâti, caractérisé par le fait qu'elle comporte deux bras ou ensembles rigides articulés d'une part sur le bâti, d'autre part sur la masse suspendue, et en ce qu'au moins une des articulations est constituée par un pivot élastique sans frottement (axe immatériel) du type de ceux fabriqués par le groupe américain B!NDIX et commercialisés sous la dénomination FREE-FLEX. Une telle suspension présente l'avantage d'une faible raideur selon l'axe horizontal, tout en pouvant supporter des charges importantes. Le complément de description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés, fera mieux comprendre comment l'invention est réalisée. Sur les dessins annexés, la figure 1 ayant déjà été définie, la figure 2 représente schématiquement en perspective, la nouvelle suspension selon ltinvention, - la figure 3 illustre schématiquement le comportement mécanique de cette suspension. Sur la figure 2, la masse suspendue M est schématiquement représentée comme un cylindre. En fait, il s'agit bien entendu d'un équipage, de forme généralement cylindrique, incorporant des bobines pour coopérer avec un aimant central fixe (non représenté). De façon caractéristique, selon l'invention, la masse M est suspendue sur le bâti B à l'aide de deux fléaux rigides indéformables 10 et 20, chaque fléau comportant une branche supérieure (10a, 20a) et deux branches inférieures (10b, lOc 20b, 20c), en ayant ainsi la forme générale d'un Y. Les branches 10a, 20a sont articulées en il et 21 sur la masse M, et les branches lOb, 20b et 10c, 20c en 12, 22 et 13, 23, respectivement, sur le bâti B. Au moins une des articulations 11, 12, 13, 21, 22, 23, est articulée par un pivot élastique du type précité. De préférence, les six articulations sont des pivots de ce type. On voit sur la figure 3 un schéma illustrant le fonctionnement d'une telle suspension. Par rapport à la position moyenne d'équilibre, la déformation de la suspension, correspondant à la déformation du parallélogramme O O O' O' (dont les sommets correspondent respectivement aux axes des articulations 12, 13 - 22, 23 - 21 - 11) peut être exprimée par l'écart angulaire du plan des fléaux 10 et 20 avec la verticale. Le déplacement du centre de gravité de la masse M suivant un petit arc de cercle sensiblement confondu avec un segment de longueur x de l'axe horizontal H-H entrain l'apparition d'une force f proportionnelle au déplacement x. la force de rappel de la suspension est F, également proportionnelle à x. On démontre facilement que, pour un petit angle , la fréquence de résonance du système est égale à avec M étant la masse mobile exprimée en Kg, X la longueur utile (O O') des fléaux exprimés en mètres et Cr la somme des couples de rappel des diverses articulations élastiques montées en 11, 12, 13, 21, 22, 23, exprimée Newton-mètre par radian, g 2 étant l'accélération de la pesanteur en m/sec2. Dans un exemple typique, où on utilise six pivots élastiques du type précité, on obtient pour une masse mobile de 3,600 Kg une raideur différentielle de 3,5 g/mm, la fréquence de résonance du système étant de 0,5 cycles par seconde. R E Y E N A T I O N S 1. Un capteur électromagnétique de vitesse du genre sismomètre horizontal, dans lequel une masse oscillante est élastiquement suspendue en pendule inversé à laide d'un système déformable du type parallélogramme articulé, caractérisé en ce rnue la suspension comporte des fléaux rigides et au moins un pivot élastique. 2. Un capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque fléau a la forme générale d'un Y et se trouve articulé en un point sur la masse suspendue et en deux points sur un bâti fixe, 3. Un capteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les pivots sont du type commercialisé sous la dénomination FREE-FLEX.