Brevet FR2587484A1 — publié le 19870320

JAUGE DE CONTRAINTE EN FILM EPAIS POUR DETECTER DES TENSIONS OU DES DEFORMATIONS DANS DES ELEMENTS OU DES STRUCTURES MECANIQUES La présente invention se rapporte à une jauge de contrainte pour détecter des tensions ou des déforma- tions dans des éléments ou des structures mécaniques. L'objet de la présente invention est de créer un détecteur à jauge de contrainte qui peut être fabri- qué de manière simple et économique, qui possède un grand nombre d'applications et présente une très grande sensi- bilité aux tensions et aux contraintes qui doivent être détectées. Cet objet est atteint conformément à l'inven- tion au moyen d'un détecteur à jauge de contrainte carac- térisé en ce qu'il comprend un substrat de support se présentant sous la forme d'une plaquette mince, faite d'un matériau isolant électriquement, de préférence un matériau céramique, sur une face de laquelle au moins une résistance en film épais est appliquée, ledit sub- strat de support étant adapté à être fixé par son autre face à une structure ou à un élément dont les tensions ou les déformations doivent être détectées localement, de telle sorte que ces tensions ou déformations déter- minent des déformations correspondantes de ladite résis- tance en film épais à travers le substrat. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, ledit substrat comporte sur son autre face une couche de colle ou de ciment. Selon une variante de réalisation, ledit sub- strat comporte des attaches mécaniques ou des moyens de serrage qui permettent sa fixation sur l'élément ou la structure. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront encore à la lecture de la descrip- tion qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux figures annexées, sur lesquelles: La figure 1 est une vue en perspective d'un détecteur conforme à l'invention; - La figure 2 est une autre vue en perspective d'un détecteur conforme à l'invention; - La figure 3 est une vue en plan d'un autre détecteur conforme à l'invention; - La figure 4 est une vue en perspective repré- sentant une manière d'appliquer un détecteur conforme à l'invention sur un élément mécanique; - La figure 5 est une vue en perspective d'un autre élément mécanique comportant quatre détecteurs conformes à l'invention; La figure 6 est un schéma électrique qui montre un exemple de connexion électrique des détecteurs appliqués sur l'élément représenté à la figure 5; - La figure 7 est une vue en perspective qui montre une autre manière de serrer un détecteur conforme à l'invention sur un élément mécanique; La figure 8 est une vue en perspective qui illustre une manière de monter deux détecteurs conformes à l'invention et un circuit électronique pour traiter les signaux générés par ceux-ci; - La figure 9 est une vue en élévation partiel- lement en coupe d'un arbre sur lequel le dispositif représenté sur la figure 8 est monté; et - La figure 10 est une vue en perspective qui représente encore une autre manière de monter le détec- teur conforme à l'invention. On a représenté sur la figure 1 la réalisation la plus simple d'un détecteur S conforme à l'invention. Il comprend une plaquette mince 1 d'un matériau isolant électriquement, de préférence un matériau céramique. Sur l'une des faces de cette plaquette, une résistance R en film épais est déposée par une technique connue uti- lisant un écran de soie. Sur la même face de la plaquette, on applique des conducteurs métalliques 2 et 3 qui sont reliés à la résistance R et- qui permettent la Liaison électrique avec d'autres dispositifs, par exemple d'autres résistances similaires ou des circuits de traitement extérieurs. Sur la figure 2, on a représenté un détecteur sur la plaquette de support 1 duquel sont appliquées deux résistances R, R' en film épais et leurs conducteurs de connexion métallique respectifs 2, 3 et 2', 3'. Les résistances R, R' peuvent avoir la même forme ou des formes différentes ainsi que la même résistance ou des résistances différentes. La figure 3 représente un détecteur S conforme à l'invention, dans lequel, sur une même plaquette de support, quatre résistances R, R', R" et R"' sont dépo- sées. Comme représenté par exemple sur la figure 4, un détecteur S peut être appliqué sur un élément méca- nique par l'interposition d'une couche B de colle ou de ciment. La figure 5 représente une autre manière d'uti- liser des détecteurs conformes à l'invention: sur deux faces opposées de la partie intermédiaire prismatique 5a d'un axe 5 sont collés quatre détecteurs S conformes à l'invention. Ces détecteurs peuvent être reliés électri- quement de façon convenable l'un à l'autre de la manière représentée sur la figure 6. Sur cette figure, R indique la résistance des résistances en film épais des détec- teurs S. Une tension continue d'alimentation est appli- quée à l'une des diagonales du circuit en pont et aux bornes des sommets de l'autre diagonale, un signal de sortie de tension V est disponible. Ce signal varie en fonction de la grandeur des contraintes auxquelles l'axe 5 est soumis. Une autre application-des détecteurs conformes à l'invention est représentée sur la figure 8. Sur cette figure, une pièce de métal désignée par la référence 10 présente deux parties d'extrémité cylindrique 10a, 10b et une partie prismatique intermédiaire 10c. Sur deux faces opposées de la partie prismatique intermédiaire c sont appliqués deux détecteurs S conformes à la présente invention, du genre représenté sur la figure 2, c'est-à-dire possédant chacun une paire de résistances en film épais. A proximité de chacun des détecteurs, sur la partie intermédiaire 10c,est collé un circuit électronique amplificateur désigné par la référence 11, qui est monté sur des plaquettes isolantes 12 collées sur la pièce 10 au moyen d'une colle souple adaptée à amortir