Brevet FR2541776A1 — publié le 19840831

i ACCELEROMETRES - La présente invention concerne un accéléromètre comportant une bobine de forme tubulaire, disposée coaxialement autour d'un aimant de forme cylindrique. Les accélér-Dmètres comportent généralement une masse sismique qui est montée de manière à se déplacer sous l'effet des forces causées par des accélérations Un déplacement de la masse est capté à l'aide d'un dis- positif de détection, et une force de rappel est appliquée à la masse pour la ramener dans sa position de base, de manière automatique En mesurant la force de rappel, on obtient une indication de l'accéléra- tion. Dans une forme traditionnelle d'accéléromètre, la masse sismique est constituée par une bobine cylindrique montée de manière à se déplacer dans le sens de la longueur d'un aimant permanent cylindrique polarisé axialement Ce montage est complété par un bras qui s'étend radialement à partir de la bobine et qui est monté sur pivot suivant un axe disposé à angles droits par rapport aux axes de la bobine et du bras Un dispo- sitif de détection classique détecte le déplacement du bras et délivre des signaux à la bobine par un circuit de contre-réaction de telle ma- nière que le champ magnétique produit par la bobine exerce, avec ce Jui de l'aimant, une interaction qui tend à ramener la bobine vers sa posi- tion de base La mesure du courant délivré à la bobine fournit un_ -idi- cation de la composante d'acc 1 lération agissant sur laccéléromètre ge- ion l'axe de la bobine. Bien qu'un tel accélérom>tre puisse fonctionner de manière satisfaisan- te, la configuration de la bobine et son montage le rendent relativement encombrant La configuration de la bobine et de l'aimant permanent en- traînent en outre une dispersion considérable des champs magnétiques et un rendement relativement bas. Par conséquent, la présente invention a pour objet de fournir un aoec- léromètre permettant de remédier susbtantiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus. -2 - Dans ce but, la présente invention concerne un accéléromètre du type men- tionné plus haut, caractérisé en ce que l'aimant est polarisé selon un deuxième axe qui est orienté transversalement par rapport à l'axe commun de la bobine et de l'aimant, et en ce que la bobine est montée pivotante autour d'un troisième axe qui est orthogonal audit axe commun et au deuxième axe, de telle manière qu'une composante d'accélération selon le deuxième axe provoque un déplacement angulaire de la bobine autour du troisième axe, cette bobine étant rappelée vers sa position de base par l'effet d'un courant d'excitation. Le troisième axe peut avantageusement être situé à une extrémité de la bobine et la bobine peut être montée sur un arbre qui est coaxial au troisième axe La bobine et l'aimant peuvent être de forme circulaire. Un manchon de matière magnétisable peut être disposé autour de l'aimant de manière à délimiter un entrefer annulaire dans lequel se trouve la bobine Ce manchon s'étend au-delà d'une extrémité de la bobine et il comporte deux encoches opposées, alignées sur le troisième axe, la bo- bine étant montée sur des paliers placés dans ces encoches Le troisiè- me axe peut être situé à proximité d'une extrémité de la bobine et l'ac- céléromètre peut comporter un dispositif de détection du déplacement de la bobine, placé à l'autre extrémité de la bobine La bobine peut être enroulée sur un gabarit, dont une partie s'étend au-delà de l'enroule- ment et constitue un élément d'un dispositif-de détection du déplacement de la bobine Le dispositif de détection peut être du type optique La bobine peut former un seul bloc avec des paliers dans lesquels elle est montée et avec un élément d'un dispositif de détection du déplacement de la bobine. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un accéléromètre selon l'in- vention, et La figure 2 est une vue en plan partiellement coupée de l'accéléromètre de la figure 1. -3 - En référence aux figures, l'accéléromètre comporte une plaque métallique de base 1 de forme circulaire, sur laquelle un couvercle métallique cy- lindrique 2 est soudé le long de son bord inférieur 3 Le couvercle 2 est fermé à son extrémité supérieure 4 et il renferme le mécanisme 5 de l'ac- céléromètre, lequel est porté par la plaque de base 1 De préférence, l'accéléromètre est rempli d'un gaz inerte pour protéger le mécanisme 5. Un plateau horizontal 10 est porté à faible distance au-dessus de la pla- que de base 1, sur deux montants hl et 12, la plaque de base, les mon- tants et le-plateau étant