Brevet FR2628843A1 — publié le 19890922

@) RÉPUBLIQUE FRAN AISE N de publication: 2 628 843 (là n'utihliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTE INDUSTRIELLE DE LA PROPRIÉTINDUSTRIELLE N d'enregistrement national 89 03293 PARIS ( Int Cl4': G 01 P 15/13, 15/08. @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 Date de dépôt: 14 mars 1989. ( Demandeur(s): Société dite: BAROID TECHNOLOGY INC - US. ) Priorité: GB, 15 mars 1988, nO 88 06113. ) Inventeur(s) Kenneth Stephen Evans. - Date de la mise à disposition du public de la demande BOPI " Brevets " n 38 du 22 septembre 1989. 6 Références à d'autres documents nationaux appa- rtentés: rné Titulaire(s): ( Mandataire(s): Cabinet de Boisse. Accéléromètre comprenant une masse-étalon dans un fluide magnétisable. Dans cet accéléromètre comprenant un boîtier 10, une cambre 11, un fluide magnétisable 17 dans la chambre, une r. masse-étalon 16 constituée par un cylindre creux conducteur à 24 6 22 25 l'intérieur de la chambre pouvant se déplacer depuis une 21 position zéro suivant un axe sous l'action d'une force appli-.: ;,\.s!'. ! quée, et un dispositif de détection 20, 21, 22 sur la paroi interne de la chambre pour détecter un déplacement de la masse 16 et fournir un signal électrique indicatif de la force.., q appliquée, la masse 16 est amagnétique et des aimants 18, 19 17- sont disposés à l'extérieur de la chambre 11 pour magnétiser le fluide 17 et suspendre la masse 16 dans la chambre 11 au / / I sein du fluide 17. La masse 16 étant amagnétique il n'y a pas. d'interaction magnétique entre les particules aimantées du 2 fluide 17 et la masse 16 dont la masse efficace n'est pas 12. affectée par des variations de la répartition des particules. O D Vente des fascicules à l'IMPRIMERIE NATIONALE. 27. rue de l Convention75732 PARIS CEDEX 15 UL, o vente des fascicules à rl'MPRIMERIE NATIONALE, 27. rue de le Convention -- 75732 PARIS CEDEX 15 La présente invention est relative aux accélé- romètres et elle concerne plus particulièrement bien que non exclusivement, les accéléromètres destinés à être utilisés dans les appareillages de fond de puits pour surveiller un sondage. GB-A-1 492 142 décrit un accéléromètre compre- nant un boîtier délimitant une chambre, un fluide magnéti- sable à l'intérieur de la chambre, un aimant permanent suspendu de façon magnétique à l'intérieur de la chambre par le fluide magnétisable, avec ses pôles orientés su:- vant un axe de déplacement, et pouvant être déplacé le. long de l'axe de déplacement, à partir d'une position zéro, par une force appliquée, et des moyens de détec- tion pour détecter un déplacement de l'aimant permanent le long dudit axe et pour fournir un signal électrique indicatif de la force appliquée. Un tel accéléromètre nécessite d'être étalonné avant l'emploi. On a cependant trouvé que l'étalonnage nécessaire de l'accéléromètre peut présenter une tendance' à dériver dans des conditions de température et de vibra- tions élevées que l'on rencontre en fond de puits, et cette dérive peut conduire à une imprécision dans les mesures. On pense qu'une telle dérive est provoquée par des variations de la masse efficace de la masse-étalon de l'accéléromètre, variations dues à des modifications de la répartition des particules magnétiques au sein du fluide, et à des modifications dans l'interaction magné- tique entre ces particules et l'aimant. Un but de l'invention est de fournir un accé- léromètre nouveau ayant un rendement amélioré dans de telles conditions. Suivant l'invention, il est prévu un accélé- romètre comprenant un bottier délimitant une chambre, un fluide magnétisable à l'intérieur de la chambre, une masse-étalon suspendue à l'intérieur de la chambre de façon à pouvoir être déplacée à partir d'une position zéro le long d'un axe de déplacement par une force appliquée, et des moyens de détection pour détecter un déplacement de la masse-étalon suivant le long dudit axe et pour fournir un signal élèctfique irndicatif de la force appliquée, dans lequel la masse-étalon est à peu près amagnétique, des aimants etant disposés à l'exté- rieur de la chambre pour aimernter le fluide magnétisable de manière que la masse-étalon. soit suspendue par le fluide à l'intérieur de la chambre. Avec cet agencement, les particules magnétisa- bles au sein du fluide sont aimantées par les aimants et l'interaction magnétique résultante des particules les unes avec les autres et avec les aimants produit une "pression magnétique" qui tend