Brevet FR2480444A1 — publié le 19811016

-2480444 La présente invention concerne un sismomètre. On sait que les sismomètres mesurent les ébranlements du sol provoqués par des causes naturelles telles que les tremblements de terre, ou artificielles, telles que les explosions. Un sismomètre moderne se compose d'un capteur de déplacements du sol, qui utilise le plus souvent l'inertie d'un pendule,- d'un transducteur qui transforme en une force électromotrice lé déplacement ou la vitesse du déplacement du pendule, et d'un amplificateur électronique de cette force électro-motrice. On connaît différents sismomètres de fabrica- tion française et étrangère. Ces appareils peuvent être répartis schématiquement en deux catégories. Les uns, tris performants sur le plan de la sensibilité, possèdent une fréquence propre qui est voisine de 1 hertz. Ils sont généralement étalon- nables et testables a distance. Cependant, leur concep- tion mécanique ne leur permet pas de mesurer des accélérations importantes de l'ordre de 0,2g à 0,5 Hertz. En effet, de telles accélérations se traduisent par des déplacements relatifs bobine-aimant trop importants pour ces appareils. D'autres sismomètres, moins sensibles, possèdent une fréquence propre qui est en général égale ou supérieure à 1 Hertz. Ces sismomètres peuvent mesurer des déplacements importants. Ils ne possèdent généralement pas de bobine de calibration, ni de possibilités d'ajuster finement la fréquence propre. Ils ne sont en général pas équipés d'électronique interne. Le sismomètre selon la présente invention réunit les avantages des deux types d'appareils préau- demment décrits. Il possède une grande sensibilité -2480444 tout en permettant de mesurer des accélérations impor- tantes. En raison de ces caractéristiques, ce sismo- mètre trouve une application particulièrement avanta- geuse dans la sécurité d'un réacteur nucléaire en cas de séisme. En effet, pour une telle application, -il est avantageux que le sismomètre soit capable de mesurer des accélérations comprises entre 0,01g et 0,2g dans une gamme de fréquences comprises entre 0,5 et 30 Hertz..Il est nécessaire de disposer d'une voie de mesure verticale et de deux voies de mesures horizontales. On réalise ainsi un ensemble de trois capteurs permettant de mesurer l'intensité du séisme suivant les trois axes. Un ensemble de trois voies de mesure électro- nique est installé à environ 250 m des capteurs. Un cible de grande longueur transmet le signal délivré par les capteurs à l'ensemble de mesure électronique. Plus précisément, le sismomètre selon l'in- vention comporte: - un aimant permanent solidaire d'une plaque support; une lame mince flexible encastrée à l'une de ses extrémités dans un support lui-même solidaire de ladite plaque support et portant à l'autre extrémité une bobine mobile librement dans l'entrefer de l'aimant permanent; - un amplificateur électronique de la force électro- motrice induite dans la bobine par un déplacement de celle-ci dans l'entrefer de l'aimant. De préférence, le profil de ladite lame ltince flexible présente un renflement dans la partie qui se trouve au niveau du ventre correspondant au premier mode de vibration partielle. On sait en effet que dans le cas d'une lame vibrante, il existe d'autres 2450Q444 modes de vibration eue le mode fondamental Cuest pourquoi, afin de reporter le premier mode partiel à une fréquence plus élevéee la lame a été épaissie au niveau du ventre qui se trouve au voisinage de extrémité de la lame pour ce premier mode partiel. De préférence, la lame flexible porte en outre à son extrémité libre une masse additionnelle équilibrant le poids de la bobine de telle sorte que le centre de gravité de l'équipage mobile ainsi constitué se trouve dans l'axe du profil de la lame flezible0 Cette disposition permet de diminuer la sensibilité du sismom tre aux efforts transverses. Afin de permettre le réglage fin de la réquence prropre du sisometre selon l'invention, le support e la lame flex ible comporte des moyens pour régler la l'ingueur de celle-cio D'autres caractéristiques et avantages de l invcin appararcront mieuu apres la description crui suit d6ezemples de réalisation donnes a titre f:plicatif et nu!llement limitatif en référence aux dessins annexès, sur lesquels le figure 1 représente schématiquement un sis-motr e verticil se.orn l'invention, la figure 2 représente schématiquement un smomei tre horzontal seilon leinvention, fiure 3 représente une vue de détail du szitre représenté sur lafigure le la figure 4 représente une vue de détail imontrant en particulier le dispositif de blocage de!