Brevet FR2356947A1 — publié le 19780127

La présente invention concerne d'une façon générale la détection et la mesure d'accélération et elle concerne plus particulierement un capteur capable d'engendrer un signal électrique représentant l'accélération ou la décélération d'un objet qui le porte. On connait actuellement divers dispositifs de détection ou de mesure d'accélération, ceg dispositifs présentant plusieurs inconvénients dont notamment la nécessité de prévoir un nombre élevé de pièces mécaniques en mouvement permettant d'engendrer le signal recherché, et un temps de réponse relativement long. Ce dernier inconvénient se fait sentir particulièrement dans le cas des capteurs pour fusées d'amorçage de certains engins tels que bombes, roquettes, projectiles et autres. En particulier, lorsqu'il s'agit de telles fusées du type ogive, il est essentiel que l'information d'accélération (ou de décélération) soit disponible aussi rapidement que possible. L'invention a pour but de fournir un capteur d'accélération capable de remédier aux inconvénients précités et d'engendrer une information d'accélération quasi instantanée de manière à présenter un temps de réponse excessivement faible. Elle a donc pour objet un capteur d'accélération positive ou négative canpartant une enveloppe dans laquelle sont logesaStune part une une masse d'inertie et, d'autre part, au moins un élément transducteur destiné a engendrer un signal électrique en réponse à un mouvement relatif de ladite masse par rapport à l'enveloppe, dû à une accélération de celle-ci, caractérisé en ce que ledit élément transducteur comprend un complexe de deux électrodes entre lesquelles est insérée une couche d'une matière déformable capable d'engendrer un signal éle ctrique en réponse à une pression exercée sur elle, et en ce que ce complexe est serré au moins partiellement entre au moins une partie de ladite masse d'inertie et une portion de paroi de ladite enveloppe. Grâce 9 ces caractéristiques, et notamment de la matière sensible à la pression et du contact direct qui existe entre la masse d'inertie et le complexe comportant cette matière, la réponse du capteur est extrêmement rapide, la variation électrique de la matière sensible survenant dès qu'une pression est exercée sur elle. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite matière sensible a la pression est une matière plastique chargée de particules conductrices. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel les Fig. 1 et 2 montrent des vues en coupe de deux modes de réalisation d'un capteur d'accélération suivant l'invention. I1 est à noter que le terme "accélération" utilisé dans le présent mémoire désigne l'accélération positive ou négative (décélération), l'accélération négative pouvant aller jusqu a une valeur- correspondant à un choc violent, tel que celui résultant de l'impact au sol d'un engin largué d'un avion, par exemple. Sur la Fig. 1, on a représenté un boîtier 1 de forme cylindrique et réalisé de préférence en acier ou en un autre matériau analogue de très forte résistance mécanique. Ce boîtier est muni d'un couvercle 2 qui est au contraire réalisé en un matériau de résistance mécanique moyenne pouvant se déformer sous l'action d'un choc violent. Dans le cas représenté, ou le capteur est destiné à constituer la tête d'une fusée d'ogive montée sur un projectile (non représentés) ,le couvercle 2 revêt la forme d'un dôme sphérique. Le boîtier 1 contient un support 3 en un matériau isolant qui est muni d'un col 4 inséré dans un trou circulaire 5 du fond du boîtier. Ce support 3 comporte, du côté opposé au fond du boîtier, une cavité tronconique 6 coaxiale à ce dernier et se terminant en un canal cylindrique 7 qui débouche sur le trou circulaire 5. Le couvercle 2 présente à l'intérieur une cavité 8 à peu près cônique qui,avec la cavité 6 du support 3, délimite une chambre 9 dont la section est à peu près carrée. Sur le fond de la cavité 6, est appliqué un élément transducteur composite 10 de forme troncônique également. Cet élément comprend trois couches superposées, à'savoir à savoir 1) une couche 11 en un métal bon conducteur de l'électricité, du cuivre argenté par exemple, formant une première électrode ; 2) une couche 12 plus épaisse en un matériau dont la résistance électrique varie en fonction d'une pression qui est exercée sur lui, ce matériau peut être une matière plastique chargée de particules conductrices de très faible dimension réparties dans cette matière.Par exemple, on peut utiliser une matière plastique aux silicones ainsi