à centrer la masseétalon dans la chambre. Du fait que cet effet de "pression magnétique" est provoqué par l'interaction entre le fluide magnétisable et les aimants à l'extérieur de la chambre, il n'est pas nécessaire que la masse- étalon soit elle-même magnétique comme dans l'agencement de l'art antérieur. Il s'ensuit par conséquent qu'il n'y a pas d'interaction magnétique entre les particules aiman- tées du fluide et la masse-étalon, et ainsi la masse efficace de cette dernière est à peu près inchangée par des variations dans la répartition des particules. En d'autres termes, l'étalonnage nécessaire de l'accéléro- mètre aura moins tendance à dériver, en fonctionnement; que celui des accéléromètres de l'art antérieur. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la masse-étalon est un cylindre creux conducteur, ouvert à ses deux extrémités. Le cylindre est de préférence à paroi mince et de section transver- sale circulaire. Les moyens de détection peuvent comprendre un ensemble d'électrodes fixé à la paroi de la chambre et comprenant au moins deux, et de préférence trois électro- des espacées dans la direction de l'axe de déplacement et disposées de manière que la resure dans laquelle les élec- trodes sont recouvertes par la masse-étalon varie en fonc- tion du déplacement de ladite masse à partir de la posi- tion zéro. D'une façon avantageuse l'accéléromètre comprend en outre un enroulement de rappel pour appliquer un champ magnétique afin d'astreindre la masseétalon à revenir dans sa position zéro en réponse à un signal de détection provenant des moyens de détection. Les aimants peuveht être des aimants permanents disposés symétriquement par rapport à l'axe de déplacement. L'invention fournit également un accéléromètre comprenant un bottier, une masse-étalon suspendue à l'intérieur du bottier de façon à pouvoir être déplacée le long d'un axe de déplacement, à partir d'une position zéro, par une force appliquée, et des moyens de détection pour détecter un déplacement de la masse-étalon le long dudit axe et pour fournir un signal électrique indicatif de la force appliquée, dans lequel les moyens de détec- tion comprennent un dispositif à capacitance variable, qui varie en réponse au déplacement de la masse-étalon, un oscillateur pour alimenter le dispositif à capacitance variable, et un détecteur sensible à la phase pour détecter une variation de phase de la sortie du dispo- sitif à capacitance variable, provoquée par un déplace- ment de la masse-étalon. La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés -à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réa- lisée. - la figure 1 est une vue en coupe axiale de l'accéléromètre selon l'invention, suivant la ligne I-I de la figure 2; - la figure 2 en est une vue en section trans- versale suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est un schéma synoptique du cir- cuit de commande de l'accéléromètre. En se référant aux figures 1. et 2, l'accéléro- mètre représenté comprend un boîtier cylindrique 10 non métallique délimitant une chambre cylindrique Il et comportant quatre brides annulaires espacées:2, 13, 14 et 15. Une masse-étalon 16 constituée par un tubecylin- drique creux conducteur, par exemple en cuivre, est maintenue en suspension par un fluide magnétisable 17 à l'intérieur de la chambre 11. Le fluide 17 est un fluide ferreux constitué par une suspension colloïdale de très petites particules ferromagnétiques dans un véhicule liquide tel qu'un hydrocarbure synthétique. Comme on le voit clairement à là figure 2, deux aimants permanents 18 et 19 sont disposés entre les bri- des annulaires 13 et 14 du boîtier 10 de part et d'autre de la chambre 11 et symétriquement par rapport à l'axe central de cette chambre. Les aimants 18 et 19 sont dis- posés avec leurs pâ1es nord dirigés radialement vers l'intérieur et leurs pôles sud dirigés radialement vers l'extérieur. En outre, les aimants 18 et 19 aimantent les particules ferromagnétiques au sein du fluide 17 de manière à astreindre les particules à interagir magnétiquement les unes avec les autres et avec les aimants 18 et 19 afin de centrer la masseétalon 16 dans la chambre 11, sans contact avec les parois de celle-ci. Ainsi, la masse-étalon 16 est en suspension à l'intérieur de la chambre 11 de sorte qu'elle peut être déplacée depuis sa position zéro (représentée à la figure 1) le long de l'axe central de la chambre ll,;par une force appliquée à l'appareil. Un tel déplacement est détecté