Brevet FR2556101A1 — publié le 19850607

CAPTEUR D'ACCELERATIONS AXIALES La présente invention a pour objet un capteur d'accélérations axiales particulièrement adapte à la détection du cliquetis sur les moteurs à combustion interne. On sait que les fréquences fondawentales rencontrées sont généralement comprises pour les moteurs de cylindrez usuelle entre 5 et 15 kilohertz. Mais il est aussi nécessaire de rejeter dans le traitement électronique du signal d'autres fréquences qui correspondent à des phénomènes mécaniques dus au fonctionnement du moteur. Les frequences caracteristiques tant du cliquetis que des phénomènes parasites varient d'un moteur à l'autre. Pour cette raison, il est intéreesont de disposer d'un capteur ayant une réponse plate en fréquence entre 1 et 15 kilohertz et plus, ces fréquences étant citées à titre d'exemple non limitatif. Une bonne saisie des signaux parasites permet de les filtrer électriquement de manière efficace. La technique anterieure des capteurs de cliquetis de faible coût fabriqués à partir de matériaux usuels usines avec une faible précision concerne,d'une part, des capteurs accordés mécaniquement sur une fréquence,par exemple, 6 kHz, qui doivent être adaptes à chaque type de chambre de combustion et,d'autre part, des capteurs dits à courbe de réponse plate en fréquence. L'expérience montre que ces derniers pressentent en fait de fortes dispersions sur la réponse dans au moins 2 zones de fréquence. L'une des zones de dispersion touche les hautes fréquences et tient à ce que d'une part, il y a de nombreuses raideurs et masses dans la chalne cinématique et que d'autre part, compte tenu des vitesses de propagation du son dans les matériaux utilisés, on se rapproche du quart d'onde dans l'empilage des pièces concourant à la sensibilité du capteur. L'autre zone touche les basses fréquences oU l'on constate des résonances très variables dues aux connexions de part et d'autre de ltélément pitzoélectriques, connexions dont la masse n'est pas négligeable. Les capteurs utilisés dans le domaine de l'instrumentation sont, en général, exempts de ces défauts mais leur signal de sortie est très faible,car ils utilisent du quartz et non de la céramique, et leur coût élevé en raison de leur miniaturisation et de leur précision. Le dispositif, objet de la présente demande, est caractérise par la combinaison nouvelle d'au moins deux des trois facteurs qui concourent à l'obtention d'une grande qualité dans la réponse d'un capteur de type piézoélectrique. En particulier, une forme plate de masse sismique, facile à obtenir par décou- page à la presse, permet de s'éloigner du quart d'onde, un réglage de la précontrainte par vis de serrage de faible élasticité comprimant l'élément sensible par l'intermédiaire de rondelles Belleville travaillant dans une zona relativement linéaire, des connexions de sortie sous forme de ruban plat souple, notamment en polyimide recouvert de cuivre concourent à ce résultat.La raideur du ruban polyimidé étant très faible nwinterfère pas avec les contraintes exercées sur la céramique piézoélectrique par la masse sismique. La faible hauteur de celle-ci et la faible épaisseur du ruban souple de l'ordre de quelques dizaines de microns donnent à la vis de serrage une faible longueur et donc, une grande raideur. La sensibilité latérale est réduite. La présente invention sera maintenant décrite en se référant aux figures annexées. La figure 1 est une vue en coupe d'un capteur de cliquetis suivant l'invention. La figure 2 est une vue de face du ruban polyimide avant montage du capteur. La figure 3 est une vue éclatée du même capteur. La figure 4 est une courbe donnant la tension de sortie d'un capteur en fonction de la fréquence pour deux valeurs d'accélération différentes. La figure 5 est une variante de réalisation montrant une connexion directe du ruban polyimide sur une prise de sortie. Sur la figure 1, le boîtier 7 en général en acier comprend une semelle rigide 2 portant un filetage 3 destiné à être vissé dans la pièce dont on veut mesurer les vibrations. Une vis de fort diamètre 4, comprenant une tête 5 permet de lier mécaniquement les éléments sensibles du capteur à la semelle 2 et au filetage 3. La vis 4 est traversante et aussi peu déformable que possible. Elle applique par l'intermédiaire de rondelles élastiques coniques 6 la masse sismique plate 7 sur la céramique piézoélectrique 8. Celle-ci est isolée