Brevet FR2666888A1 — publié le 19920320

CAPTEUR DE MESURE D'UNE GRANDEUR PHYSIQUE L'invention concerne un capteur de mesure d'une grandeur physi- que Plus particulièrement, elle concerne un capteur pourvu d'un support qui est élastiquement déformable sous l'effet d'une sollici- tation extérieure, telle que par exemple une accélération, et qui est notamment destiné à recevoir des moyens de détection sensibles à cette sollicitation. On connaît déjà des capteurs équipés de tels supports déforma- bles Les capteurs de ce type sont utilisés depuis longtemps dans des instruments de mesure de force, tels que des balances ou dans des moyens de mesure d'autres grandeurs physiques, telles que des pressions ou des accélérations Ces dernières applications se sont d'ailleurs révélées très intéressantes dans le domaine de l'automo- bile o l'on dispose ces capteurs à des endroits appropriés dans un véhicule, pour mesurer les accélérations subies par celui-ci et modifier en conséquence certains paramètres, voire faire intervenir différents organes de sécurité. Sous leur forme la plus simple, ces capteurs comprennent un support déformable qui a la forme générale d'une poutre de section rectangulaire, cette poutre étant fixée en porte-à-faux sur un bâti. Ce support déformable qui est prévu pour fléchir selon au moins un axe sensible, sous l'action de la sollicitation extérieure, comporte un transducteur Ce transducteur est fixé sur une grande face du support déformable, à égale distance de l'une ou de l'autre de ses extrémités Ainsi, lorsque la poutre se déforme, le transducteur qui est par exemple constitué par un résonnateur à quartz en forme de double diapason, envoie une information sous la forme d'une varia- tion de fréquence, vers un circuit de traitement de l'information. Pour diminuer les effets parasites (température), on utilise souvent un ou plusieurs autres transducteurs. Dans le cas de capteurs de mesure formant accéléromètre, la poutre comporte à son extrémité libre une masse qui, sous l'action de l'accélération, se déplace en déformant le support. Pour obtenir des mesures fiables et précises avec ce type d'accéléromètre, il est nécessaire de le munir d'un dispositif d'amortissement permettant de supprimer un pic apparaissant à la fréquence de résonnance F du système. Parmi les solutions qui permettent d'éliminer ce pic à la résonnance, une solution particulièrement économique consiste à disposer la masse dans un logement solidaire du bâti pour former un amortissement pneumatique par passage d'un fluide entre deux cham- bres formées dans ce logement. Pour produire un amortissement le plus efficace possible, on prévoit entre la masse et la paroi interne du logement un jeu très faible de l'ordre de 0,1 mm ( 0,1 * 10-3 mètres). On comprend donc qu'il est extrêmement difficile, lors de l'assemblage, de monter avec précision la poutre munie de sa masse sur le bâti, pour que cette dernière se déplace librement dans le logement sans risque de contact avec la paroi interne du logement. Ainsi, l'invention a-t-elle pour but de remédier à cet inconvé- nient en fournissant un capteur de mesure physique dont la poutre munie de sa masse peut être montée de façon précise pour présenter un fonctionnement fiable, et ce malgré un jeu extrêmement faible entre la masse et le logement dans lequel elle est destinée à se déplacer. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur de mesure d'une grandeur physique, du type comprenant un bâti, au moins un support qui est élastiquement déformable sous l'action de ladite grandeur physique et qui est solidaire dudit bâti, au moins une masse reliée audit support, au moins un logement solidaire dudit bâti entourant ladite masse pour former des moyens d'amortissement de l'ensemble support - masse, au moins un moyen de détection solidaire du support et apte à fournir un signal représentatif de ladite grandeur physique en réponse à une déformation dudit support, ce capteur étant caractéri- sé en ce qu'il comporte des moyens de positionnement de la masse dans le logement. Grâce à ces caractéristiques, on évite toute perturbation du fonctionnement du capteur due à un frottement intempestif de la masse contre la paroi interne de son logement, compte-tenu du faible jeu laissé entre ces éléments Ces caractéristiques sont d'autant plus avantageuses que les perturbations de ce type ne sont pas détectables lors du montage. Selon un mode de réalisation, les moyens de positionnement sont au moins en partie solidaires du support. