Brevet FR2557303A1 — publié le 19850628

Détecteur d'accélération fonctionnant par un capteur, suivant le principe des courants de Foucault. La présente invention concerne un détecteur d'accélération. Un regroupement de détecteurs d'accélération, connus dans une certaine mesure également compensés en force, apparat de l'exposé portant le même nom dans le périodique "VFI - Der Versuchs- und Forschungsingenieur", cahier nO 6, 1981 par Siebert. Ainsi, on con nait des détecteurs d'accélération à fonctionnement purement mécanique ou à fonctionnement électrique et mécanique, et qui tous reposent sur la loi de Newton concernant la relation entre la force K agissant sur un corps de masse m et l'accélération appliquée à ce corps et dirigée suivant cette force. Des capteurs d'accélération, mécaniques, simples peuvent être réalisés à l'aide d'une masse suspendue élastiquement, et dont l'amplitude de la déflexion sous l'effet d'une force constitue une mesure directe de l'accélération efficace. I1 est en outre connu de réaliser des capteurs d'accélération à principe piézoélectrique, en liaison avec une masse soumise à la force, capteurs qui sont sollicités par la pression exercée par la masse ou encore on détecte le déplacement de cette masse à l'aide de détecteurs de position à effet capacitif. L'inconvénient des détecteurs d'accélération, connus, est leur structure en partie très complexe les travaux d'ajustage nécessaires ainsi que la nécessité d'une compensation de force pour éviter un effet de secousses sur le système de mesure lors de la prise des signaux, ainsi que l'extension de la plage de linéarité. De plus, il faut éviter de surcharger les modes de réalisation sensibles. Par ailleurs, dans le cas de capteurs susceptibles d'être très surchargés, il faut prendre en compte une résolution relativement mauvaise. I1 existe ainsi un besoin en détecteurs d'accélération qui soient réalisables de façon particulièrement simple et ainsi peu coûteux, qui indiquent avec une sécurité relativement grande le dépassement d'une valeur limite d'accélération, déterminée, et qui, notamment par suite d'une non utilisation, prolongée ou de l'effet d'accélération se trouvant touJours en-dessous d'une valeur limite, ne présentent aucune modification par rapport aux valeurs prédéterminées, ni aucun phénomène de vieillissement. De tels détecteurs d'accélération sont applicables notamment sur des véhicules à moteur par exemple pour commander la mise en oeuvre d'un système de sécurité à poche d'air ou d'un système de blocage des ceintures de sécurité. I1 est en outre connu de détecter les pressions mises en oeuvre par une installation de mesure en forme de boite, dans laquelle une surface métallique est montée à une certaine distance d'une bobine prévue sur une surface antagoniste, et l'écartement des surfaces métalliques qui varie en fonction de la pression se détermine selon le procédé des courants de Foucault (DE-OS 29 46 062). Avantages de l'invention La présente invention concerne un détecteur d'accélération du type ci-dessus caractérisé par un capteur fonctionnant suivant le principe des courants de Foucault, qui forme une surface métallique (revêtement) à une certaine distance d'une surface antagoniste formée par une bobine de mesure, la surface métallique étant prévue à l'extrémité d'un ressort de flexion, fixé par une extrémité et fonctionnant comme oscillateur de flexion. Le détecteur d'accélération selon l'invention a l'avantage de détecter en sécurité l'accélération et la décélération notamment dans le domaine des véhicules à moteur, lorsque ces grandeurs dépassent des grandeurs limites déterminées, tout en ayant une structure particulièrement simple et de ce fait également très fiable. L'invention met en oeuvre le procédé des courants de Foucault et du fait de l'alimentation de la bobine de mesure à l'aide d'une tension de générateur de forme rectangulaire, elle reste indépendante dans de très larges limites de la fréquence du générateur ; on arrive ainsi à une relation linéaire sur une plage étendue entre l'accélération et la tension de mesure fournies. La tension de mesure fournie est dans une forme simple une tension continue utilisable en aval. D'autres caractéristiques de l'invention apparaissent dans la description. C'est ainsi qu'il est particulièrement avantageux que le ressort de flexion soit réalisé en un matériau non ferromagnétique permettant de générer un signal de mesure important malgré une faible sensibilité aux parasites. La fréquence propre du ressort de flexion qui est une surface métallique dans laquelle on induit des courants de Foucault, peut être réglée par le choix correspondant de son épaisseur et de sa longueur pour qu'elle soit suffisamment éloignée de la fréquence de mesure ; en outre, en revêtant le ressort de flexion, globalement ou dans certaines zones avec un matériau élastique, on arrive à un amortissement propre, recherché. La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une coupe transversale schématique d'un mode de réalisation d'un détecteur d'accélération monté sur un support. - la figure 2 est une vue de-dessus du détecteur d'accélération. - la figure 3 est une vue miniaturisée, de-dessus de la bobine de mesure du circuit électronique correspondant. - la figure 4 est un schéma électrique d'un mode de réalisation préférentiel. - la figure 5 représente des chronogrammes des tensions obtenues sur les différents étages du circuit