de la vis 4 par un canon isolant 9 et un ruban isolant 10 en polyimide ou en matériau équivalent replié sur lui-même. Ce ruban visible sur la figure 2 porte sur la même face des bandes de cuivre 17, 12 terminées en 13 et 14 par des oeillets métalliques traversants. Les rubans de cuivre ne s'étendent pas jusqu'aux trous 15 et 16 de passage de la vis 4. On crée ainsi une longueur d'isolement à la surface du polyimide, non négligeable. Ce matériau s'écrase peu sous la contrainte mécanique lors I'essais à température élevée. Revenant a la figure 1 les oeillets 13 et 14 sont connectes aux deux fils d'un cible 17 surmoulé dans un chapeau en plastique 18 serti en 19 sur un épaulement du corps 1. Le cible 17 porte un jonc d'arrêt 20 évitant son arrachement ainsi qu'un joint torique 21 assurant l'étanchéité de l'appareil entre chapeau 18 et boîtier 1. La figure 3 qui est une vue éclatée des pinces de capteur avant assemblage porte les mêmes références que la figure 2. On notera sur la figure 1 que le point d'appui des rondelles coniques 6 est sensiblement en regard de la céramique 8 et donc à l'intérieur du périmètre de celle-ci. D'éventuelles vibrations de flexion de la rondelle plate 7 servant de masse sismique gêneront peu le fonctionnement comme le montre la figure 4 qui est un relevé de tension de sortie du capteur après redressement pour 2 valeurs d'accélération. On constate une légère baisse de signal zux fréquences élevées mais qui n'est pas gênante en général. La liaison par ruban polyimide permet un facile remplacement de la connexion par câble par une prise de raccordement de l'un des types utilisés couramment en .automobile, La figure 5 montre une variante de réalisation de la connexion de sortie du capteur. Sur le corps 1 de celui-ci est fixée une prise de connexion en plastique 22 portant une ou plusieurs broches 23 dont l'extrEmité 24 à l'intérieur du capteur a été agencée de manière à pouvoir enserrer tout ou partie de l'une des extrémités du ruban polyimide, ici représentée par ioa et sa partie cuivrée II. On réalise ainsi une connexion sans soudure å grande cadence de fabrication. Le fonctionnement du capteur reste conforme aux réalisations de ce type c'est-à-dire, que ce sont les variations de contrainte exercées sur l'élément piézoélectrique 8 par la masse sismique sous l'effet des vibrations qui font apparaître des charges et donc des tensions sur les 2 faces de l'élément piézoélectrique. REVENDICATIONS 1. Capteur d'accélérations axiales et notamment de détection de cliquetis sur moteur à combustion interne du type 3 masse sismique précontrainte sur un élément piézoélectrique par une vis de réglage, caractérisé en ce que la masse sismique (7) est de forme tres plate, l'épaisseur étant plusieurs fois inférieure au diamètre de la dite masse sismique. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de réglage de précontrainte par vis (4) présentant une grande raideur placés en série avec d'autres éléments (6) agissant comme ressorts à effort relativement constant pour la précontrainte appliquée à la masse sismique (7) et à l'élément piézoélectrique (8). 3. Capteur selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que le point d'appui des éléments (6) agissant comme ressort est situé sensiblement à l'intérieur du périmètre de l'élément sensible piézoélectrique (B). 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (10-14) de collecte des charges apparaissant de part et d'autre de l'élément piézoélectrique (8), les dits moyens étant constitués par au moins un ruban plat (10) en polyimide souple métallisé ou en matériau équivalent. 5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un seul et même ruban (10) ayant deux métallisations distinctes (11,12) sur la même face est replié de part et d'autre de l'élément piézoélectrique (8). 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il est prévu des oeillets (13, 14) sur les métallisations(11,12) du ruban (10) en polyimide souple permettant la soudure avec un câble de sortie (7) ou un connecteur allant vers un calculateur électronique de détection du cliquetis. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il est ménagé un espace vide de métallisation au voisinage du trou de passage de la vis de réglage (4). 8. Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 a' I, caractérisé en ce qu'il est prévu des broches de sortie (2) serties sur le ruban plat métallisé (10).