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de positionnement comprennent deux ensembles orifice(s)-tenon(s) relativement dis- tants, chacun de ces ensembles étant ménagé, d'une part, dans le support, et d'autre part, dans le bâti. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple, en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un capteur de mesure selon l'invention, la figure 2 est une vue de dessus d'un support du capteur de la figure 1, muni de différents organes fonctionnels et prêt à être monté sur le bâti, et la figure 3 est une vue en coupe faite selon la ligne III-III de la figure 2. En se référant tout d'abord à la figure 1, on voit un mode de réalisation préféré du capteur de mesure selon l'invention, désigné par la référence numérique générale 1. Ce capteur 1 comporte un bâti 2 qui est constitué de deux coques respectivement 2 a et 2 b ayant une forme similaire et destinées à être assemblées par l'intermédiaire de moyens de fixation, tels que des vis 4, dont une seule a été ici représentée. Le bâti 2 est conformé pour recevoir une unité fonctionnelle 6 qui comprend un support 8 élastiquement déformable sous l'action d'une grandeur physique à capter ou à mesurer. Sur le support 8 est assujettie une masse formée de deux demi-masses 1 Oa et l Ob reliées entre elles par un axe 12 chassé dans celles-ci L'axe 12 traverse de part et d'autre le support 8 qui est pris en sandwich entre les deux demi-masses 10 a et 10 b. Le support 8 comporte de plus deux moyens de détection 14 constitués, dans l'exemple représenté, par deux résonnateurs à quartz en forme de double diapason montés de part et d'autre du support 8. Chaque résonnateur 14 est relié électriquement à une plaque de circuit imprimé correspondante 16 sur laquelle sont montés en surface des composants électroniques 18 dont un seul a été ici représenté Les éléments 16 et 18 constituent un circuit électroni- que 20 De façon connue en soi, les résonnateurs 14 sont connectés dans des circuits oscillants, non référencés, dont les fréquences de résonnance varient en fonction de la déformation du support 8 Les circuits oscillants délivrent donc des signaux qui sont traités et analysés dans le circuit électronique 20 Celui-ci délivre un signal variable en fonction de la déformation du support 8 et donc, dans cet exemple, de l'accélération subie par les deux demi-masses 10 a et b. Dans cet exemple de réalisation, on a donc prévu deux plaques de circuit imprimé 16 disposées de part et d'autre du support 8 et fixées sur celui-ci par l'intermédiaire de tenons chassés 19 ou d'autres moyens analogues, tels que des vis, non représentées. Il est en outre à noter qu'à l'endroit o sont montés les résonnateurs 14, le support 8 comporte sous chacun de ses moyens de détection ou résonnateur 14 une ouverture traversante 22 permettant à chaque résonnateur de vibrer librement. Le support 8 comporte une base 24 qui est destinée à être fixée mécaniquement sur le bâti 2 A partir de cette base 24 s'étend un organe 26 de forme générale allongée qui est particulièrement apte à se déformer élastiquement par rapport à la base 24 Cet organe allongé a la forme d'une poutre de section rectangulaire fixée, dans cet exemple, en porte-à-faux sur le bâti 2. La base 24 comprend en outre un orifice de passage 25 pour la fixation du support 8 sur la coque inférieure 2 b du bâti 2 Cet orifice de fixation 25 est destiné à recevoir une vis 27 qui vient s'engager directement dans un alésage fileté 29 ménagé dans la coque 2 b du bâti 2 Entre la vis 27 et la base 24 est interposée une bride 23 qui est maintenue en appui sur la base 24 pour coïncider avec le bord duquel fait saillie l'organe allongé ou poutre 26. Le capteur de mesure selon l'invention comporte en outre des moyens d'amortissement constitués par des logements borgnes 30 a et b ménagés respectivement dans la coque 2 a et dans la coque 2 b du bâti 2 Les logements 30 a et 30 b sont destinés à recevoir respecti- vement l'une des deux demi-masses 10 a, 10 b qui comportent notamment chacune une forme complémentaire à celle du logement correspondant. A cet effet, on précisera que l'on peut utiliser une masse en une seule pièce ou comportant plus de deux pièces, dont la forme peut être quelconque, telle que par exemple