équipage mobile9 la figure 5 représente une vue en coupe sel n la 2ig n |e A=mA de la igure 4b !a figure 6 reprsente une vrue de dessus dn ismmtre vertical se1o ld invention9D et la frigure 7 represcnte schématiquement e cy. Apliîation situés à la sortie du sAmome ref. On a représenté sur les figures 1 et 2, deux variantes de réalisation d'un sismomètre selon l'invention. La figure 1 représente un sismomètre destiné à mesurer la composante verticale d'un ébran- lement du sol, tandis que le sismomètre représenté sur la figure 2 est destiné à mesurer une composante horizontale de cet ébranlement. En effet, comme on le sait, les capteurs modernes possèdent un seul degré de liberté et enregistrent la composante du mouvement du sol suivant une seule direction. Pour obtenir un enregistrement complet, il faut donc dispo- ser d'un capteur pour la composante verticale, et de deux capteurs pour deux composantes horizontales perpendiculaires par exemple, nord-sud et est-ouest. Sur ces figures, on a désigné par la réfé- rence 2 la plaque support, par la référence 4 l'aimant permanent et par la référence 6 la lame flexible. Cette lame flexible est encastrée à l'une de ses extrémités dans un support 8 lui-même solidaire de la plaque support 2. La lame flexible 6 porte à son autre extrémité une bobine 10 mobile librement dans l'entrefer 12 de l'aimant 4. Une masse additionnelle 14 équilibre le poids de la bobine 10 de manière à ce que le centre de gravité de l'équipage mobile ainsi constitué se trouve dans l'axe du profil de la lame flexible 6. Le principe de fonctionnement est le même pour les deux appareils. En particulier, l'équipage mobile est identique. Seuls quelques détails de réali- sation distinguent ces deux appareils.-On remarque que la plaque support 2 du sismomètre vertical est horizontale, tandis que celle du sismomètre horizontal est verticale. Une autre différence concerne le dis- positif de blocage de l'équipage mobile, dispositif utilisé pendant les transports. Pour le sismomètre -2480444 vertical, le dispositif de blocage peut être actionné de l'extérieur de l'appareil. Par contre, dans le cas du sismomètre horizontal, il est nécessaire d'ouvrir l'appareil pour y accéder. L'ensemble constitué par la plaque support 2, par l'aimant 4, par l'équipage mobile et par le support 8 est logé à l'intérieur d'un boîtier en alliage léger 18 obtenu par fonderie. Le bottier 18 est entièrement étanche et permet un fonctionnement du sismomètre en extérieur par tous temps. Le bottier 18 se compose d'une platine 20 et d'une cloche 22 fixée sur la platine par huit boulons 24. La jonction entre la platine 20 et la cloche 22 est rendue étanche par un joint torique 26. Sur la platine 20, on trouve encore le connecteur de sortie étanche 28, le dispo- sitif de commande du système de blocage de l'équipage mobile 30, et enfin un bouchon de décompression (non représenté). La cloche 22 est munie d'une poignée 32 pour le transport de l'appareil. La figure 3 représente une vue de détail du sismomètre vertical représenté sur la figure l1 On reconnaît la plaque support 2, l'aimant 4, la lame flexible 6 encastrée dans le support 8 à l'une de ses extrémités et portant à l'autre extrémité une bobine 10 équilibrée par une masse additionnelle 14. La lame vibrante 6 est réalisée en uChrysocal". Elle a une longueur de 10 cm, une largeur de 1 cm. Son extrémité 6a possède une épaisseur de 1 mm, tandis que celle de l'extrémité 6b n'est que de 0,5 mm. En effet, cette lame a été étudiée pour vibrer selon son mode fondamental à 5 Hertz, lorsqu'elle est chargée en bout par la bobine de mesure 10 et par la masse additionnelle 14. On sait en effet que dans le cas de lames vibrantes, il existe d'autres modes de vibration que le mode fondamental, les modes partiels qui résonnent à des fréquences supérieures à celles du mode fondamental. Si la lame vibrante 6 possédait une épaisseur constante, ce premier mode partiel serait d'environ 