les vibrations. Les détecteurs S sont reliés au circuit 11 au moyen de fils 13 et 14, tandis que les fils par lesquels le circuit 11 est alimenté en courant électrique et par lesquels Les signaux engendrés et délivrés sont désignés par la référence 15. Le mode de réalisation représenté sur la figure 8 permet de détecter des contraintes de tension et de flexion agissant sur L'élément 10. Ce mode de réalisation peut être utilisé de la manière illustrée sur la figure 9 pour détecter les contraintes agissant sur un arbre 50. A cette fin, le dispositif représenté sur la figure 8 est monté dans une cavité axiale 50a prévue à une extrémité de l'arbre. Les parties d'extré- mité cylindrique de ce dispositif peuvent être fixées dans des parties correspondantes présentant un diamètre plus faible de la cavité de l'arbre 50, au moyen de colle ou de ciments ou d'autres moyens de fixation connus en eux-mêmes tels qu'une goupille ou une clavette, etc. Les conducteurs 15 d'alimentation et de sortie de l'amplificateur 11 peuvent être rendus accessibles depuis l'extérieur de l'arbre 50 grâce à un trou 51 pratiqué par exemple comme illustré. Sur la figure 10, on a représenté un autre exemple d'un mode de réalisation d'un détecteur S conforme à l'invention appliqué à une pièce mécanique W pour détecter en particulier les contraintes de torsion et de flexior. La pièce W présente une forme cylindrique avec une partie intermédiaire 60 présen- tant un diamètre plus faible. Sur la surface d'une facette ou d'une encoche 61 pratiquée sur la partie intermédiaire 60 est appliqué un détecteur S conforme à L'invention. Le détecteur conforme à l'invention peut être fixé sur des éléments ou des structures mécaniques au moyen de colles ou de ciments, mais également d'autres manières, par exemple de la manière représentée sur la figure 7: le détecteur est appliqué sur la surface d'un élément W et est bloqué contre cet élément au moyen de plaquettes de serrage 20 et 30 qui sont fixées sur l'élément W au moyen de vis 25 vissées dans des trous taraudés correspondant pratiqués dans l'élément W. De manière convenable, les plaquettes 20 et 30 pré- sentent, sur leur surface respective dirigée vers l'élément W des logements adaptés à recevoir les extré- mités correspondantes du substrat du détecteur. Quelle que soit la manière de connecter le détecteur conforme à l'invention à un élément ou à une structure pour détecter des contraintes ou des déformations, le signal qu'il délivre présente un niveau qui est beaucoup plus élevé que le niveau du signal disponible au moyen de jauges de contrainte de type conventionnel. Le détecteur conforme à l'invention peut être utilisé avantageusement dans des cas de figures tout à fait différents et est en particulier adapté à la détection de contraintes et de déformations dans des arbres, des pivots, des axes, des bras de levier, des structures de support, des suspensions, des amortis- seurs de chocs, des ressorts à lames, etc. Il peut éga- lement être utilisé pour détecter les contraintes et les déformations dans des réservoirs, des canalisations, des tubes, etc., aussi bien que pour détecter les vibra- tions, les déformations et les contraintes dans des dalles, en particulier de verre, de cristal et analogue. Le détecteur peut également être utilisé comme détecteur de vibrations dans des dispositifs anti- vo L. Le détecteur peut également être utilisé avantageusement pour détecter les contraintes et les déformations dans des parois, des murs, des colonnes, des planchers, etc. aussi bien que dans des appareils de pesée. Naturellement, l'invention couvre tous les modes de réalisation qui permettent d'obtenir le même résultat utile au moyen de la même idée inventive. REVENDICATIONS 1. Détecteur à jauge de contrainte pour détec- ter les contraintes et les déformations dans des éléments ou des structures mécaniques, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat de support (1) se présentant sous la forme d'une plaquette faite d'un matériau éLectrique- ment isolant, de préférence un matériau céramique, sur une face duquel est déposée au moins une résistance (R) en film épais, ledit substrat de support (1) étant adapté à être fixé fermement par son autre face sur un élément ou une structure (W, 10) dont les contraintes et les déformations doivent être détectées localement, de telle sorte que les contraintes ou les déformations déterminent des déformations correspondantes, à travers le substrat (1), de la résistance (R) en film épais. 2. Détecteur à jauge de contrainte selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat (1) comporte sur son autre face une couche de colle ou de ciment pour le relier à un élément ou à une structure. 3. Détecteur à jauge de contrainte conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de serrage (20, 25, 30) pour fixer le détec- teur à un élément ou à une structure (W). 4. Détecteur à jauge de contrainte selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que ledit substrat (1) présente une forme rectangulaire. 5. Détecteur à jauge de contrainte selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de serrage comprennent une paire de pla- quettes (20, 30) adaptées à serrer deux c8tés opposés du substrat (1) sur la surface d'un élément ou d'une struc- ture (W), les plaquettes (20, 30) étant reliées audit élément ou à ladite structure (W) au moyen de vis (25) ou analogue. 6. Détecteur à jauge de contrainte seton L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de résistances (R, R') en film épais. 7. Détecteur à jauge de contrainte selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (1) comporte en outre des conduc- teurs métalliques (2, 3) reliés à ladite au moins une résistance en film épais (R) pour assurer la Liaison de cette résistance (R) des circuits extérieurs (11).