d'exploitation. Description des exemples de réalisation Un ressort de flexion 3 est fixé en oscillateur de flexion, encastré par une extrémité, sur une plaque de base 1 par l'intermédiaire d'une liaison 2 appropriée, et à une certaine distance de la plaque de base. La liaison 2 peut être constituée par-deux petits blocs de fixation et d'écartement 2a, 2b constitués par des rondelles ou analogues, et qui reçoivent entre eux une extrémité du ressort de flexion 3 ; la fixation du ressort de flexion 3 peut se faire à l'aide de vis, par collage, par soudage ponctuel, par coulée dans de la matière synthétique ou analogue. I1 est également possible de supprimer les petits blocs particuliers 2a, 2b et de prévoir sur la plaque de base 1 une partie en saillie ou en surépaisseur correspondante, réalisée au moment de la fabrication, et sur laquelle on fixe alors une extrémité du ressort de flexion comme cela a été mentionné.A une distance prédéterminée 1 (mesurée dans ce cas par rapport au bord extérieur correspondant du ressort de flexion 3 et d'un support 12), on a prévu une bobine de mesure 4 à la distance a de l'extrémité libre du ressort de flexion 3. L'épaisseur du ressort de flexion 3 porte la référence d. Lorsqu'on alimente la bobine de mesure 4 avec une tension de fréquence suffisamment élevée, on peut détecter la distance a entre la bobine 4 et le ressort de flexion 3 grâce à l'effet de courant de Foucault qui est connu en soi. Cette distance a est proportionnelle à l'accélération agissant perpendiculairement au ressort de flexion 3 et que l'on veut mesurer, du fait de l'inertie ; cette accélération est représentée par la double flèche A. Par le choix correspondant de l'épaisseur d et de la longueur 1 des dimensions du ressort de flexion, on peut fixer la fréquence propre suffisamment loin de préférence au-delà de la fréquence de mesure à laquelle apparaissent les accélérations ou décélérations prévisibles. Pour obtenir un signal de mesure important tout en ayant une faible sensibilité aux parasites, le ressort de flexion 3 peut être réalisé en un matériau non ferromagnétique ou au moins dans la zone d'extrémité du ressort de flexion (zone dans laquelle se mesure l'écartement) en ayant en 5 un revêtement correspondant en un matériau engendrant de préférence des courants de Foucault (cuivre, aluminium, laiton). Le revêtement 5 peut être rapporté par un procédé chimique approprié, par impression, collage, vaporisation ou analogue. Même lorsqu'on utilise une tôle d'acier de ressort comme ressort de flexion pour avoir des propriétés élastiques avantageuses, on peut réaliser le revêtement 5 pour obtenir des effets de courant de Foucault, contrôlables. On peut également prévoir un autre revê- tement du ressort de flexion 3 sur toute sa surface ou seulement dans des zones choisies, en utilisant un matériau élastique pour arriver à un amortissement propre, recherché. Une réalisation avantageuse de la présente invention consiste, comme représenté à la figure 3, de réaliser la bobine de mesure comme cela est indiqué par la référence 4', sous la forme d'une bobine électrique en spirale ; cette bobine est réalisée sur un support 8 par un procédé approprié tel que la corrosion, la décomposition chimique, la vaporisation ou l'impression ; le support 8 est relié au support 12 solidaire de la plaque de base 1 ou encore cette bobine peut être réalisée directement sur ce support. I1 est particulièrement avantageux que la bobine de mesure 4' soit comme déjà indiqué ci-dessus, réalisée directement sur le support 8 par des moyens identiques ou correspondants, c'est-à-dire par corrosion, décomposition chimique, vaporisation ou impression, en même temps que le circuit électronique d'exploitation portant globalement la référence 7 à la figure 3. Le support 8 peut ainsi être réalisé en un matériau isolant approprié tel que de la matière synthétique, de la matière céramique ou analogue. Dans la vue de la figure 3, le réseau 7 du circuit électronique d'exploitation est représenté uniquement de façon schématique avec le composant constituant le générateur 9 de la tension d'alimentation haute fréquence pour la bobine de mesure 4', le redresseur 10 et l'amplificateur de mesure 11. Le réseau 7 du circuit électronique est réalisé évidemment de façon préférentielle sous forme intégrée et la figure 3 le montre à une échelle fortement agrandie uniquement pour faciliter la compréhension. Dans le montage correspondant à la figure 1, la couche de revêtement 5 induisant l'effet de courant de Foucault dans le ressort de flexion 3 se trouve au-dessus de la bobine 4'. A l'aide des figures 4 et 5, on décrira ci-après en détail la structure et le fonctionnement d'un circuit d'exploitation particulièrement simple et de ce fait bon marché. La bobine 4, 4' se compose d'un grand nombre de spires en forme de spirales et le diamètre du conducteur de la bobine peut être choisi très petit. Dans un mode de réalisation préférentiel, la bobine 4, 4' est i en un chemin conducteur très faible d'une épaisseur de seulement 0,05 mm, et qui est réalisée sur le support en utilisant les techniques mentionnées ci-dessus (vaporisa tion, impression...). Lorsqu'un courant alternatif de fréquence suffisamment élevée (par exemple 200 KHz) tra verse la bobine 4, 4', le champ magnétique généré par la bobine induit des courants de Foucault dans la couche de revêtement 5 de la surface antagoniste, courants qui sont