31 Hertz. Afin de reporter celui-ci à une fréquence plus élevée, la lame 6 a été épaissie au niveau du ventre qui se trouve au voisinage de l'extrémité de la lame pour ce mode. Cette épaisseur a été portée à 1 mm, ce qui permet, avec un mode fondamental de fréquence 5 Hertz, de reporter la fréquence du premier mode partiel à une valeur supérieure à 70 Hertz. D'autre part, le coefficient de surtension obtenu sur ce premier mode partiel a été très fortement diminué en assurant un amortissement électrodynamique à vide par circulation de courant de Foucault dans le mandrin 34 de la bobine 10 réalisé en aluminium. Trois lumières pratiquées dans le mandrin 34 permettent, en ajustant la résistance ohmique de ce dernier, de régler à une valeur 0,5 le coefficient d'amor- tissement à vide du pendule équivalent. La bobine 10 comporte 2000 tours en fil de duivre de 56 centièmes de millimètre de diamètre. Ce fil est bobiné sur le mandrin en aluminium 34 qui est lui-même fixé à un support en Plexiglass 36. La bobine 10 est rendue solidaire de la lame vibrante 6 par l'intermédiaire de deux rondelles 38 et 40 fixées par la tige filetée 42. La bobine comporte encore un enroulement secondaire de deux cents tours permettant d'étalonner le capteur. La masse additionnelle 14 qui est également fixée à la bobine 10 et aux rondelles 38 et 40 à l'aide de la tige filetée 42 permet d'obtenir une fréquence propre de 5 Hertz avec la lame précédemment définie. Elle permet également de situer le centre de gravité de l'ensemble mobile dans le plan de la lame 6, donc de diminuer la sensibilité au: efforts transversaux. infinl, la masse additionnelle 14 peut etre bloquee par des pinces qui permettent limmlobilisation de l'équipage mobile pendant le transport du sismomètreo La fréquence propre du sismomrètre selon l'invention peut être réglée avec précisiono On fait varier cette fréauence propre en réglant la longueur de la lame flexible 6. A cet effet, la lame flexible 6 est serrée à son extrémité sur le support 8- par une plaquette 44 f.iée par des vis 45 La pièce 46, mtobile en translation coulisse sur deux broches 48 parallèLes à 2iar9e de la lame flexible 6. Une vis m1croetrue 50 montee I l'une de ses extrémteés Sur un roueme.-nt ai billes 51 permet de regler avec précision la position de la pièce mobile 46 Une plaqueitte 52 -serée par des vis 54 réalise un encas- treent de la lame fle Xible 6 sur la pièce 46e Un core _éc.u 56 permet de bloquer la vis 50 en rota- Ziono DeLuz vis 58 bloquent la pièce 46 sur chacun des arbres 4U Laimant 4 est fixé sur la plaque support. 2 par une vis 59 - 1 est par conséquent solidaire du sol. C'est unr airrmant cyindrique en 'Ticonali poss clant deux armatures 60 et un noyau 62 qui définit un champ magné-ikue radial et uniforme dans un entrefer cylintdraue 12 de 4 mL de!@.argeuro L sisitmom6tra selon 7 invention comporte un dispositif de blocage el l'équDipage mobile Ce dispositif de blocage est plus particulièrement visible vur lea iogue l l est constitué de deux mâchoires 64 pv;otant autour d'un axe d articulation 66 fixé sur un support d'articulation 68 luirl=mme solidaire da =la plque support 20 Luécarteur 70 est solidaire d1un remie-r ae 72o Cet axe 72 reut etre entralne É48O444 de l'extérieur de l'appareil par l'intermédiaire d'un deuxième axe perpendiculaire au premier, ce deuxième axe étant actionné au moyen d'un levier extérieur, le mouvement étant transmis du premier axe au deuxième axe par l'intermédiaire d'un couple conique (non représenté). L'écarteur 70 est représenté en position de déblocage du dispositif. En traits pointillés, on a représenté la position de ce même écarteur désigné par la référence 70a, en position de blocage. Sous l'écarteur se trouve une came 74 qui définit la position de l'écarteur. Cette came comporte une encoche 75 à l'intérieur de laquelle s'engage une bille 76 contrainte par un ressort 78. La figure 5 représente une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 4. Cette figure montre en particulier le dispositif de réglage de la fréquence propre de la lame flexible. La pièce 46 mobile en translation, représentée ici de face, coulisse sur les deux broches 48. La vis micrométrique 50 représen- tée en coupe permet de régler avec précision la posi- tion de la pièce