chargée. I1 s'est avéré que le produit vendu sous la dénomination commerciale "Graymagic" par la Société LAREINE MICROELECTRONIQUE, 53 rue Notre Dame de Paris 75003 PARIS, est très satisfaisant 3) une couche 13 en un métal bon conducteur de 11 électricité tel que le cuivre argenté et formant une seconde électrode. Une douille 14 est soudée à l'extrémité étroite de l'électrode 11 et cette douille est sertie sur le support 3 en 15. Elle reçoit un bouchon creux 16 et est connectée électriquement à un fil de sortie 17. Dans le bouchon 16, est insérée une seconde douille 18 soudée à l'électrode 13 et sertie à l'extérieur sur ce bouchon en 19. Elle est reliée à un deuxième fil de sortie 20. La cavité 9 sert de logement à une masse d'inertie sphérique 21 formée par une bille 22 en un matériau dense (plomb, acier ou autre) entourée par une enveloppe 23 en un matériau isolant dur. La masse 21 est immobilisée dans la chambre 9 en s'appuyant par deux petits cercles respectivement sur la paroi de la cavité 8 du couvercle 2 et sur la couche 13 de l'élément transducteur 10. Les fils 17 et 20 sont reliés à un circuit électrique de mise à feu 24 comportant par exemple de façon connue en soi, un générateur de courant délivrant du courant à une chaîne pyrotechnique 25 de la fusée d'ogive du projectile. Le fonctionnement de ce capteur d'accélération est le suivant. Lorsque la tête du projectile formée par ce capteur heurte un sol dur, et si la direction du choc ainsi engendré est située dans une demi -sphere,(définie à gauche du plan de séparation du bottier 1 et du couvercle 2 sur la Fig. 1), la masse d'inertie 21 est refoulée vers l'arribre par déformation du couvercle 2, en venant exercer une certaine pression sur l'élément transducteur 10. Une certaine partie de la couche sensible 12 sera écrasée, cette partie étant-détermiee. par la direction de l'impact.La partie écrasée aura une résistance électrique nettement inférieure à celle qu'elle présentait auparavant et il en résulte donc une diminution de la résistance qui se trouve connectée entre les fils 17 et 20, d'autant plus importante que la pression exercée est plus forte, cette résistance pouvant même être annulée complètement suivant la nature du matériau utilisé pour la couche 12 et la pression exercée. Cette variation électrique peut provoquer la production d'un courant électrique par le générateur 24 et initier ainsi le fonctionnement de la chaîne pyrotechnique 25. Si le capteur que l'on vient de décrire constitue la tête d'une fusée de culot montée sur un projectile, le fonctionnement est quelque peu différent en ce sens que le couvercle 2 ne sera pas déformé. La masse 21 peut alors agir soit par inertie pure, si la direction du choc coincide à peu près avec l'axe du capteur, soit par inertie combinée avec l'action de la paroi de la cavité 8 sur laquelle la masse vient "rouler" a un endroit déterminé par a direction du choc. Le comportement électrique de l'élément transducteur 10 est le même que précédemment, à savoir qu'une résistance électrique moindre s'établit entre les fils 17 et 20. La valeur de la résistance entre ces fils peut éventuellement être maintenue si l'électrode 13 subit une déformation permanente dans la zone de pression définie par la direction du choc. Cependant, la résistance initiale de la couche 12 peut également être rétablie, lorsque la décélération due au choc, retombe à une valeur déterminée, à condition que les électrodes 11 et 13 soient capables de reprendre leur état initial lorsque la pression de la masse 21 disparait. Sur la Fig. 2, on a représenté un autre mode de réalisation d'un capteur suivant l'invention. Ce capteur comprend une enveloppe extérieure 26 métallique permettant de le monter sur une fusée d'ogive où sur une fusée de culot. Il comporte deux unités identiques à celle représentée sur la Fig. 1 montées en opposition l'une par rapport à l'autre, les boitiers 1A et 1B étant rendus solidaires au moyen d'une baaue de connexion 27. Les éléments transducteurs 10A et lOB de ce capteur sont reliés en parallèle et fonctionnent de la même façon que celui de la Fig. 1. En d'autres termes, les électrodes 11 et les électrodes 13 des deux éléments sont connectées les unes aux autres, respectivement par deux parres de fils 28, 29 et 30, 31. La masse d'inertie 21 est commune aux deux éléments transducteurs 10A et 10B et grâce à cet agencement, le capteur de la Fig. 2 est sensible dans toutes les directions. Dans les deux modes de réalisation décrits, le contact entre la masse d'inertie et chaque élément