Brevet FR2320539A1 — publié le 19770304

Ia présente invention concerne les transducteurs de mesure piézo-optiques et a plus particulièrement, pour objet un élément sensible de transducteur de mesure iezo-optique destiné à mesurer la- force, la pression, l'accélération, la température et d'autres grandeurs converties en contraintes mécaniques d'un élément sensible. On connaît largement des éléments sensibles de transducteurs de mesure piézo-optiques. Ces élements sensibles comportent une pièce d'insertion faite en ub matériau piézooptique, placée entre une butée et une embase et rigidement couplée à celles-ci. Dans les éléments sensibles mentionnés les faces en bout des butées et des embases sont en contact par toute leur surface avec les faces en bout de la pièce d'insertion. Uhe telle réalisation des éléments sensibles a pour conséquence qu'une variation de température des pièces d'insertion, des butées et des bases entraîne dans les pièces d'insertion (les butées et les embases) des contraintes mécaniques dues à la différence de variation de leurs dimensions linéaires en fonction de la température. Ces contraintes en s'additionnant à la contrainte mécanique produite par l'effet à mesurer donnent naissance à un signal d'erreur. Au cas où la température des pièces indiquées est la méme suivant tout le volume formé par ces pièces et varie de façon régulière, l'erreur due à la variation de la température peut être réduite, en choisisszt les matières utilisées pour la fabrication des pièces d'insertion, des butées et des embases de manière qu'elles aient dans la mesure du possible les mêmes coefficients de dilatation thermique. Toutefois, on n'y parvient pas toujours, étant dtndladispersion de ces coefficients à l'intérieur d'un type de matière. En outre, la méthode de sélection des matières ayant des coefficients de dilatation thermique identiques devient tout à fait inefficace lorsque la température des pièces d'insertion, des butées et des embases n'est pas régulière ou bien qu'elle ne varie pas simultanément, ce qui a lieu, par exemple, en présence d'un gradient de température dans l'espace où se trouve l'élément sensible, ou lors d'une brusque. variation de température. La présente invention a pour but d'empêcher l'apparition éventuelle de contraintes dues à la température dans la pièce d'insertion, dans la butée et dans ltembase d'un élément sensible faisant partie d'un transducteur de mesure piézo-optique. Pour atteindre ce but, l'invention vise un élément sensible de transducteur de mesure piézo-optique dont la forme assurerait la suppression des contraintes dues à la température dans ses pièces d'insertion, quelle que soit la répartition ou la variation des températures dans le volume de celles-ci. Ce problème est résolu grâce au fait que l'élément sensible de transducteur de mesure piézo-optique, du type comportant une pièce d'insertion en matériau piézo-optique intercalée entre une butée et une embase et rigidement liée à celles-ci, est caractérisé, selon l'invention, en ce que les extrémités de la butée et de l'embase contactant la pièce d'insertion sont réalisées sous forme d'un groupe de tiges. Afin de conserver la rigidité suivant la direction d'action de la force à mesurer, il est avantageux, au cas où la force est dirigée parallèlement aux axes longitudinaux des tiges, par exemple dans un élément sensible travaillant à la compression ou à la traction, que les tiges présentent des sections transversales dont les aires sont en fonction inverse de la distance entre l'axe longitudinal de chacune des tiges et l'axe longitudinal de la pièce dtinsertinn. En outre, dans le cas d'une force agissant perpendiculairement aux axes longitudinaux des tiges, ce qui est par exemple le cas d'un élément sensible travaillant à la flexion, l'une desdites tiges, dont l'axe longitudinal coïncide avec l'axe longitudinal de la pièce d'insertion, peut être réalisée sous forme d'une pyramide tronquée dont la petite base est en contact avec la pièce d'insertion. En vue' d'obtenir un assemblage plus solide de la pièce d'insertion avec la butée et l'embase, les tiges périphériques sont avantageusement plus longues que les autres, de façon qu'elles forment en partie une saillie embrassant la pièce d'insertion. Une telle réalisation de l'élément sensible du transducteur de mesure piézo-optique permet : de réduire notablement les contraintes dues à la température dans le matériau de la pièce d'insertion, quelle que soit la répartition ou la variation