mobile 46. On remarque également les deux vis 58 qui bloquent la pièce 46 sur chacun des arbres 48. La plaquette 52 serrée par des vis 54 permet de réaliser un encastrement de la lame flexible 6 sur la pièce 46. On a égaiement représenté sur cette figure , en traits pointillés, la masse additionnelle 14 et les deux mâchoires 64 qui permettent de l'immobi- liser pendant le transport de l'appareil. La figure 6 représente une vue de dessus d'un sismomètre vertical selon l'invention. Cette figure montre la pièce 64 articulée en son milieu autour d'un axe 66. On remarque la forme des mâchoires aptes à serrer bien fort la masse additionnelle 14. Le ressort 78 tend à rapprocher les deuxièmes extrémités 67 des pièces 64. L'écarteur 70 est repré- senté en position de déblocage des mâchoires.65. D - ^ - - - Lorsqu'on fait pivoter, au moyen d'une commande exté- rieure l'écarteur 70 de 900, ce dernier agissant à l'encontre de la force du ressort 78 écarte l'une de l'autre lesdites deuxièmes extrémités 67 des pièces 54, ce qui a pour effet de rapprocher les mâchoires , et par conséquent de bloquer l'équipage mobile porté par la lame flexible 6. La cloche 22, représentée en coupe, comporte deux hublots. Le premier, situé sur la partie supérieure horizontale, permet de voir l'ensemble de l'équipage mobile ainsi que le dispositif à bulles 82 d'indication de niveau, qui permet de vérifier la position horizon- tale du sismomètre. Ce premier hublot n'est pas repré- senté sur la figure 6. La cloche 22 comporte un deuxième hublot, désigné sur la figure 6 par la référence 84. Le hublot 84, situé sur la partie latérale de la cloche permet de vérifier de façon précise le bon positionnement de la bobine de mesure 10 dans l'entrefer 12 de l'aimant 4. Les deux hublots sont plaqués à la cloche 22 par l'intermédiaire de deux anneaux vissés qui compriment un joint torique. La cloche 22 possède également sur sa partie supérieure une poignée de transport escamotable 86. En référence à la figure 7, on a représenté schématiquement les moyens d'amplification situés à la sortie du sismomètre conforme à l'invention. Ces moyens d'amplification comprennent un adaptateur d'impédance 90 relié à la bobine mobile 10 représentée schématiquement sur la figure. Un circuit correcteur 91 est connecté en sortie de l'adaptateur 90, pour corriger l'amplitude et la phase de la fonction de transfert de l'ensemble formé par l'adaptateur d'impé- dance 90 et le pendule. Ce circuit correcteur permet d'abaisser la fréquence propre du pendule équivalent, -3480444 de manière à faciliter les mesures des signaux basse fréquence, au moyen d'appareils de mesure classiques. Enfin, les moyens d'amplification comprennent un préamplificateur 92 dont la sortie 93 fournit des signaux représentatifs de la force électromotrice induite dans la bobine; cette force électro-motrice est proportionnelle à la vitesse de déplacement de la bobine. Le capteur selon l'invention peut être utilisé, en raison de ses caractéristiques particu- lièrement avantageuses, à la sécurité d'un réacteur nucléaire. Dans ce cas, le signal de haut niveau qu'il délivre est transmis, par l'intermédiaire d'un câble de grande longueur, à une électronique centralisée de traitement du signal. ll REVENDICATIONS 1. Sismometre caracterise en ce qu'il com- prend un aimant permanernt (4) solidaire d'une plaque support (2) - une lame mince flexible (6) encastr4e à l'une de ses extrrmites dans un support (8) lui-même solidaire de la plaque support (2) et portant à l'autre extré- riit une boabin% (10) -ibrement mobile dans l'entrefer de l'aimant permanent (4) = des moyens (92) d amplification de la force électro- otrice indu-ie dans la bobine par un déplacement de cele-ci dans l'entrefer de l'aimanto 2o îSiîỏâitre selon la revendication 1I caractérisé S nA ce que ladite lame flexible (G) porte en outre e son eztremite libre une masse additzonnelle (l4, cgui!ibLrant e poids de la bobine {(10) de telle sorte que le centre de gravité de léquipage mobile ainei constitué se trouve dans lPaxe du profil de la lame fleiîble (6) 3, Sismomi&tre selon l'une quelconque des revendications i et 2D caractérisé en ce que le profil (6) de ladite lame mince flexeible présente un renfle- ment eas la partie qui se trouve au niveau du ventre