transducteur est réalisée selon un petit cercle de la sphere formée par cette masse. Il est possible, selon une variante de réalisation de l'invention qui n'a pas été représentée, de prévoir dans le capteur une masse d'inertie dlune autre forme que sphérique. On peut utiliser par exemple un bloc relativement lourd présentant au moins une fcn aee qui est en contact avec un complexe formé par deuxélectodes et un élément sensible et appuyé contre une face fixe du carter du capteur. Dans ce cas cependant, ce dernier n'aura une sensibilité que selon une direction donnée. Selon une autre variante, il est également possible de prévoir une masse d'inertie entièrement enrobée d'un complexe formant transducteur, variante qui est surtout intéressante dans le cas d'une masse d'inertie sphérique. Bien évidemment dans ce cas, on obtient une sensibilité uniforme dans tout l'espace. Par ailleurs, dans les modes de réalisation décrits, l'élément transducteur comporte une matière sensible flanquée de deux électrodes indépendantes, de préférence en cuivre argenté. I1 est possible, bien entendu, de prévoir d'autres moyens de contact formés par exemple, par un revêtement de métallisation appliqué de chaque côté de la couche de matière sensible. On voit donc que l'invention fournit un capteur d'accélération à réponse extrêmement rapide, le signal électrique étant engendré quasi instantanément du fait de la' proximité (contact direct) de la masse d'inertie avec le transducteur. La réaction de la matière sensible est également très rapide puisque la variation de sa résistance intervient pour une très faible déformation dans la masse de cette matière. REVENDICATI-ONS 1. Capteur d ' accélération positive ou négative comportant une enveloppe danq laquelle sont logés d'une part une masse d'inertie et, d'autre part, au moins un élément transducteur destiné à engendrer un signal électrique en réponse à un mouvement relatif de ladite masse par rapport à l'enveloppe, dû à une accélération de celleci, caractérisé en ce que ledit élément transducteur (10; 10A, lOB) comprend un complexe de deux électrodes (11, 13) entre lesquelles est insérée une couche (12) d'une matière déformable capable d'engendrer un signal électrique en réponse à une pression exercée sur elle, et en ce que ce complexe est serré au moins partiellement entre au moins une partie de ladite masse d'inertie (21) et une portion de paroi (6) de ladite enveloppe (1, 2; lA, 1B, 27). 2. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite matière sensible à la pression (12) est constituée par une couche de matière plastique chargée de particules conductrices. 3. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites électrodes (11, 13) sont formées par une feuille de métal conducteur, par exemple du cuivre argenté. 4. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdites électrodes (11, 13) sont formées par un revêtement de métallisation appliqué sur les faces opposées de ladite matière sensible à la pression. 5. Capteur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite masse d'inertie (21) comprend un corps sphérique, ledit élément transducteur (10) présentant la forme générale d'un cône coiffant une partie dudit corps sphérique en étant en contact avec lui à peu près par un de ces petits cercles, et en ce que ladite enveloppe comprend une surface d'appui à peu près cônique (8) coiffant la partie opposée dudit corps sphérique en étant coaxiale audit élément transducteur (10) et en contact avec ledit corps à peu près selon un petit cércle de celui-ci. 6. Capteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite enveloppe (1, 2) comprend un boîtier (1) en un matériau dur de forme à peu près cylindrique et coaxiale audit élément transducteur (10) et en ce que ce boîtier est coiffé d'un couvercle (2) dans lequel est ménade ladite surface d'appui. 7. Capteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit couvercle (2) est en un matériau peu résistant susceptible de subir une déformation permanente à la suite d'un impact. 8. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les électrodes (11, 13) de forme troncônique sont prolongées par des douilles creuses (14, 18) conformées de manière à pouvoir etre connectées à des fils de sortie (17, 20; 28 à 31). 9. Capteur suivant l'une quelconque des revendications 5 et 8, cette dernière ne dépendant pas des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments transducteurs (1ou, 10B) de forme à peu près cônique, disposés coaxialement de part et d'autre dudit corps sphérique (21).