des températures suivant le volume de la pièce d'insertion, de la butée et de l'embase, en réduisant ainsi l'erreur due à la température du transducteur de mesure piézo- optique ; due conserver la rigidité de l'élément sensible suivant la irection de l'effet à mesurer, quelle que soit le genre de c ge exercée sur cet élément (compression - faction ou flexion) ; d'assurer un assemblage solide de la pièce d'insertion avec la butée et l'embase. L'invention va Btre expliquée ci-après par la description d'exemples de réalisation concrets mais non limitatifs-, faite en se référant au dessin unique annexé sur lequel - la figure 1 représente l'élément sensible d'un transducteur de mesure piézo-optique (en coupe longitudinale) ; - la figure 2, idem, vue en coupe suivant II-II de la figure 1 - lafigure 3 représente une variante de réalisation de 1' élément sensible proposé d'un transducteur de mesure piézooptique (en coupe longitudxnale) - la figure 4, idem, vue en coupe suivant IV-IV de la figure 3. L'élément sensible de transducteur de mesure piézooptique, représenté à titre d'exemple sur la figue est du type travaillant à la traction. Cet élément sensible -comporte une pièce d'insertion 7 faite en une matière piézo-optique, intercalée entre une butée 2 et une embase 3 et rigidement liée à celles-ci. Les extrémités de la butée 2 et de l'embase 3 se trouvant en contact avec la pièce d'insertion 1 sont réalisées sous forme d'un groupe de tiges 4. Dans l'exemple décrit, les tiges 4 se présente comme des parallélépipèdes rectangulaires. Les tiges 4 (figure 2) ont des sections transversales dont les aires sont en fonction inverse des distances entre les axes longitudinaux 5, 6, 7 (figure 7) de chacune des tiges 4 et l'axe longitudinal b de la pièce d'insertion 1.Ainsi par exemple, d'après les figurez 1 et Lez , la distance séparant les axes longitudinaux 8 et 5 (figure 1) est plus petite poules tiges 4', que celle séparantles axes longitudinaux 8 et 6 pour la tige 4", alors que la distance entre les axes longitudinaux 8 et 6 de la tige 4't est plus petite que celle entre les axes 8 et 7 pour la tige 4"', la section transversale de la tige 4' (figure 2) étant plus grande que celle de la tige 4", et la section transversale de cette dernière étant plus grande que celle de la tige 4"'. Les tiges périphériques 4"' (figure 1) sont plus longues que les autres et forment une saillie 9 embrassant la pièce d'insertion 1. Dans l'exemple considéré de réalisation de l'élément sensible, les tiges 4 dans les groupes sont symétriques relativement à l'axe longitudinal 8 de la pièce d'insertion 7, toutes les faces latérales de chaque tige 4 étant parallèles à cet axe 8 et la distance entre les tiges 4 étant rendue minimale autant que cela est possible au point de vue technologique. Une telle disposition des tiges dans les groupes n'exclut pas, en pratique, la possibilité d'une disposition asymétrique, ainsi que d'une forme différente. Dans l'élément sensible de la figure 1, la pièce d'insertion 7 est en verre à silicate (et peut être faite en un monocristal) dont les propriétés varient sous l'effet des contraintes mécaniques. 'a butée 2 et l'embase 3 sont en un matériau robuste et rigide transmettant bien la charge mécanique, et dans ce cas concret, en métal. A l'endroit de contact dAla butée 2 avec la pièce d'insertion i, et de cette dernière avec l'embase 3, est réalisée une jonction rigide supportant assi bien la compression que la traction obtenue dans le cas considéré (par collage de ces pièces). L'élément sensible proposé d'un transducteur de mesure piézo-optique travaillas à la flexion est représenté sur la (figure 3). Cet élément sensible est similaire à celui de la figure 1, mais en diffère par le fait que l'une des tiges 10 (figure 3) de la butée il et de l'embase 12 (tige -centrale), dont l'axe longitudinal coïncide avec l'axe longitudinal 13 de la pièce d'insertion 14, se présente comme une pyramide tronquée dont la petite base est en contact avec la pièce d'insertion 14. Les autres tiges 15 ont une forme parallilépipédique rectangulaire et toutes les particularités qui sont propres aux tiges 4 (figure 1) sont conservées. Les sections transversales des tiges 15 et de la tige 10 sont représentées sur la figure 4. Le principe de fonctionnement de la structure proposée de l'élément sensible d'un transducteur de mesure piézo-optique consiste en ce qui suit. Une force N à mesurer (figures 1, 3) est transmise par l'intermédiaire de la butée 2 (figure 7) et