correspondant au premier mode de vibration partielo 4o Sismomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3D caractéris en ce que le support de la lame fleszible (6) tomporte des moyens pour r lgtr a longueur de cette dernièreo o Sismoàomere salon la revendication 4= caracterise sen ce que lesdits moyens pour regler la longueur de ladite lamrie flexible (6) sont constitués par de premiers moyens (44, 45) solidaires du support (0) pour pincer la lame, et par de seconds moyens 248s44a (46, 52) mobiles en translation pour pincer la lame (6) en un point variable de son profil, lesdits seconds moyens pouvant de plus être bloqués ence point. 6. Sismomètre selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens (44, 45) pour pincer la lame sont constitués par le support (8) lui-même et par une plaquette (44) serrant, au moyen de vis (45), la lame (6) sur le support (8), lesdits seconds moyens (46, 52) mobiles en translation étant constitués par une pièce mobile en translation (46), coulissant sur deux broches (48) parallèles à l'axe de la lame flexible (6) et mue dans les deux sens par un système de vis-écrou (50), un contre- écrou (56) assurant le blocage de ladite vis (50) en rotation, tandis que des vis (58) permettent de bloquer ladite pièce mobile (46) sur les broches (48), en un point quelconque. 7. Sismomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de blocage de l'équipage mobile, ce dispositif étant constitué par deux pièces (64) articulées approximativement en leur milieu autour d'un axe (66), les premières extrémités desdites pièces (64) formant des mâchoires (65), aptes à serrer la masse additionnelle (14) solidaire de la lame flexible (6), les deuxièmes extrémités (67) étant sollicitées à se rapprocher sous l'action d'un ressort (78) situé entre lesdites deuxièmes extrémités (67), les mâchoires (65) s'écartant lorsque les deuxièmes extrémités s'écartent sous l'action d'un écarteur (70), lui aussi situé entre lesdites deuxièmes extré- mités (67). 8. Sismomètre selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit écarteur (70) solidaire d'un premier axe (72) qui peut être actionné de l'exté- rieur par un levier entraînant en rotation un deuxième axe, qui lui-même entraîne en rotation ledit premier axe par un couple conique, la position de l'écarteur (70) étant définie par une came contrainte par un ressort. 9. Sismomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par la plaque support (2), l'aimant permanent- (4), le support (8) de la lame flexible (6), l'équipage mobile et l'amplificateur électronique est logé à l'intérieur d'un boîtier étanche, ledit boitier étant constitué par une platine (20) sur laquelle on trouve un connecteur de sortie étanche (28), un bouchon de décompression, et par une cloche (22), fixée par des boulons sur la platine, une liaison étanche entre la platine (20) et la cloche (22) étant assurée par un joint torique. 10. Sismomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la bobine (10) est enroulée sur un cylindre d'aluminium (34) dans lequel sont pratiquées des lumières permettant, en ajustant la résistance ohmique dudit cylindre, de régler le coefficient d'amortissement à vide du pendule équivalent. 11. Sismomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'aimant permanent (4), réalisé en ticonal, possède deux arma- tures (60) et un noyau (62) et en ce qu'il définit un champ magnétique radial et uniforme dans un entrefer (12) cylindrique de 4 mm de largeur. 12. Sismomètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la bobine (10) possède un enroulement secondaire permettant d'étalonner le sismomètre. 13. Sismomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'amplification comprennent un adaptateur d'impédance (90) relié à la bobine mobile (10), un circuit correcteur (91), connecté en sortie de l'adaptateur (9o) pour corriger l'amplitude et la phase de la fonction de transfert de l'ensemble formé par l'adaptateur d'impédance (90) et le pendule, de manière à abaisser la fréquence propre de ce pendule et un préamplificateur (92) dont une sortie fournit des signaux représentatifs de la force électromotrice induite dans la bobine (10), cette force électro-motrice étant proportionnelle à la vitesse de déplacement de la bobine (10).