cubique Dans ce cas, les logements 30 a et 30 b présentent un pourtour complémentaire Pour réaliser un amortissement du type pneumatique, on ménage un faible jeu, entre le pourtour extérieur de la masse et la paroi intérieure du logement, de l'ordre de 0,1 mm ( 0,1 * 10 03 mètre). Selon l'invention, pour faciliter le montage de l'unité fonc- tionnelle 6 sur le bâti 2, et donc des demi-masses l Oa et l Ob dans leur logement respectif 30 a ou 30 b, le capteur de mesure 1 comporte des moyens de positionnement 32 de la masse dans chaque logement a, 30 b Les moyens de positionnement 32 sont au moins en partie solidaires du support 8 et ils comprennent deux ensembles tenon(s) 32 a orifice(s) 32 b, 32 c relativement distants, chacun de ces ensembles étant ménagé, d'une part, dans le bâti 2, et d'autre part, dans le support 8. Les deux moyens de positionnement 32 sont ménagés sur un axe de positionnement XI, confondu avec l'axe longitudinal de la poutre 26. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les tenons 32 a sont chassés dans des orifices correspondants 32 c ménagés dans la coque 2 b du bâti 2, tandis que deux autres orifices 32 b, qui sont chacun destinés à recevoir l'un des tenons 32 a, sont ménagés dans le support 8 Deux autres orifices, non représentés et non référencés, identiques aux orifices 32 c, sont ménagés dans la coque 2 a du bâti 2 pour recevoir les extrémités libres des deux tenons 32 a Les orifi- ces ménagés dans la coque 2 a sont positionnés de sorte qu'ils coïncident axialement avec ceux de la coque 2 b lorsque ces deux coques 2 a et 2 b sont assemblées l'une sur l'autre On remarquera que dans ce mode de réalisation, les deux coques 2 a et 2 b sont de forme identique Dans un autre mode de réalisation, on peut chasser directement les deux tenons 32 a dans les orifices 32 b ménagés dans le support 8 Dans d'autres modes de réalisation non représentés, ces tenons peuvent venir de matière, soit avec l'une des deux coques 2 a ou 2 b, soit avec le support 8. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté, on a prévu deux ensembles comportant chacun un tenon 32 a et trois orifices 32 b, 32 c. Dans l'un des autres modes de réalisation non représentés, chaque ensemble comporte un tenon qui est formé par deux protubérances venant de matière avec le support en s'étendant coaxialement de part et d'autre de celui-ci et qui coopère avec deux orifices respective- ment ménagés dans les coques inférieure et supérieure du support. Dans encore une autre variante non représentée, chaque ensemble comporte deux tenons venant respectivement de matière avec l'une des coques du bâti et montés en regard l'un de l'autre de façon coaxiale en s'engageant dans l'orifice ménagé dans le support Pour chaque ensemble, on prévoit dans cette variante deux tenons et un seul orifice. On comprend que lorsque toutes les pièces de la figure 1 sont assemblées, un premier ensemble tenon(s) 32 a orifice(s) 32 b est solidaire de la base 24, tandis qu'un second ensemble est solidaire de deux extensions 34 s'étendant à partir de la base 24 Dans cet exemple, les deux extensions 34 ont la forme de bras qui s'étendent parallèlement à la poutre 26 en direction de l'extrémité libre de celle-ci Les deux bras 34 s'étendent donc de part et d'autre de la poutre 26, sensiblement dans un même plan, et il se rejoignent au-delà de l'extrémité libre de cette poutre pour former autour de celle-ci un cadre de positionnement. Bien que non représenté, on comprendra que le support 8 peut ne comporter qu'un seul bras 34 convenablement percé à son extrémité libre par un orifice débouchant formant l'orifice de positionnement 32 b. Avantageusement, dans l'exemple représenté, les deux bras 34 sont liés entre eux par l'intermédiaire d'un montant 36 formant jonction entre les deux bras 34 qui se rejoignent au voisinage et au-delà de l'extrémité libre de la poutre 26 Ce montant de jonction 36 comporte une protubérance 38 dans laquelle est directement ménagé l'orifice de positionnement 32 b Ainsi, le second ensemble tenon(s) 32 a orifice(s) 32 b est ménagé dans le montant de jonction 36 des deux bras 34 De ce fait, puisque les bras 34 tout comme les orifices 32 b, le montant 36 et la protubérance 38 sont intégralement formés dans le support 8, les moyens de positionnement, qui compor- tent de plus les tenons 32 a et les orifices correspondants 32 c ménagés dans les