par un disposi- tif de détection comprenant trois électrodes 20, 21 et 22 espacées axialement les unes des autres sur la paroi cylindrique de la chambre.11. Comme on le voit pour l'électrode 21 à la figure 2, chaque électrode 20, 21 ou 22 ne constitue pas tout à fait un cylindre complet mais est interrompue par une fente axiale 23. Cette.fente est prévue pour assurer que des courants induits ne circulent pas en continu autour des électrodes. Les électrodes 20, - 21 et 22 sont couplées électrostatiquement à la masse- étalon 16 de manière que la capacitance entre les é:ec- trodes adjacentes varie en fonction de la mesure dans laquelle la masseétalon 16 recouvre les électrodes d'extrémité 20 et 22. Ainsi par exemple, si la masse- étalon 16 se déplace vers la gauche en considérant La figure 1, la mesure dans laquelle elle recouvre l'élec- trode 20 augmente, et de ce fait la capacitance entre les électrodes 20 et 21 augmente, tandis que la mesure dans laquelle la masse-étalon 16 recouvre l'électrode 22 diminue, et de ce fait la capacitance entre les élec- trodes 21 et 22 diminue également. Il est prévu deux bobinages de rappel 24 et 25 enroulés sur le boîtier 10 entre les brides annulaires 12 et 13 et les brides annulaires 14 et 15 respectivement. Chacun de ces bobinages 24 et 25, lorsqu'il est alimenté en courant alternatif, induit un courant alternatif dans la masse-étalon 16, qui peut être considérée comme un bobinage & une seule spire, et par suite la masse 16 est repoussée par le bobinage 24 ou 25. Ainsi, les bobi- nages 24, 25 peuvent servir à rappeler la masse-étalon 16 dans sa position zéro lorsque cette masse est dépla- cée à partir de cette position. On décrira maintenant un circuit de commande de l'accéléromètre en se référant à la figure 3. Comme représenté, les électrodes 20, 21 et 22 associées à la masse-étalon 16 peuvent être considérées comme consti- tuant deux condensateurs variables 26 et 27 reliés ensemble et à 'a masse par leur jonction. Un oscillateur est relié de façon à alimenter les condensateurs 26 et 27 par l'intermédiaire de résistances 31 et 32 res- pectivement. Un détecteur 33 sensible à la phase détecte les sorties des condensateurs 26 et 27 et fournit une tension de sortie continue, pulsée, qui est positive ou négative suivant que la sortie du condensateur 26 précède la sortie du condensateur 27 ou est en retard sur celle- ci. Ainsi, la polarité de la sortie du détecteur 33 sensible à la phase dépend du déplacement de la masse- étalon 16 vers la gauche ou vers la droite en considérant la figure 1, et de ce fait dépend de ce que la capacité du condensateur 26 est supérieure ou inférieure à celle du condensateur 27. Un intégrateur 34 intègre la sortie du détec- teur 33 et fournit une tension de sortie formant une rampe qui est inclinée dans une direction lorsque la tension d'entrée pulsée est positive, et qui est incli- née dans la direction opposée lorsque la tension d'en- trée pulsée est négative. Un commutateur 35 de polarité applique la tension de sortie provenant de l'intégrateur 34 à un conducteur 36 de commande d'un amplificateur 37 à gain variable lorsque la tension est positive et à un conducteur 38 d'un amplificateur 39 à gain variable lorsque la tension est négative. Un oscillateur 40 fournit des entrées respec- tives qui sont déphasées de 180 aux amplificateurs à gain varialbe 37 et 39 dont les sorties sont à leur tour appliquées aux bobinages de rappel 24 et 25 qui sont reliés à la masse par des résistances respectives 41 et 42. La grandeur des courants alternatifs fournis aux bobinages 24 et 25 varie en fonction des gains appliqués par les amplificateurs 37 et 39 qui dépendent des tensions appliquées aux conducteurs de commande 36 et 38. Ainsi, il peut être prévu que lorsque la masse-étalon 16 est déplacée dans une direction à partir de la position zéro, une force de rappel nette est exercée par les bobinages 24 et 25 pour rappeler la masse-étalon 16 dans sa posi- tion zéro. En outre, les courants déphasés traversant les bobinages 24 et 25 sont additionnés par un additionneur 43 et la sortie additionnée est appliquée à un détecteur 44 sensible à la phase, qui est synchronisé avec la sortie de l'oscillateur 40 par un conducteur de référence 45. La sortie du détecteur 44 sensible à la phase est une ten- sion continue V qui est proportionnelle à la différence entre les courants circulant dans les bobinages 24 et 25, et qui est en conséquence proportionnelle à la force