Brevet FR2585134A1 — publié le 19870123

La présente invention concerne les accéléromêtres du type com- prenant un support, une masse d'inertie, reliée à ce support au moyen d'une articulation à très faible raideur, et d'un élément vibrant dont les extrémités sont respectivement fixées à la masse d'inertie et au support. Ce type de capteur, tel que décrit dans le brevet français 84 00 104, présente l'avantage de donner une information sous forme numérique. Cette information est la fréquence de l"'élément vibrant, ou plusieurs fréquences dans le cas d'un fonctionnement multi- mode, qui varie d'une part en fonction de la température de cet élément vibrant et d'autre part en fonction de la force longitudinale appliquée sur ledit élément. Cette force est la somme d'une quantité proportionnelle à la grandeur à mesurer, qui est l'accélération de la masse d'inertie, multipliée par sa masse, et d'une contrainte d'origine thermique dépendant de la distribution de température à l'intérieur de la structu- re, et de l'agencement de cette structure. A température uniforme, cette contrainte thermique est due à la différence des coefficients de dilatation entre les maté- riaux consituant le support et l'élément vibrant. La valeur de cette contrainte dépend d'une part de la raideur angulaire de l'articulation de la masse d'inertie sur le support, et d'autre part de la raideur angulaire effective de la lame, genéralement en quartz, constituant l'élément vibrant, au niveau de l'encastrement. En régime thermique statique,l'utilisationd'un modèle thermi- que permet de faire une compensation en température du capteur. Cependant ce modèle h'est plus valable en régime thermique rapidement variable, car il apparaît alors des gradients ther- miques à l'intérieur de la structure. Ainsi, en utilisation aéronautique et spatiale, la réduction de la contrainte ther- mique, non compensable,devient nécessaire pour réduire les erreurs de mesures. 2 2585134 L'invention a pour but de décrire un accéléromètre agencé de manière particulière pour que cette contrainte thermique soit réduite au minimum possible. L'accéléromètre selon l'invention permet d'obtenir un gain considérable sur la dérive d'origine thermique qui peut être cent fois plus faible que celle existant dans les dispositifs connus de ce type. Nous avons vu que la contrainte d'origine thermique dépend de la raideur angulaire de l'élément vibrant. Le calcul montre que cette raideur est minimale lorsque la poutre se déforme selon un arc de cercle, pour une faible rotation de la masse d'inertie autour de son articulation. Pour que cette déformation en arc de cercle soit possible, il faut que l'axe de l'articulation de la masse d'inertie se trouve dans le plan médiateur de l'élément vibrant, ce qui constitue une première caractéristique d'un accéléromètre selon l'invention. Une seconde caractéristique du dispositif consiste à faire correspondre le centre de gravité G de la masse d'inertie avec le centre de gravité de l'élément vibrant. Du fait que l'axe de l'articulation de la masse d'inertie se trouve dans le plan médiateur de la poutre, cette deuxième condition permet d'annu- ler tout effort tranchant, sur ladite articulation, quelle que soit l'accélération de la masse d'inertie en grandeur et en direction. Enfin, une autre caractéristique a pour but de minimiser les gradients thermiques à l'intérieur de la structure en amélio- rant les échanges thermiques. Elle consiste à placer l'accélé- romètre dans une enceinte, intialement vidée d'air, et remplie d'un gaz léger, tel que l'hélium, à basse pression de l'ordre de 5 a 10 millibars. Ce gaz, de bonne conductivité thermique diminue considérablement la constante de temps thermique entre le support et la masse d'inertie et ce d'autant plus que la distance entre ces deux éléments est réduite. 3 2 5 2585134 Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un accéléromètre conforme à la présente invention. La figure 1 représente un accéléromètre typique de l'art anté- rieur, La figure 2 est un schéma de principe d'un accéléromètre selon l'invention, La figure 3 est un exemple de réalisation d'un accéléromètre selon l'invention représentant la position de l'élément vibrant par rapport au support et la masse d'inertie ainsi que son articulation. Tel que représenté figure 1 un accéléromètre de l'art antérieur comprend essentiellement un support 1, plus ou moins rigide, une masse d'inertie 2 articulée à l'aide d'une charnière 3. Entre la masse 2 et un point du support est fixé l'élément vibrant 4, qui est ainsi soumis aux forces d'accélération de la masse d'inertie. On voit aisément que l'axe de la charnière 3 n'est pas dans le plan médiateur PM de l'élément vibrant, en l'occurrence une poutre, taillée dans un cristal de quartz. On voit également que les centres de gravité respectifs M de la poutre et G de la masse d'inertie ne sont pas confondus. Par contre, figure 2, la masse d'inertie 2 et le support 1 sont taillés de telle sorte, dans un bloc unique, que la charnière 3 se trouve dans le plan médian PM de l'élément vi- brant 4. En outre,les centres de gravité G et M sontconfondus. Comme nous l'avons vu précédemment, la position du centre de gravité G de la masse d'inertie est choisie pour que l'axe sensible de l'accéléromètre soit confondu avec l'axe de la poutre 4 et pour que l'effort tranchant sur la charnière soit nul. L'élément vibrant utilisé est du type poutre, taillé dans du quartz. Il comprend deux talons 40 servant à sa fixation, par exemple par collage, respectivement sur le socle 1, en 11 et sur la masse d'inertie au niveau d'une protubérance 20. Deux masselottes identiques 41 servent, de façon connue, au découplage vibratoire de la poutre 4, qui vibre en flexion dans le plan de la lame de quartz. Un dégagement 21 pratiqué dans la masse d'inertie dégage la poutre et les masselottes du reste du dispositif, afin qu' elle puisse vibrer en toute liberté. La masse d'inertie a la forme générale d'un U ce qui permet de ramener son centre de gravité G en concordance avec le centre de gravité M de la poutre. En outre l'axe X Y des charnières 3 est situé dans le plan médian de la poutre. Enfin, une enceinte 5 épouse, avec un espace de l'ordre de 0,8 rm maximum, les formes de la masse d'inertie. Cette enceinte est vidée d'air qui est ensuite remplacé par de l'hélium à basse pression, comprise entre 5 et 10 millibars. Le dispositif objet de l'invention, permet de réaliser des accéléromètres fiables, peu onéreux, et très peu sensibles aux variations de température ambiante. Leur association suivant des directions orthogonales permet de fabriquer des accéléromètres donnant les diverses compo- santes de l'accélération selon ces directions. REVENDICATIONS 1 - Accéléromètre du type comprenant, un support, une masse d'inertie, reliée au support par une articulation, et un élément vibrant dont les extrémités sont respectivement fixées à la masse d'inertie et au support, caractérisé en ce que, l'axe de l'articulation de la masse d'inertie est situé dans le plan médiateur(P M)de l'élément vibrant. 2 - Accéléromètre selon revendication 1 caractérisé en ce que le centre de gravité(G)de la masse d'inertie est confondu avec le centre de gravité (M) de l'élément vibrant. 3 - Accéléromètre selon l'une des revendications 1 ou 2 carac- térisé en ce que l'élément vibrant est une poutre. 4 - Accéléromètre selon l'une des revendications 1 à 3 caracté- risé en ce que l'enceinte contenant le résonateur est hermétique, vidée d'air, et remplie d'hélium à basse pression, de l'ordre de 10 millibars.