de l'embase 3, ou de la butée 11 (figure 3) et de l'embase 12, à la pièce d'insertion 1 (figure 1) ou à a pièce d'insertion 14 (figure 3), et dans cette dernière apparaissent des contraintes mécaniques qui se. transforment ensuite en un signal util de sortie du transducteur de mesure piézo-optique. En cas de variation de la température ambiante, la pièce d'insertion 1 (figure 1), la butée 2, l'embase 3, ou bien la pièce d'insertion 14 (figure 3), la-butée 11 et l'embase 12, varient en dimensions. Vu que la rigidité des tiges 4 (figure 1) et 15 (figure 3), de l'embase 3 (figure 1) et 12 (figure 3) et de la butée 2 (figure 1) et il (figure 3) dans les directions perpendiculaires aux axes longitudinaux 5, 6, 7 (figure t) respectifs de ceux-ci et aux axes longitudinaux 16, 17 (figure 3), est faible, et que la zone de contact des tiges 4 ou 10, 15 et de la pièce d'insertion 1 ou 14 est petite, les composantes de la contrainte de la pièce d'insertion 1 ou 14 perpendiculaires aux axes longitudinaux 5, 6, 7 ou 16, 17 respectivement des tiges 4 ou 15 sont notablement affaiblies.Cela-simplifie et réduit les autres composantes de contrainte de la pièce d'insertion. La réalisation constructive proposée des extrémités de la butée-et de l'embase de l'élément sensible permet de diminuer de plus de 20 fois les contraintes dues à la température dans la pièce d'insertion. Dans la meme proportion est diminuée l'erreur du transducteur due à la température. La diminution de la rigidité de l'élément sensible dans la direction d'action de la force N (figure 1) est proportionnelle au rapport de la somme des surfaces que présentent les sections transversales des tiges 4, la butée 2 et de l'embase 1 et de la surface en bout totale de la butée ou de l'embase. Ce rapport peut être facilement rendu égal à 3/4. La réduction de la section transversale des tiges 4 dans la direction périphérique est due à ce que les tiges périphériques subissent pendant un chauffage le plus grand déplacement, et leur rigidité transversale doit être diminuée par comparaison avec celle des tiges centrales. Ia tige centrale qui ne subit aucun déplacement présente une section transversale supérieure à celle des tiges périphériques. Dans le cas où l'élément sensible travaiile à la flexion (figure 3) , en vue de conserver la rigidité suivant la direction de la force N, la tige centrale 10 de la butée 11 et de l'embase 12 est réalisée sous forme d'une pyramide tronquée dont l'axe longitudinal coïncide avec l'axe 13 de la pièce d'insertion 14. Ia petite base de la tige 10 est orientée vers la pièce d'insertion 14 et en contact avec cette dernière. La disposition des tiges 4 (figure i) et 15 (figure 3) symétriquement par rapport aux plans parallèles aux faces latérales de ces tiges et passant par l'axe longitudinal 8 (figure 1) de la pièce d'insertion 1, et parallèles aux faces latérales de ces tiges et passant par l'axe 13 (figure 3) de la pièce d'insertion 14, est optimale au point de vue de la symétrie de transmission des flux thermiques et de la symétrie des contraintes. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs con bina sons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Elément sensible d'un transducteur de mesure piezo- optique, du type comportant une pièce d'insertion constituée d'une matière piézo-optique, située entre une butée et une embase et rigidement liée à celles-ci, caractérisé en ce que l'extrémité de la butée et celle de l'emhase qui sont en contact avec la pièce d'insertion sont réalisées chacune sous forme d'un groupe de tiges. 2. Elément sensible d'un transducteur de mesure piézo-optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites tiges présentent des sections transversales dont les aires respectives sont en fonction inverse de la distance entre l'axe longitudinal le la tige considérée et l'axe longitudinal de la pièce d'insertion. 3. Elément sensible d'un transducteur de mesure piézo-optique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tige de butée et la tige d'embase dont les axes longitudinaux respectifs coincide avec l'axe longitudinal de la pièce d'insertion se présente chacune sous forme d'une pyramide tronquée dont la petite base est en contact avec la pièce d'insertion. 4. Elément sensible d'un transducteur de mesure piézo-optique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tiges périphériques de la butée et de l'embase sont plus longues que les autres et forment en partie une saillie embrassant la, pièce d'insertion.