assemblés en un seul bloc Un aimant permanent cylindrique 20 du type samarium cobalt se trouve fixé sur le plateau 10 en position centrée par rapport à l'axe vertical 21 et de l'accéléromè- tre L'aimant 20 est polarisé selon un diamètre qui est perpendiculaire au plan de la figure 1 et qui coïncide avec un axe 23 représenté sur la figure 2. Le plateau 10 porte en outre un manchon vertical rigide 30 en fer doux, dont l'extrémité supérieure 31 est fermée par une plaque supérieure ho- rizontale 32 Le diamètre intérieur du manchon 30 est suffisant pour qu'il subsiste un autre fer annulaire 33 entre le manchon et la surface extérieure cylindrique de l'aimant 20 Deux encoches verticales 34 et orientées axialement sont ménagées dans l'extrémité supérieure du manchon 30 dans des positions respectives diamétralement opposées Les encoches 34 et 35 servent de logement respectif à des paliers à rubis 36 et 37 qui portent chacun une extrémité d'un arbre horizontal 40. L'axe 41 de l'arbre 40 est disposé à angle droit à la fois par rapport à l'axe 21 de l'accéléromètre et à l'axe 23 de polarisation de l'aimant 20. L'arbre 40 supporte une bobine hélico Idale 50 qui est suspendue au-des- sous de lui, dans l'entrefer annulaire 33 situé entre l'aimant 20 et le manchon 30 La bobine 50 comporte des spires annulaires d'un conducteur électrique, qui forment l'enroulement 51 proprement dit et sont dispo- sées sur un gabarit tubulaire 52 de section circulaire La longueur de l'enroulement 51 est un peu inférieure à celle de l'aimant 20, mais le gabarit 52 comporte, du côté o se trouve l'extrémité de gauche de l'arbre 40, une partie saillante 53 en forme de bras Ce bras s'é- -4 - tend verticalement vers le bas à travers une ouverture 54 du plateau 10 et il constitue un élément d'un dispositif de détection 70 logé sous ce plateau L'extrémité inférieure du bras 53 se trouve dans le champ d'un capteur optique 55 qui est monté sur le montant 12 de droite Quand le bras 53 s'écarte de la verticale, le capteur 55 délivre un signal de sortie sur un conducteur 56. Le raccordement électrique de la bobine 50 est réalisé au moyen de deux bornes 57 et 58 montées sur l'arbre 40 Des fils conducteurs 59 et 60 minces et souples raccordent électriquement les bornes 57 et 58 avec des bornes fixes respectives 61 et 62 montées à la partie supérieure du manchon 30 Les fils 59 et 60 sont suffisamment souples pour permettre un déplacement angulaire sans entrave de l'arbre 40 Les bornes 61 et 62 sont raccordées à un bloc électronique de commande 100 qui est fixé sur la face supérieure de la plaque supérieure 32 Les signaux de sor- tie délivrés par le dispositif de détection 70 sur le conducteur 56 sont transmis au bloc de commande 100 Les connexions électriques extérieures du bloc de commande 100 sont réalisées au moyen de bornes 101 disposées sur la face extérieure de la plaque de base 1 et raccordées à l'intérieur de l'accéléromètre au bloc de commande 100. Pour le fonctionnement, l'enroulement 51 et son gabarit 52 constitue la masse sismique de l'accéléromètre, si bien que, si l'accéléromètre est soumis à une accélération qui présente une composante perpendiculaire au plan de la figure 1, suivant l'axe 23, la force agissant sur la bo- bine 50 la fait pivoter autour de l'axe 41 de l'arbre 40 Un tel dépla- cement est immédiatement détecté par le dispositif de détection 70, qui actionne le bloc de commande 100 de manière à fournir à la bobine 51, par une contre-réaction automatique, un courant qui tend à la ramener vers sa position de base On peut observer, plus particulièrement, sur la figure 2, que les lignes de champ 22 de l'aimant 20 se trouvent dans un plan horizontal et recoupent la bobine 51, en utilisant le manchon comme circuit de retour Les lignes de champ 22 coupent dans un sens une moitié de la circonférence de la bobine 51 et dans l'autre sens, l'autre moitié Ainsi, par l'interaction des deux champs magnétiques, une moitié de la bobine 51 est soumise à une force verticale dirigée vers le haut tandis que l'autre moitié de la bobine est soumise à une 2 '2541776 - force égale dirigée vers le bas Ces forces exercent un couple qui tend à faire pivoter la bobine 51 autour d'un diamètre, donc autour de l'axe de suspension 41 Le courant délivré par le bloc de commande 100 à la bobine 51 présente une intensité suffisante pour ramener la bobine à sa position de base et des signaux représentatifs de ce courant sont trans- mis aux bornes 101 en guise de mesure de l'accélération On peut remar- quer que la largeur de l'entrefer