d'autant plus intenses que la surface antagoniste 5 est pousée en direction de la bobine 4, 4'.Ces courants de Foucault entraient un changement de l'impédance de la bobine qui chute considérablement à mesure que l'influence des courants de Foucault devient plus importante. Pour mesurer la variation de l'impédance de la bobine, l'exemple de réalisation représenté prévoit de façon préférentielle un générateur de signaux rectangu laires (multivibrateur RC 20) qui, comme encore décrit ci après, permet d'obtenir la tension de mesure de façon indé pendante de la fréquence du générateur et cela dans des limites étendues ; cela permet de supprimer le moyen de stabilisation de la fréquence. Le multivibrateur 20 four nit comme en 21 et en a à la figure 5, une oscillation rectangulaire qui arrive à la bobine 4' par une résistance intermédiaire R1. La courbe b de la figure 5 représente la tension U1 aux bornes de la bobine 4' sous la forme d'une chute de tension à partir de la tension du générateur de signal rectangulaire. Cette chute de tension est utilisée comme signal de mesure qui est redressé par la diode D en aval et est intégré par un condensateur C1 aux bornes duquel on recueille la tension de condensateur Uc (selon la courbe c de la figure 5). La valeur de la résistance R2 en parallèle au condensateur C1 détermine pour l'essentiel la vitesse de décharge de la charge accumulée dans le condensateur C1 et détermine ainsi en combinaison avec le filtre passe-bas en aval formé de la résistance R3 et du condensateur C2, la fréquence limite du circuit d'exploitation. A la sortie du circuit électronique d'exploitation 7, on obtient ainsi la tension continue Ua représentée par la courbe d à la figure 5. Cette tension continue Ua est d'autant plus élevée que l'intervalle a entre l'extrémité du ressort de flexion et la bobine 4, 4' est élevé. Les mesures ont montré que la tension de sortie Ua varie de façon pratiquement linéaire en fonction de l'intervalle a. R E V E N D I C A T I 0 N S 10) Détecteur d'accélération caractérisé par un capteur fonctionnant suivant le principe des courants de Foucault, qui forme une surface métallique (revêtement 5) à une certaine distance d'une surface antagoniste formée par une bobine de mesure (4, 4'), la surface métallique étant prévue à l'extrémité d'un ressort de flexion (3), fixé par une extrémité et fonctionnant comme oscillateur de flexion. 20) Détecteur d'accélération selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort de flexion (3) est fixé à l'une de ses extrémités par des petits blocs ou disques d'écartement (2a, 2b) constituant le moyen de liaison (2) à une plaque de base (1). 30) Détecteur d'accélération selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'extrémité encastrée du ressort de flexion (3) est vissée, collée, soudée par points ou noyée dans la ma tière synthétique sur le moyen de liaison (2). 40) Détecteur d'accélération selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ressort de flexion (3) est en un matériau non ferromagnétique. 50) Détecteur d'accélération selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ressort de flexion est une tôle d'acier à ressort, étroite. 60) Détecteur d'accélération selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la zone d'extrémité du ressort de flexion, opposée à la bobine de mesure (4) comporte un revêtement (5) (cuivre, aluminium, laiton) particulièrement efficace pour former des courants électriques de Foucault. 70) Détecteur d'accélération selon la revendication 6, caractérisé en ce que le revêtement (5) est appliqué par un procédé chimique, par impression, par collage ou par vaporisation. 80) Détecteur d'accélération selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bobine de mesure (4, 4') est fixée sur un support (12, 8) de préférence par corrosion, par attaque chimique, par vaporisation ou par impression et a une forme de spirale. 90) Détecteur d'accélération selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bobine de mesure (4, 4') ainsi que le circuit électronique d'exploitation (7) sont fixés sur le même support (8) par des procédés correspondants (corrosion, décomposition chimique, vaporisation, impression). 100) Détecteur d'accélération selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la bobine de mesure (4) et le circuit électronique d'exploitation (7) sont montés sur le support (8) sous la forme d'un circuit imprimé, support qui est lui-même relié à la plaque de base (1) ou est monté sur un support (12) de la plaque de base. 110) Détecteur d'accélération selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que pour aiimenter la bobine de mesure (4), il est prévu un générateur de signal rectangulaire (multivibrateur RC 20) pour générer une tension d'oscillation comprise entre environ 100 KHz et jusqu'à environ 10 MHz de préférence environ 200 KHz, en ce que la bobine (4') est reliée au générateur (20) par une résistance intermédiaire (R1) et en ce que parallèlement à la bobine, il est prévu un circuit d'exploitation pour détecter la tension résiduelle (U1), variant en fonction de l'écartement et qui -est engendrée dans la bobine. 120) Détecteur d'accélération selon la revendication 11, caractérisé en ce que le circuit d'exploitation est formé par un redresseur (D) relié à la bobine, un moyen de filtrage avec au moins un condensateur transversal d'accumulation (C1) et une résistance de décharge (R2) en parallèle.