coques 2 a et 2 b, sont au moins en partie solidaires du support 8 et donc de la poutre 26. En se référant par ailleurs aux figures 2 et 3, on remaquera que les deux bras ou extensions 34 ainsi que le montant 36 sont partiel- lement logés dans un espace E laissé entre les deux demi-masses l Oa et 10 b Ainsi, ces deux bras 34 et le montant 36 en s'étendant entre et sous les deux demi-masses 10 a et 10 b occupent un espace minimal et n'augmentent pas l'encombrement du capteur selon l'invention. De plus, on précisera que le support 8 pourvu de ses moyens de positionnement est réalisé en une seule pièce obtenue par étampage, par exemple à froid, si bien que les moyens de positonnement selon l'invention, et notamment les bras 34, le montant de jonction 36 et les orifices 32 b sont obtenus de préférence en une seule étape de fabrication et simultanément à la réalisation de la poutre 26, associée à sa base 24 On notera que le support 8 peut donc être aisément découpé à partir d'une bande de métal, de façon continue. Pour assurer l'étanchéité du capteur 1, un joint, non représen- té, est logé dans une gorge 50, réalisée par exemple dans la coque 2 b Lorsque le capteur 1 est monté, on coule dans un logement 52, ménagé en deux parties sur chaque coque 2 a, 2 b pour recevoir le circuit électronique 20, un joint liquide, tel qu'une résine sili- cone. REVENDICATIONS 1 Capteur de mesure d'une grandeur physique du type compre- nant: un bâti ( 2), au moins un support ( 8) qui est élastiquement déformable sous l'action de ladite grandeur physique et qui est solidaire dudit bâti ( 2), au moins une masse (l Oa, 10 b) reliée audit support ( 8), au moins un logement ( 30 a, 30 b) solidaire dudit bâti ( 2) et entourant ladite masse (l Oa, 10 b) pour former des moyens d'amortis- sement de l'ensemble support-masse, au moins un moyen de détection ( 14, 20) solidaire du support ( 8) et apte à fournir un signal représentatif de ladite grandeur physique en réponse à une déformation dudit support ( 8), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de positionnement ( 32 a, 32 b, 32 c, 34, 36, 38) de la masse dans ledit logement. 2 Capteur de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de positionnement sont au moins en partie solidai- res du support ( 8). 3 Capteur de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de positionnement comprennent deux ensembles tenon(s) ( 32 a) orifice(s) ( 32 b) relativement distants, chacun de ces ensembles étant ménagé en partie dans le support ( 8) et en partie dans le bâti ( 2). 4 Capteur de mesure selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le support ( 8) comporte une base ( 24) destinée à être fixée mécaniquement sur le bâti ( 2) et à partir de laquelle s'étend un organe de forme générale allongée ( 26) qui supporte ladite masse (l Oa, 10 b) et qui est apte à se déformer par rapport à la base ( 24) pour solliciter les moyens de détection, caractérisé en ce qu'un premier ensemble ( 32 a, 32 b) des moyens de positionnement ( 32) est solidaire de la base ( 24), tandis qu'un second ensemble ( 32 a, 32 b) est solidaire d'au moins une extension ( 34) s'étendant à partir de ladite base ( 24). Capteur de mesure selon la revendication 4 dans lequel l'organe allongé ( 26) est une poutre s'étendant en porte-à-faux à partir de la base ( 24), caractérisé en ce que l'extension est constituée par au moins un bras ( 34) s'étendant parallèlement à la poutre ( 26) en direction de l'extrémité libre de celle-ci. 6 Capteur de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux bras ( 34) s'étendant de part et d'autre de ladite poutre ( 26) et se rejoignant au-delà de l'extrémité libre de celle-ci pour former un cadre de positionnement. 7 Capteur de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que le second ensemble ( 32 a, 32 b) est ménagé dans le montant de jonction ( 36) des deux bras ( 34). 8 Capteur de mesure selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que les orifices ( 32 b) sont ménagés dans le support ( 8), tandis que les tenons ( 32 a) sont chassés dans le bâti ( 2). 9 Capteur de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le logement ( 30 a, 30 b) est ménagé dans le bâti ( 2). Capteur de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que le bâti ( 2) comprend deux coquilles ( 2 a, 2 b) entre lesquelles est interposé le support ( 8) muni de sa masse ( 1 Oa, l Ob).