annulaire 33 limite le déplacement de la bobine 5 l, mais celui-ci reste toutefois très petit puisqu'une force de rappel tend à maintenir la position de base de la bobine. La construction et la configuration de l'accéléromètre lui confèrent plu- sieurs avantages La configuration de l'aimant 20 et du manchon 30 qui l'entourent déterminent un flux de dispersion très faible et une inten- sité de champ élevée dans l'entrefer 33 Ceci contribue à accroître la sensibilité et le rendement de l'accéléromètre Grâce au montage de la. bobine 51 sur un arbre 40 disposé transversalement à la bobine, on amé- liore la rigidité de la bobine, ce qui augmente la robustesse de l'ac- céléromètre La position du dispositif de détection 70, déplacée dans la direction de l'axe 21 de la bobine, permet de réduire à un minimum le diamètre de l'accéléromètre On peut ainsi réaliser un accéléromè- tre de diamètre limité, mais comportant une bobine relativement grande. La configuration de l'accéléromètre permet aussi de l'assembler facile- ment, puisque la bobine 50 forme un seul bloc avec ses paliers 36 et 37, qu'on peut enfiler simplement dans les encoches 34 et 35 o L'accéléromètre décrit ci-dessus est susceptible de faire l'objet de diverses modifications Par exemple le dispositif de détection 70 peut être situé au-dessus de l'arbre 40 quoique la configuration décrite ici permette un plus grand écartement par rapport à l'arbre 40, donc un plus grand déplacement linéaire de l'extrémité du bras 53 pour un déplacement angulaire donné de l'arbre, sans augmenter la hauteur de l'accéléromè- tre D'autre part, le dispositif de détection peut être d'un autre type, par exemple capacitif ou inductif La bobine 51 et l'aimant 20 ne-doi- vent pas nécessairement être de section circulaire, ils peuvent au con- traire présenter une forme carrée ou rectangulaire. -6 - Revendications 1 Accéléromètre comportant une bobine de forme tubulaire, disposée coaxialement autour d'un'aimant de forme cylindrique, caractérisé en ce que l'aimant ( 20) est polarisé selon un deuxième axe ( 23) qui est orienté transversalement par rapport à l'axe commun'( 21) de la bobi- ne ( 50) et de l'aimant ( 20), et en ce que la bobine est montée pivo- tante autour d'un troisième axe ( 41) qui est orthogonal audit axe com- mun ( 21) et au deuxième axe ( 23), de telle manière qu'une composante d'accélération sclon le deuxième axe ( 23) provoque un déplacement angu- laire de la bobine autour du troisième axe ( 41), cette bobine étant rap- pelée vers sa position de base par l'effet d'un courant d'excitation. 2 Accdléromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième axe ( 41) est situé à proximité d'une extrémité de-la bobine ( 50) 3 Accéléromètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine ( 50) est montée sur un arbre ( 40) disposé à proximité d'une ex- trémité de la bobineet coaxiale au troisième axe ( 41). 4 Accéléromètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine ( 50) et l'aimant ( 20) sont de forme circulaire. Accéléromètre selon l'uns quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un manchon ( 30) en matière magnétisa- ble, disposé autour de l'aimant ( 20) de manière à délimiter un entrefer annulaire ( 33) dans lequel se trouve la bobine ( 50). 6 Accéléromètre selon la revendication 5, caractérisé en ce que le manchon ( 30) s'étend au-delà d'une extrémité de la bobine ( 50) et com- porte deux encoches opposées ( 34 et 35) alignées sur le troisième axe ( 41), et en ce que la bobine ( 50) est montée sur des paliers- ( 36 et 37) placés dans ces encoches ( 34 et 35). 7 Accéléromètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, 254 1776 caractérisé en ce que le troisième axe ( 41) est-situé à proximité d'une extrémité de la bobine ( 50) et en ce que l'accéléromètre comporte un dis- positif de détection ( 70) du déplacement de la bobine placé à l'autre extrémité de la bobine. 8 Accéléromètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enroulement ( 51) de la bobine est enroulé sur un gabarit ( 52), dont une partie ( 53) s'étend au-delà de l'enroulement ( 51) et constitue un élément d'un dispositif de détection ( 70) du déplacement de la bobine. 9 Accéléromètre selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit dispositif de détection ( 70) est du type optique. 10 Accéléromètre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine ( 50) forme un seul bloc avec les paliers ( 36 et 37) dans lesquels elle est montée et avec un élément d'un dispo- sitif de détection ( 70) du déplacement de la bobine.