appliquée à mesurer. Du fait qu'un déplacement quelconque de la masse-étalon 16 dû à l'application d'une force est automatiquement compensé par l'application d'une force de rappel à la masse-étalon 16, de très faibles déplace- ments seulement de cette masse sont nécessaires pour obtenir une sortie de l'accéléromètre. Ceci assure une réponse à peu près uniforme de l'accéléromètre sur une plage étendue de forces appliquées et une précision de mesure élevée. En outre, toute dilatation thermique du fluide magnétisable 17 peut être compensée en réalisant au moins une paroi d'extrémité de la chambre 11 sous la forme d'une membrane souple. REVENDICATIONS 1. Accéléromètre comprenant un bottier (10) délimitant une chambre (11), un fluide magnétisable (17) à l'intérieur de la chambre (11), une masseétalon (16) suspendue à l'intérieur de ladite chambre afin de pou- voir être déplacée depuis une position zéro le long d'un axe de déplacement par une force appliquée à l'appareil, et des moyens de détection (20, 21, 23) pour détecter un déplacement de la masse-étalon (16) le long dudit axe et pour fournir un signal électrique indicatif de la force appliquée, caractérisé en ce que la masse-étalon (16) est essentiellement amagnétique, des aimants (18, 19) étant disposés à l'extérieur de la chambre (11) pour magnétiser le fluide magnétisable (17) de manière que la masse- étalon (16) soit en suspension dans la chambre (11) par le fluide (17). 2. Accéléromètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la masse-étalon est un cylindre creux (16) conducteur, ouvert aux deux extrémités. 3. Accéléromètre suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le cylindre (16) est à paroi mince et de section transversale circulaire. 4. Accéléromètre suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de détection sont constitués par un ensemble d'électrodes fixé sur la paroi de la chambre (11) et comprenant au moins deux électrodes (20, 21, 22) espa- cées dans la direction de l'axe de déplacement et dispo- sées de manière que la mesure dans laquelle les électro- des (20, 21, 22) sont recouvertes par la masse-étalon (16) varie en fonction du déplacement de ladite masse (16) à partir de la position zéro. 5. Accéléromètre suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque électrode (20, 21, 22) pré- sente à peu près la forme d'un cylindre creux, mais ne forme pas un cylindre complet en raison d'une fente axiale (23). 6. Accéléromètre suivant la revendication 4 ou , caractérisé en ce que les moyens de détection compren- nent en outre un oscillateur (30) pour fournir un signal d'entrée alternatif à l'ensemble d'électrodes, et un détecteur (33) sensible à la phase pour détecter une variation de phase de la sortie de l'ensemble d'électro- des, provoquée par un déplacement de la masse-étalon (16). 7. Accéléromètre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu des bobinages (24, 25) de rappel pour appliquer un champ magnétique afin d'astreindre la masse-étalon (16) à revenir dans sa position zéro en réponse à un signal de détection provenant du dispositif de détection. 8. Accéléromètre suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les bobinages de rappel compren- nent deux bobinages (24, 25) coaxiaux à l'axe de déplace- ment et enroulés sur le bottier (10) de manière à être disposés symétriquement de part et d'autre de la position zéro. 9. Accéléromètre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aimants sont des aimants permanents (18, 19) disposés symétriquement par rapport à l'axe de déplacement. 10. Accéléromètre comprenant un bottier (10), une masse-étalon (16) suspendue à l'intérieur du bottier (10) de façon à pouvoir être déplacée à partir d'une position zéro le long d'un axe de déplacement par une force appliquée à l'appareil, et des moyens de détection (20, 21, 22) pour détecter un déplacement de la masse- étalon (16) le long dudit axe et pour fournir un signal électrique indicatif de la force appliquée, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent des dispo- sitifs (26, 27) à capacitance variable qui varient en réponse à un déplacement de la masse-étalon (16), un oscillateur (30) pour alimenter les dispositifs (26, 27) à capacitance variable, et un détecteur (33) sensible à- la phase pour détecter une variation de la phase de la sortie des dispositifs (26, 27) à capacitance variable provoquée par un déplacement de la masse-étalon (16). Co o 11 o:oJ"Ioo ooooocoo.4 000000000 0 o-oo ooooo